弗兰克赫兹实验理论

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1、弗兰克-赫兹实验蔡惠明王宏伟大学物理实验弗兰克G.赫兹(JamesFranck,1882-1964)(GustavHertz,1887-1975)弗兰克1882年8月26日出生于德国汉堡。在海德堡大学学了一年化学，1902年入柏林大学学习物理学。1906年在瓦尔堡导师的指导下，获博士学位。在法兰克福大学担任助教，不久又返回柏林大学任助教。1911年获得柏林大学物理学“大学授课资格”，在柏林大学讲课直到1918年（由于战争而中断了教学。战争中曾获一级铁十字勋章），后成为该大学的物理学副教授。1917年任威廉皇帝物

2、理化学研究所的分部主任。1921年受聘为格丁根大学教授，并担任第二实验物理学研究所主任。人物简介1933年为抗议希特勒反犹太法，弗兰克公开发表声明并辞去教授职务，离开德国去哥本哈根；一年后他移居美国，成为美国公民。1935年—1938年任约翰·霍布金斯大学物理系教授。1938年起任芝加哥大学物理化学教授，直到1949年退休。第二次世界大战期间，他参加了研制原子弹有关的工程，但与大多数科学家一样，他反对对日本使用原子武器。在芝加哥大学期间，弗兰克还担任该校光合作用实验室主任，对各种生物过程、特别是光合作用的物理化

3、学机制进行了研究。1964年弗兰克在访问格丁根时于5月21日逝世。G.赫兹1887年7月22日出生于汉堡。他是电磁波的发现者H.赫兹的侄子。赫兹于1906年进入格丁根大学，后来在慕尼黑和柏林大学学习，1911年毕业。1913年任柏林大学物理研究所研究助理。第一次世界大战爆发，赫兹1914年从军，1915年在一次作战中负重伤，1917年回到柏林当校外教师。1920年到1925年间，赫兹在埃因霍温的菲利普白炽灯厂物理研究室工作。1925年赫兹被选为哈雷大学的教授和物理研究所所长。1928年回到柏林任夏洛腾堡工业大学

4、物理教研室主任。1935年由于政治原因辞去了主任职务，又回到工业界，担任西蒙公司研究室主任。1945年到1954年在苏联工作，领导一个研究室，这期间他被任命为莱比锡卡尔·马克思大学物理研究所所长和教授。1961年退休，先后在莱比锡和柏林居住。1913年赫兹和弗兰克一起开始研究电子碰撞。G.赫兹发表了许多关于电子和原子间能量交换的论文和关于测量电离电势的论文。有些是单独完成的，有些是和弗兰克、克洛珀斯合作的。他还有一些关于分离同位素的著作。G.赫兹是德国科学院院士，1975年在柏林去世。1913年丹麦物理学家玻尔

5、（NBohr）提出了原子能级的概念并建立了原子模型理论。该理论指出，原子处于稳定状态时不辐射能量，当原子从高能态（能量Em）向低能态（能量En）跃迁时才辐射。辐射能量满足E=EmEn（1）对于外界提供的能量，只有满足原子跃迁到高能级的能级差，原子才吸收并跃迁，否则不吸收。1914年弗兰克（JFranck）和赫兹（GHertz）用慢电子穿过汞蒸气的实验，测定了汞原子的第一激发电位，从而证明了原子分立能态的存在。后来他们又观测了实验中被激发的原子回到正常态时所辐射的光，测出的辐射光的频率很好地满足了玻尔理论

6、。弗兰克—赫兹实验的结果为玻尔的原子模型理论提供了直接证据，对玻尔的原子理论是一个极有力的支持。玻尔因原子模型理论获1922年诺贝尔物理学奖。弗兰克与赫兹的实验于1925年获诺贝尔物理学奖。弗兰克——赫兹实验与玻尔理论在物理学的发展史中起到了重要的作用。一、实验目的：通过弗兰克-赫兹实验了解原子内部能量量子化的情况。学习F-H研究气体放电现象中低能电子与原子间相互作用的实验思想及实验方法。用实验的方法测量氩原子的第一激发电位,证明原子分立态（能级）的存在；二、实验仪器FH2051弗兰克-赫兹实验仪YB4320示

7、波器三、实验原理：玻尔原子理论的两个基本假设：(1)定态假设。原子只能处在一些稳定的状态中，其中每一状态对应一定的能量值Ej(j=1，2，3.。。。)。这些数值是彼此分立的，不连续的。(2)频率定则。当原子从一个稳定状态过度到另一个稳定状态时，就吸收或放出一定频率的电磁辐射。频率的大小取决于原子所处两定态之间的能量差，并满足如下关系：其中h=6.63×10ˉ³4J·s，称为普朗克常数。ν为频率，En、Em为两个不同定态的能量电离∞EnEmE1第一激发态E0基态hv=En-Em原子状态的改变通常在两种情况下发生，

8、一是当原子本身吸收或放出电磁辐射时，二是当原子与其他粒子发生碰撞而交换能量时。本实验就是利用具有一定能量的电子与氩原子相碰撞而发生能量交换来实现氩原子状态的改变。由玻尔理论可知，处于基态的原子发生状态改变时，其所需能量不能小于该原子从基态跃迁到第一受激态时所需的能量，这个能量称为临界能量。当电子与原子碰撞时，如果电子能量小于临界能量，则发生弹性碰撞（电子不损失能量）；若电子能量大于临界