夫蘭克-赫茲實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1夫蘭克夫蘭克-赫茲赫茲(hz)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)第一頁，共21頁。實(shí) 驗(yàn) 目 的 1. 本實(shí)驗(yàn)通過測(cè)定(cdng)汞原子的第一激發(fā)電位證明原子能級(jí)的存在，了解夫蘭克和赫茲研究原子內(nèi)部能量量子化的基本思想和方法。2.了解電子與原子碰撞和能量交換過程的微觀圖像。第1頁/共20頁第二頁，共21頁。湯姆孫布丁(bdng)模型盧瑟福有核模型(mxng)原子穩(wěn)定大小(dxio)分立線狀光譜玻 爾 假 設(shè)1. 定態(tài)假設(shè)2. 頻率規(guī)則粒子散射實(shí)驗(yàn)第2頁/共20頁第三頁，共21頁。 玻爾提出的原子理論兩個(gè)基本假設(shè)：原子只能較長(zhǎng)久地停留在一些穩(wěn)定狀態(tài)，簡(jiǎn)稱“定態(tài)”。原子在這些(zhxi)狀態(tài)時(shí)不發(fā)射也不吸收能量，各

2、定態(tài)的能量是彼此分隔的。原子的能量不論通過什么方式發(fā)生改變，只能使原子從一個(gè)定態(tài)躍遷到另一個(gè)定態(tài)。12nEEE 第3頁/共20頁第四頁，共21頁。原子從一個(gè)(y )定態(tài)躍遷到另一個(gè)(y )定態(tài)而發(fā)射或吸收輻射能量時(shí)，輻射的頻率是一定的如果用 Em 和 En 代表有關(guān)二定態(tài)的能量，輻射的頻率決定于如下關(guān)系： nmhEEE 圖1 能級(jí)(nngj)圖第4頁/共20頁第五頁，共21頁。 在玻爾提出原子結(jié)構(gòu)的量子理論后，夫蘭克和赫茲在1914年在用慢電子轟擊稀薄氣體原子做原子電離電位測(cè)定時(shí)，發(fā)現(xiàn)原子的激發(fā)能態(tài)和量子化的吸收現(xiàn)象，并觀察到原子由激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)(j ti)時(shí)輻射出的光譜線，從而直接證明了玻

3、爾原子結(jié)構(gòu)的量子理論，為此他們獲得了1925年的諾貝爾物理獎(jiǎng)。第5頁/共20頁第六頁，共21頁。1 親和 e+AA 2 電子(dinz)與原子的碰撞EVMvmMVmv 222221212121第6頁/共20頁第七頁，共21頁。eAAe當(dāng)電子的能量較大(jio d)時(shí)，原子得到一定的能量，從能量較低的狀態(tài)躍遷至能量高的狀態(tài)。12*)()()()(eUeUeEeEAEAEE激發(fā)(jf)能：第7頁/共20頁第八頁，共21頁。電離：當(dāng)電子的能量足夠(zgu)大時(shí)，可使原子的價(jià)電子 脫離束縛而電離，即 復(fù)合：正離子與慢速運(yùn)動(dòng)的電子碰撞時(shí)，可以與電子復(fù)合而成為(chngwi)中性原子 光電效應(yīng)：處于激發(fā)態(tài)

4、的原子退激時(shí)，輻射出光量子hv，這些(zhxi)光量子打到極板時(shí)會(huì)發(fā)生光電效應(yīng)，從金屬極板中打出速度為的電子 eAAe2第8頁/共20頁第九頁，共21頁。實(shí) 驗(yàn) 目 的 1. 本實(shí)驗(yàn)通過測(cè)定汞原子的第一激發(fā)電位證明原子能級(jí)的存在，了解夫蘭克和赫茲研究原子內(nèi)部能量量子化的基本思想和方法(fngf)。2.了解電子與原子碰撞和能量交換過程的微觀圖像。第9頁/共20頁第十頁，共21頁。電子轟擊(hngj)原子: 電子的動(dòng)能eU可以利用改變加速電壓的方 法隨意控制。第10頁/共20頁第十一頁，共21頁。第11頁/共20頁第十二頁，共21頁。夫蘭克-赫茲(hz)管熱陰極K柵極(shn j)G板極(bn j

