弗兰克赫兹实验理论概述共35页

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弗兰克-赫兹实验理论解释

弗兰克-赫兹实验理论解释弗兰克-赫兹实验理论解释：弗兰克—赫兹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汞原子具有玻尔所设想的那种“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。

使用弹性碰撞和非弹性碰撞的理论，法兰克和赫兹给予了这实验合理的解释。

当电压很低时，被加速的电子只能获得一点点能量。

他们只能与水银原子进行纯弹性碰撞。

这是因为量子力学不允许一个原子吸收任何能量，除非碰撞能量大于将电子跃迁至较高的能量量子态所需的能量。

由于是纯弹性碰撞，系统内的总动能大约不变。

又因为电子的质量超小于水银原子的质量，电子能够紧紧地获取大部分的动能。

增加电压会使电场增加，刚从阴极发射出来的电子，感受到的静电力也会加大。

电子的速度会加快，更有能量地冲向栅极。

所以，更多的电子会冲过栅极，抵达阳极。

因此安培计读到的电流也会单调递增。

水银原子的电子的最低激发能量是 4.9eV。

当加速电压升到4.9 伏特时，每一个移动至栅极的自由电子拥有至少 4.9eV动能（外加电子在那温度的静能）。

自由电子与水银原子可能会发生非弹性碰撞。

自由电子的动能可能被用来使水银原子的束缚电子从一个能量量子态跃迁至另一个能量量子态，从而增加了束缚电子的能极，称这过程为水银原子被激发。

但是，经过这非弹性碰撞，自由电子失去了 4.9eV 动能，它不再能克服栅极与阳极之间负值的电压。

大多数的自由电子会被栅极吸收。

因此，抵达阳极的电流会猛烈地降低。

假设加速电压超过 4.9 伏特，自由电子会在从阴极移动至栅极的路途中，遇到一个非弹性碰撞，失去 4.9 eV，然后继续被加速。

照着这方式，在电压超过 4.9V之后，电流重新单调递增。

当电压在 9.8 伏特时，情况又有改变。

每一个自由电子有足够的能量造成两次非弹性碰撞，失去 9.8eV 。

自由电子又无法抵达阳极。

安培计读到的电流再度会猛烈地降低。

电压每增加4.9 伏特，就会发生一次这种状况，电子累积足够能量(4.9eV 的整数倍)后，造成更多次的非弹性碰撞。

弗兰克赫兹实验原理

弗兰克赫兹实验原理
弗兰克-赫兹实验是由德国物理学家弗兰克和赫兹于1914年进
行的一系列实验，旨在研究气体中的原子能级和电子束的能量损失。

该实验通过在真空管中加入气体，并在管内施加电压，观察电子束在不同电压下的能量损失情况，从而揭示了原子的内部结构和量子力学理论的基本特征。

实验中，弗兰克-赫兹装置由真空管、热阴极、加速电极和收
集电极组成。

当施加一定的电压时，热阴极会发射出高速电子束，这些电子束被加速电极加速，并穿过气体分子，与气体分子发生碰撞。

碰撞过程中，电子束会损失能量，并且在经过一定距离后，电子束的能量足够小，无法再次与气体分子发生碰撞。

此时，收集电极上会出现一个电流峰值，用示波器可以观测到电流的变化。

通过实验，弗兰克和赫兹发现，在一定的电压下，电流会周期性地发生变化。

这是因为在气体分子中，原子的能级是离散的，当电子束的能量刚好等于某个原子的激发能级时，电子束与原子发生共振，从而能量发生最大损失，使得电流达到峰值。

随着电压的进一步增加，电子束的能量继续增加，可以与更多的原子发生共振，电流会再次出现峰值。

因此，实验结果证明了原子的能级是离散的，不连续的，符合量子力学理论的观点。

弗兰克-赫兹实验的结果对后来量子力学的发展起到了重要的
作用。

量子力学的提出对于解释和理解微观粒子的行为具有重要意义，并成为现代物理学的基石之一。

弗兰克—赫兹实验报告

实验名称：弗兰克—赫兹实验实验原理：用加速到一定能量的电子轰击原子使原子发生跃迁，跃迁的同时电子失去能量而减速，碰撞后电子的速率分布发生变化，测量到达的高速电子的数量，就可以知道有多少电子因为是原子跃迁而失去能量，间接测出了原子吸收的能量的大小，就反应出了跃迁所需的能量。

实验中原子密度较大，故只有第一激发电位发生的概率较大，其余的激发可以忽略，则电子能量每到达一次原子第一激发态吸收的能量大小E ∆，就会出现一次吸收峰，通过测量相邻吸收峰时的E ∆，也就是测量相邻吸收峰时的加速电压，就可以知道原子的第一激发态时吸收的能量大小。

实验用的装置如右图，通过灯丝加热K 使其发射电子，G 1控制通过G 1的电子数目，G 2加速电子，G 1、G 2空间较大，提供足够的碰撞概率，A 接收电子，AG 2加一扼止电压，使失去动能的电子不能到达，形成电流。

用汞进行实验测得与右下图相似的曲线。

汞的第一激发电位为 4.9V,实验中电压每到 4.9V 的n 倍就多一次吸收，故出现一个吸收峰，实验内容：一、汞的F-H 实验测汞的第一激发电位（测I P -V G2曲线，由曲线确定第一激发电位），测六到八个峰测量条曲线，V G2上升测一条，V G2下降测一条分别由峰间距求汞的第一激发电位。

