弗兰克赫兹实验ppt课件.ppt

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1、弗兰克-赫兹实验Franck-Hertzexperiment大学物理与实验教育教学研究中心概述弗兰克(JamesFranck)—赫兹(GustavHertz)实验证明原子内部结构存在分立的定态能级。这个事实直接证明了Ar原子具有玻尔(Bohr)所设想的那种“完全确定的、互相分立的能量状态”，是对玻尔的原子量子化模型的第一个决定性的证据。JamesFranck，1882—19641914年德国科学家弗兰克和赫兹在研究气体放电中低能电子与原子相互作用时发现，透过汞蒸汽的电子流随电子的能量呈现有规律的周期性变化。该实验证实了原子内部的能量是量子化的。为此1925年弗兰克和赫兹共同获得

2、诺贝尔物理学奖。GustavHertz，1887—1975玻尔理论建立的三个物理学基础：1、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、从黑体辐射的事实发展出来的量子论。在这个基础上，玻尔推究原子内部的情况，在原子物理学上跨进了一大步。实验背景知识玻尔提出的原子理论有两个基本假设：(1)原子只能较长久地停留在一些稳定状态，简称“定态”，原子在这些状态时不发射也不吸收能量，各定态的能量是彼此分隔的．原子的能量不论通过什么方式发生改变，只能使原子从一个定态跃迁到另一个定态；(2)原子从一个定态跃迁到另一个定态而发射或吸收辐射能量时，辐射的频率是一定的．如果用

3、和代表有关二定态的能量，辐射的频率决定于如下关系：式中为普朗克常量．一、实验目的1、通过测量氩原子的第一激发电位,证明原子能级的存在,加深对原子结构的了解；2、了解弗兰克-赫兹实验的设计思想和基本实验方法；3、掌握测量氩原子第一激发电位的方法。P234思考题1、2二、实验原理2.1、实验原理图2.2、物理过程2.3、I-UGK曲线2.1、实验原理图弗兰克-赫兹实验装置示意图栅极-阴极电压VG1灯丝电压VfVG2减速电压VP2.2、物理过程原子从低能级向高能级跃迁，也可以通过具有一定能量的电子与原子相碰撞进行能量交换来实现。本实验即让电子在真空中与惰性气体Ar原子相碰撞。设Ar原

4、子的基态能量为E1，第一激发态的能量为E2，从基态跃迁到第一激发态所需的能量就是E2－E1。初速度为零的电子在电位差为U的加速电场作用下具有能量eU，若eU

5、-UG2K曲线UG1KUFUG2KUG2P（1）K-G1区间电子迅速被电场加速而获得能量。（2）G1-G2区间电子继续从电场获得能量，并不断与氩原子碰撞。当电子能量小于E=E2－E1时为弹性碰撞；当电子能量大于E=E2－E1时为非弹性碰撞。UG1KUFUG2KUG2P（3）G2-P区间电子受阻若eUG2<E，则电子带着eUG2的能量进入G2-P区。随着UG2的增加，板级电流IP增加（如图中oa段）形成第一个波峰。若eUG2=E，则电子在达到G2处刚够临界能量，不过它立即开始消耗能量了，继续增大UG2，电子能量被吸收的概率逐渐增加，板极电流逐渐下降(如图中ab段），形成第

6、一个波谷。UG1KUFUG2KUG2P继续增大UG2，IP会再次出现波峰、波谷，如图所示形成规则起伏变化的Ip～UG2K曲线。而相邻两次板流Ip下降所对应的栅极电压之差，就是氩原子的第一激发电位U0E=eU0三、实验仪器电源开关UG2输出IP输出自动/手动快速/慢速电压显示选择IP显示IP放大选择电压显示UF调节UG1调节UP调节UG2调节四、实验内容注意：实验仪器需预热20-30分钟VG2值为表头示数101、各电压值须按照给定值进行设置；2、UG2设定终止值不要超过90V。3、手动测试完毕后，尽快将UG2减为零。P234实验内容和步骤2、3测量氩原子的第一激发电位，通过曲

7、线观察原子能量量子化情况。证明原子能级的存在并求出氩原子的第一激发电位U0手动测量氩原子的IP-VG2曲线，每变化0.5V测量一个点，选择60-80个数据作图，标出峰值，利用逐差法计算出氩原子的第一激发电位，和参考值比较。五、实验数据处理UG2(v)01.02.03.0…….85.0IP/(nA)…….UG2(v)…….IP/(nA)…….电压间隔1伏,仪器显示是间隔0.1伏.IP根据实际情况选择合适档位用逐差法计算U0求相对误差Er，U0理论值11.55V.实验曲线-用坐标纸IP-UG2电