弗兰克-赫兹实验(1).pptx

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1、弗兰克-赫兹实验大学物理实验1一、实验目的1、用实验的方法测定氩气体原子的第一激发电势，证明原子能级的存在，研究原子能量的量子化现象。2、通过了解弗兰克-赫兹实验的设计思想和基本实验方法，学习用实验检验物理假说和验证理论的方法，体会设计新实验的物理构思和设计技巧。3、学会用最小二乘法处理实验数据的技巧。2二、实验仪器弗兰克-赫兹实验仪、示波器3三、实验原理（一）波尔原子理论两个基本假设：定态假设：原子只能处于一些不连续的稳定状态中，每一状态对应于一定的能量值Ei（i=1，2，3，…），这些能量值是彼此分立的，不连续的。频率定则：当原子从

2、一个稳定状态跃迁到另一个稳定状态时，就吸收或辐射出一定频率的电磁波。4三、实验原理（一）波尔原子理论辐射频率的大小取决于原子所处两定态之间的能量差。5三、实验原理（二）原子的跃迁、激发电势和能级差通常在两种情况下原子发生状态的改变：原子本身吸收或放出电磁辐射；原子与其他粒子发生碰撞而交换能量。6三、实验原理（二）原子的跃迁、激发电势和能级差eV0=E1-E07三、实验原理（三）弗兰克-赫兹实验原理弗兰克-赫兹管是一个具有双栅极结构的柱面型充氩四极管：阴极K、阳极A、第一栅极G1、第二栅极G2。8三、实验原理（三）弗兰克-赫兹实验原理第一

3、栅极G1：消除空间电荷对阴极电子发射的影响，提高发射效率。灯丝电源VF：加热灯丝，使阴极K被加热而发射电子。9三、实验原理（三）弗兰克-赫兹实验原理加速电源VG2K：使阴极发射的电子迅速被加速，穿过管内氩蒸气朝栅极G2运动。拒斥电源VG2A:使到达G2附近而能量小于eVG2A的电子不能到达阳极。10三、实验原理（三）弗兰克-赫兹实验原理电子在不同区间的情况：1、K-G1区间：电子被电场迅速加速而获得能量；11三、实验原理（三）弗兰克-赫兹实验原理电子在不同区间的情况：3、G2-A区间：电子受阻，被拒斥电场吸收能量。eVG2K

4、=eVG2K>2、G1-G2区间：电子继续从电场获取能量并不断与氩原子碰撞。（弹性碰撞与非弹性碰撞）12三、实验原理（三）弗兰克-赫兹实验原理每两峰之间的电势差等于氩原子的第一激发电势V0。eVG2K继续增大，电子碰撞后剩余的能量也继续增大，达到阳极板的电子数量又会增加，出现第二个波峰。eVG2K13四、实验数据VG2K(V)11.522.533.544.55IA(10-7A)VG2K(V)5.566.577.588.599.5IA(10-7A)VG2K(V)1010.51111.51212.51313.514

5、IA(10-7A)VG2K(V)14.51515.51616.51717.51818.5IA(10-7A)VG2K(V)1919.52020.52121.52222.5……IA(10-7A)VG2K(V)7676.57777.57878.57979.580IA(10-7A)14五、注意事项1、灯丝电压VF对F-H管的工作状态影响最大，调节时以每次改变0.1为宜。在测量过程中，逐步增加加速电压时，电压表指针应出现最大、最小的电流信号。若发现电流表指针突然超出量程（电流表严重过载），说明F-H管中有发生电离击穿，可马上减少加速电压VG2K，

6、并将灯丝电压减少。2、测试时，及灯丝接线柱不要接错或短路，以免损坏仪器。15