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1、單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,弗蘭克-赫茲實驗,目 的：,1.了解夫蘭克-赫茲實驗的原理和方法。,2.測定氬原子的第一激發(fā)電位，驗證原子能級的存在。,原 理,：,玻爾的原子理論指出：,(1)定態(tài)假設。原子只能較長久地處在一些穩(wěn)定的狀態(tài)，簡稱定態(tài)。其中每一狀態(tài)對應于一定的能量值,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，它只能從一個定態(tài)躍遷到另一個定態(tài)；,(2)頻率定則。當原子從一個穩(wěn)定狀態(tài)過渡到另一個穩(wěn)
2、定狀態(tài)時，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，并滿足如下關系：,其中h=6.6310,-34,Js，稱作普朗克常數;,v為頻率，,En,、,Em,為兩個不同定態(tài)的能量,設E,2,和E,1,分別為原子的第一激發(fā)態(tài)和基態(tài)量。初動能為零的電子在電位差U,0,的電場作用下獲得能量eU,0,，如果,eU,0,=1/2mv,2,=E,2,-E,1,那么當電子與原子發(fā)生碰撞時，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。,夫蘭克一赫茲實驗原理可用圖1來說明:,圖1：夫蘭克赫茲實驗原理圖,U,G2K,剛開始升高時，,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,所產生的拒斥場，到達板極的電子數減少，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,G,2,前被加速到足夠的能量，克服拒斥場的阻力而到達板極,P,，這時電流又開始上升。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，電子在,G,2,附近又會因第二次,非彈性碰撞,而失去能量，并且受到拒斥場的阻擋而不能到達板極,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,就會相應下跌，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,，其公認值為11.61V。,圖2,儀器,：,FH-2型智能弗蘭克-赫茲試驗儀,GOS-620型雙軌跡示波器,內容與步驟,：,熟悉儀器,根據儀器標簽確定各參數。,手動測量（U,G2K,以步長0.5V的電壓值調節(jié)）記錄相應的電流值I,P,自動測量（U,G2K,不能超過85V),數據處理,：,在坐標紙上描繪出I,P,-U,G2K,的關系曲線,用逐差法處理數據求出氬原子的第一激發(fā)電位U,0,將實驗值U,0,與氬原子的第一激發(fā)電位U,0,=11.61V相比較，計算出相對誤差。,思考題,：,1.原子躍遷輻射頻率與發(fā)生躍遷的兩定態(tài)能 量之間有什么關系？,2.什么是原子的第一激發(fā)電勢？他和原子能級有什么關系？,3.為什么IG2AUG2K曲線上的各谷點電流隨UG2K的增大而增大？,
弗蘭克赫茲實驗