5、)A圖2 實(shí) 驗(yàn) 原 理 圖第12頁/共20頁第十三頁，共21頁。圖3 IA-UGK 曲線(qxin)bcda第13頁/共20頁第十四頁，共21頁。圖4 F-H實(shí)驗(yàn)裝置(zhungzh)面板圖溫度計(jì)F-H管柵壓調(diào)節(jié)(tioji)電壓表電流表柵壓選擇(xunz)工作狀態(tài)第14頁/共20頁第十五頁，共21頁。實(shí) 驗(yàn) 內(nèi) 容手動(dòng)測(cè)量汞原子的I-U曲線，每變化一定(ydng)電壓測(cè)量一個(gè)點(diǎn)，（在電流突變點(diǎn)附近增加測(cè)試點(diǎn)）采集數(shù)據(jù)作圖，標(biāo)出波峰值對(duì)應(yīng)的電壓值，計(jì)算出汞原子的平均第一激發(fā)電位.第15頁/共20頁第十六頁，共21頁。將裝有充汞F-H管的溫控加熱爐接通電源，選擇一定的爐溫（由實(shí)驗(yàn)室定），調(diào)好溫

6、控旋鈕，預(yù)熱1530分鐘，以得到合適的汞蒸汽密度。同時(shí)接通微電流測(cè)量放大器電源，進(jìn)行預(yù)熱。將儀器(yq)的“柵壓選擇”開關(guān)撥向“DC”然后將“柵極電壓UKG”旋鈕逆時(shí)針旋至最小，待預(yù)熱20分鐘后，將“工作狀態(tài)”撥向“R（激發(fā)）”，對(duì)電流表進(jìn)行“零點(diǎn)”和“滿度”校準(zhǔn)。調(diào)零與滿度之間略有牽連，故需反復(fù)調(diào)節(jié)。第16頁/共20頁第十七頁，共21頁。將“工作狀態(tài)”開關(guān)撥向“R(激發(fā))”，再調(diào)節(jié)加熱爐的溫控開關(guān)，使?fàn)t溫升至180，待其穩(wěn)定后，即可進(jìn)行激發(fā)電勢(shì)測(cè)量。2) 先進(jìn)行全面觀察。暫將“倍率”撥到10-6或10-5檔，緩慢增加UGK的值，全面觀察一次IA的變化情況。注意要及時(shí)更換倍率以適應(yīng)電流變化。測(cè)

7、量IA-UGK曲線。使UGK從零起緩慢增加，記錄(jl)下電流IA及對(duì)應(yīng)UGK的電壓值，特別地，應(yīng)認(rèn)真找到并讀出IA的峰谷值及對(duì)應(yīng)的各個(gè)UGK值，為便于作圖，在各峰谷值附近應(yīng)多測(cè)幾個(gè)點(diǎn)。分別改變爐溫（如170、200）或（稍許）改變拒斥電壓的大小，再測(cè)幾條IA-UGK曲線的影響。第17頁/共20頁第十八頁，共21頁。第18頁/共20頁第十九頁，共21頁。第19頁/共20頁第二十頁，共21頁。NoImage內(nèi)容(nirng)總結(jié)會(huì)計(jì)學(xué)。原子的能量不論通過什么方式發(fā)生改變，只能使原子從一個(gè)定態(tài)躍遷到另一個(gè)定態(tài)。圖1 能級(jí)圖。e+AA。復(fù)合：正離子與慢速運(yùn)動(dòng)的電子碰撞時(shí)，可以與電子復(fù)合而成為中性原子。2