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1、單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級(jí),第三級(jí),第四級(jí),第五級(jí),*,單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級(jí),第三級(jí),第四級(jí),第五級(jí),*,弗蘭克-赫茲實(shí)驗(yàn),目 的：,1.了解夫蘭克-赫茲實(shí)驗(yàn)的原理和方法。,2.測(cè)定氬原子的第一激發(fā)電位，驗(yàn)證原子能級(jí)的存在。,原 理,：,玻爾的原子理論指出：,(1)定態(tài)假設(shè)。原子只能較長久地處在一些穩(wěn)定的狀態(tài)，簡(jiǎn)稱定態(tài)。其中每一狀態(tài)對(duì)應(yīng)于一定的能量值,E,j,(,j,=1，2，3，)。這些能量值是彼此分立的，不連續(xù)的。如果原子能量發(fā)生變化，它只能從一個(gè)定態(tài)躍遷到另一個(gè)定態(tài)；,(2)頻率定則。當(dāng)原子從一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)過渡到另一個(gè)穩(wěn)
2、定狀態(tài)時(shí)，就吸收或放出一定頻率的電磁輻射。頻率的大小取決于原子所處兩定態(tài)之間的能量差，并滿足如下關(guān)系：,其中h=6.6310,-34,Js，稱作普朗克常數(shù);,v為頻率，,En,、,Em,為兩個(gè)不同定態(tài)的能量,設(shè)E,2,和E,1,分別為原子的第一激發(fā)態(tài)和基態(tài)量。初動(dòng)能為零的電子在電位差U,0,的電場(chǎng)作用下獲得能量eU,0,，如果,eU,0,=1/2mv,2,=E,2,-E,1,那么當(dāng)電子與原子發(fā)生碰撞時(shí)，原子將從電子攫取能量而從基態(tài)躍遷到第一激發(fā)態(tài)。相應(yīng)的電位差U,0,就稱為原子的第一激發(fā)電位。,夫蘭克一赫茲實(shí)驗(yàn)原理可用圖1來說明:,圖1：夫蘭克赫茲實(shí)驗(yàn)原理圖,U,G2K,剛開始升高時(shí)，,I,P
3、,也隨之升高，直到,U,G2K,(等于或稍大于氬原子的第一激發(fā)電位，這時(shí)在柵極,G,2,附近電子與氬原子發(fā)生非彈性碰撞，把幾乎全部的能量交給氬原子，使氬原子激發(fā)。這些損失了能量的電子不能超過,U,G2P,所產(chǎn)生的拒斥場(chǎng)，到達(dá)板極的電子數(shù)減少，所以電流開始下降，繼續(xù)增加,U,G2K,，電子在與汞原子碰撞后還能在到達(dá),G,2,前被加速到足夠的能量，克服拒斥場(chǎng)的阻力而到達(dá)板極,P,，這時(shí)電流又開始上升。直到,U,G2K,間的電壓是二倍于氬原子的第一激發(fā)電位(2,U,g,)時(shí)，電子在,G,2,附近又會(huì)因第二次,非彈性碰撞,而失去能量，并且受到拒斥場(chǎng)的阻擋而不能到達(dá)板極,P,，,I,P,再度下降。同樣的
4、道理，隨著,U,G2K,的增加，電子會(huì)在,G,2,附近與氬原子發(fā)生第三次、第四次非彈性碰撞，因而,I,P,就會(huì)相應(yīng)下跌，形成具有規(guī)則起伏的,I,P,U,G2K,曲線，如圖2所示。兩峰之間的電位差等于氬原子的第一激發(fā)電位,U,0,，其公認(rèn)值為11.61V。,圖2,儀器,：,FH-2型智能弗蘭克-赫茲試驗(yàn)儀,GOS-620型雙軌跡示波器,內(nèi)容與步驟,：,熟悉儀器,根據(jù)儀器標(biāo)簽確定各參數(shù)。,手動(dòng)測(cè)量（U,G2K,以步長0.5V的電壓值調(diào)節(jié)）記錄相應(yīng)的電流值I,P,自動(dòng)測(cè)量（U,G2K,不能超過85V),數(shù)據(jù)處理,：,在坐標(biāo)紙上描繪出I,P,-U,G2K,的關(guān)系曲線,用逐差法處理數(shù)據(jù)求出氬原子的第一激發(fā)電位U,0,將實(shí)驗(yàn)值U,0,與氬原子的第一激發(fā)電位U,0,=11.61V相比較，計(jì)算出相對(duì)誤差。,思考題,：,1.原子躍遷輻射頻率與發(fā)生躍遷的兩定態(tài)能 量之間有什么關(guān)系？,2.什么是原子的第一激發(fā)電勢(shì)？他和原子能級(jí)有什么關(guān)系？,3.為什么IG2AUG2K曲線上的各谷點(diǎn)電流隨UG2K的增大而增大？,
弗蘭克赫茲實(shí)驗(yàn)
