大學物理實驗：夫蘭克赫茲課件

夫蘭克–?電磁學系列10

1914年，夫蘭克（J．Frank）和赫茲(G.Hertz)用慢電子與稀薄氣體原子碰撞的方法，使原子從低能級激發(fā)到較高能級。通過測量電子和原子碰撞時交換某一定值的能量，直接證明了原子內(nèi)部量子化能級的存在，證明了原子發(fā)生躍遷時吸收和發(fā)射的能量是完全確定的，不連續(xù)的。給玻爾的原子理論提供了直接的而且是獨立于光譜研究方法的實驗證據(jù)。由于此項卓越的成就，他倆獲得了1925年的諾貝爾物理學獎。本實驗是物理中的一個經(jīng)典實驗，曾獲諾貝爾物理學獎一、實驗目的二、實驗原理1、玻爾原子理論原子只能較長久地停留在一些穩(wěn)定狀態(tài)（簡稱為定態(tài)），原子在這些狀態(tài)時，不發(fā)射或吸收能量，各定態(tài)有一定的能量，其數(shù)值是彼此分隔的。原子的能量不論通過什么方式發(fā)生改變，它只能使原子從一個定態(tài)躍遷到另一個定態(tài)。原子從一個定態(tài)躍遷到另一個定態(tài)而發(fā)射或吸收輻射時，輻射頻率是一定的。如果用Em和En代表有關(guān)二定態(tài)的能量，輻射頻率υ由如下關(guān)系決定：式中：普朗克常量h=6.63×1O-34J·S（焦耳·秒）

2、F-H實驗的原理設(shè)氖原子基態(tài)能量為E1，第一激發(fā)態(tài)能量為E2，初速為零的電子在電位差為V0的加速電場作用下，獲得能量為eV0，使具有這種能量的電子與氖原子發(fā)生碰撞：

當電子能量eV0<E2-E1時：電子與氖原子只發(fā)生彈性碰撞，由于電子質(zhì)量很小，電子能量損失很少。

如果eV0≥E2-E1=ΔE，則電子與氖原子會產(chǎn)生非彈性碰撞。氖原子從電子中取得能量ΔE，而由基態(tài)躍遷到第一激發(fā)態(tài)，eV0=ΔE。相應的電位差V0即為氖原子的第一激發(fā)電位

當電子通過Kg空間進入gA空間時。如果能量大于eV3就能達到板極形成板極電流。如果電子在Kg空間與氖原子發(fā)生了非彈性碰撞后，電子本身剩余的能量小于eV3，則電子不能到達板極，板極電流將會隨柵極電壓增加而減少。隨著V2的增加，電子能量增加，當電子與氖原子碰撞后還留下足夠的能量，可以克服gA空間的減速場而到達板極A時，板極電流又開始上升。如果電子在Kg空間得到的能量eV＝2ΔE時，電子在Kg空間會因二次彈性碰撞而失去能量，而造成第二次板極電流下降。在VgK較高的情況下，電子在跑向柵極的路程中，將與氖原子發(fā)生多次非彈性碰撞。只要滿足VgK＝nV0(n=1，2，…)，就會發(fā)生這種碰撞。在IA-VgA曲線上將出現(xiàn)多次下降。對于氖，曲線上相鄰兩峰（或谷），對應的V2之差，即為原子的第一激發(fā)電位。我們將觀察到如圖所示的IA-V2曲線。三、實驗儀器設(shè)備夫蘭克-赫茲管板極A柵極G2陰極K燈絲柵極G1數(shù)字顯示窗功能選擇旋鈕U2輸出UI輸出溫度，電壓，電流選擇旋鈕I板極電流輸入外節(jié)電表測試孔PC機接口U2調(diào)節(jié)U1調(diào)節(jié)U3調(diào)節(jié)電源與電流放大裝置四、實驗內(nèi)容2、采用手動法逐點測量U2----IP的實驗過程

點擊圖形觀察五、數(shù)據(jù)處理方法1、用待定系數(shù)法處理測量數(shù)據(jù)：因為金屬電極存在接觸電位差UJ，因此測量中氖的第一激發(fā)電位不是18.6V，而是存在一定的差距，因此必須進行適當?shù)臄?shù)據(jù)處理。設(shè)：為各