弗兰克赫兹FranckHertz实验

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1、2021/7/22Dr.Prof.W.N.Pang1庞文宁报告箱号：J11pangwn@tsinghua.edu.cn弗兰克-赫兹(Franck-Hertz)实验X-37空天飞机2021/7/22Dr.Prof.W.N.Pang2弗兰克-赫兹(Franck-Hertz)实验一、弗兰克-赫兹实验的实验方法二、实验中的重点概念及物理图像三、实验目的、任务四、实验仪器、步骤、注意事项五、实验报告及数据处理要求2021/7/22Dr.Prof.W.N.Pang3一、弗兰克-赫兹实验的实验方法2021/7/22Dr.Prof.W.N.Pang4玻尔提出原子结构的量子理论后，1914年，弗兰克(J

2、．Franck)和赫兹(G．Hertz)用慢电子轰击稀薄气体原子(Hg)，做原子电离电位测定时，发现了原子的激发能态和量子化的吸收现象，并观察到原子由激发态跃迁到基态时辐射出的光谱线，从而直接证明了玻尔原子结构的量子理论，为此他们获得了1925年的诺贝尔物理奖。1925弗兰克-赫兹实验是完全不同于光谱实验，是从另一个角度来证明原子存在分立能级,并能测量出原子一些能级。2021/7/22Dr.Prof.W.N.Pang5玻尔原子模型1913年二、实验中的重点概念及物理图像2021/7/22Dr.Prof.W.N.Pang61、以实验为基础的原子的核式结构模型；2、光谱的实验资料和经验规律

3、；3、从黑体辐射的事实发展出来的量子论。●定态假设●频率规则玻尔理论基于的三个物理学基础玻尔研究原子结构，提出原子理论两个基本假设：2021/7/22Dr.Prof.W.N.Pang7波尔1885年生于哥本哈根，1941年在哥本哈根大学毕业，获博士学位。1961年任哥本哈根大学理论物理学教授，1962年起担任哥本哈根大学理论物理研究所所长。曾任丹麦皇家科学院院长和原子能委员会主席、英国皇家学会会员、法国科学院院士。玻尔是量子力学创始人之一，哥本哈根学派领袖。科学活动：发展原子、分子和原子的量子理论方面。他把经典力学和量子理论结合起来，从而引起原子理论的革命，对量子力学建立起了重要作用，

4、1922年获诺贝尔物理学奖。主要著作:1922年出版《光谱与原子结构理论》、1934年出版《原子理论与自然界描述》、1955年出版《知识统一性》等。19222021/7/22Dr.Prof.W.N.Pang8关于轨道能量量子化的概念原子处于特定条件所限定的几个能态定态(stationarystates)所有允许能态的统称。电子只在确定半径和能量的定态轨道上运动,不辐射能量。基态(groundstate)主量子数n=1的定态，也称为基态。基态是能量最低即最稳定的状态。激发态(excitedstates)除基态以外的其余定态。各激发态的能量随n值增大而增高。电子只有从外部吸收足够能量时才能

5、到达激发态。2021/7/22Dr.Prof.W.N.Pang999原子的基态与激发态之间的关系基态原子激发态原子吸收能量释放能量2021/7/22Dr.Prof.W.N.Pang10氩原子(Z=18)的基态电子组态标示为ArI1s22s22p63s23p61S0Ionizationenergy  127109.842cm-1(15.759610eV)电子层原子核氩原子第一激发态电势是多少？光谱数据：11.55eV理论计算：13.08eV2021/7/22Dr.Prof.W.N.Pang11NISTPhysicsLaboratoryBasicAtomicSpectroscopicDat

6、ahttp://www.nist.gov/physlab/data/handbook/index.cfm2021/7/22Dr.Prof.W.N.Pang12两条共振态J=1,相对谱线强度1000，能级11.83eVJ=1,相对谱线强度500，能级11.63eV氩原子(4s)ArI1s22s22p63s23p61S0两条亚稳态J=0,相对谱线强度600，能级11.72eVJ=2,相对谱线强度300，能级11.55eV2021/7/22Dr.Prof.W.N.Pang13ArI1s22s22p63s23p61S0基态J=1,强度1000，11.83eVJ=1,强度500，11.63eVJ

7、=2,强度300，11.55eVJ=0,强度600，11.72eV激发态亚稳态亚稳态激发态3p54s★可能的激发和退激发途径2021/7/22Dr.Prof.W.N.Pang14EnergyLevelsofNeutralArgon ( Ar I )11.55eV11.63eV11.72eV11.83eV11.68eV13.21eV12.91eV13.27eV13.08eV13.10eV13.15eV13.17eV13.28eV13.30eV13