二、氩的F-H 实验示波器观察氩的I P -V G2曲线，手动测氩的I P -V G2曲线。

实验步骤：一、汞的F-H 实验1．先将温度调到设定值，打开温控开关加温指示灯on 亮（绿色），到设定温度off 指示灯亮（红色），红灯亮过一次即可开始实验。

2.了解接线，将V p ,V G1K ,V G1P ,V G2K ,调至最小，到设定温度时再打开两仪器电源，稳定5分钟，然后据炉上标签设定各电压值，用“手动”挡测曲线，电流过量程时更换电表量程。

3.先手动调节电压观察电流随电压的变化，选适当量程从某一电压起每隔0.5V记录一组I P -V G2数据，随V G2上升测一条至约六到八个峰，再随V G2下降记录数据。

弗兰克赫兹实验原理简述

弗兰克赫兹实验原理简述
弗兰克-赫兹实验是由德国物理学家弗兰克和赫兹于1914年发
现的一种实验现象。

该实验主要利用了气体分子电离与激发的特性，验证了电子在气体中的离散能级结构。

其原理如下：
在实验中，气体原子与电子束碰撞后，电子将会经历两种情况：碰撞后仅转移能量给原子，或者碰撞后电子会激发或电离原子。

当电子通过一个加速电压与气体原子碰撞时，电子的能量逐渐增加。

当电子能量达到气体原子的第一激发能级时，部分能量会被原子吸收，但电子的能量仍然较大，因此电子不会停止，继续前行。

然后电子会再次碰撞到原子，此时电子剩余的能量可能与原子的第二激发能级相匹配，此时部分能量再次被原子吸收。

此后电子可能会经历多次碰撞并且在每次碰撞中失去能量。

最终，当电子的能量减小到无法激发或电离气体原子时，电子束将不再传输到检测电路中，电流值降为零。

通过测量电压与电流的关系，可以得到一系列的电流峰，每个峰代表了一种特定能量的电子。

根据能量差值和电压的关系，可以推断出气体原子的离散能级结构。

弗兰克-赫兹实验的结果验证了量子力学的基本原理，为后来
的原子和分子物理研究奠定了基础。

弗兰克赫兹实验原理

弗兰克赫兹实验原理
弗兰克-赫兹实验是一种实验证明了原子存在能级结构的方法。

实验装置是由一个玻璃管组成，管中充满了一定压强的稀有气体，例如氖或汞。

管内有两个金属电极，它们之间的距离可以调整。

一个电极通过电源提供连续可调的电压，而另一个电极则与一个电流计连接。

在实验中，当电场强度较小时，电子在气体原子与离子之间碰撞并散射，电流计的读数较低。

然而，当电场强度逐渐增大，电子能量足以克服碰撞散射并在离子之间穿越管中距离，电流计的读数会急剧增加。

这是因为电子在穿过管中时与离子碰撞，使电子失去了能量。

离子通过电子捕获过程重新获得能量，使得电子能够再次穿越管中。

实验结果显示，电流计的读数在不同电压下会出现多个峰值，这些峰值对应着不同电子能量所产生的现象。

这证明了稀有气体中存在能级结构，每个能级之间相差特定的能量。

通过测量峰值之间的电压差，可以确定离子能级的能量差。

这个实验对量子力学的发展起到了重要作用，奠定了原子物理学的基础。

它不仅证实了能级结构的存在，也为后续关于原子结构的研究提供了理论依据。

弗兰克赫兹实验原理

弗兰克赫兹实验原理
弗兰克赫兹实验是一种经典的物理实验，用于研究气体放电现象和原
子结构。

该实验由德国物理学家弗兰克和赫兹于1914年首次进行。

该实验的基本原理是利用带电粒子在电场中受力的特性，探测气体分子
中原子的能级结构。

实验装置由一个密封的玻璃管和两个电极组成。

玻璃管内填入一定压
力下的气体，两个电极分别位于玻璃管内部两端。

当加上足够大的电
压时，电场会使得气体分子中的原子被激发，从低能级跃迁到高能级。

当这些激发态原子回到基态时，会发射出特定波长的光线。

弗兰克赫兹实验通过测量放电管中气体辐射谱线来确定气体分子中原
子能级结构。

在实验过程中，可以通过调节电压或改变气体压力等参
数来改变激发态原子数目和能级结构，从而观察到不同的辐射谱线。

该实验对于研究原子结构和量子力学的发展具有重要意义。

通过该实验，科学家们发现原子的能级结构是离散的，而不是连续的。

这一发
现对于后来量子力学理论的建立和发展具有重要影响。

总之，弗兰克赫兹实验是一种经典的物理实验，通过测量气体分子中
原子能级结构和辐射谱线，为研究原子结构和量子力学提供了重要的实验基础。

弗兰克赫兹实验原理和结论

弗兰克赫兹实验原理和结论
弗兰克赫兹实验是由德国物理学家詹姆斯·弗兰克和恩里科·赫兹于1914年共同进行的实验，它提供了关于原子结构的重要信息，特别是关于原子能级的存在。

实验原理：
1.实验装置：弗兰克-赫兹实验主要使用了一个玻璃管，其中充满了氢气或汞蒸气，这个管被分为两个电极区域。

2.电压加速电子：通过在管中施加电压，电子被加速并从一个电极移向另一个电极。

在途中，它们与气体分子碰撞。

3.测量电流：当电子通过管中的气体时，会发生多次弹性碰撞。

当电子的能量达到某个特定值时，它们会与气体分子发生非弹性碰撞，失去能量。

这一过程导致了电流的突然减小。

4.能级跃迁：当电子能量达到一定值时，它们可以克服气体分子的束缚，进入下一个能级。

这些能级的跃迁导致了电流的突然减小，因为电子被从原有的路径上移开。

实验结论：
1.能级存在：弗兰克-赫兹实验提供了关于原子内能级的首次实验证据。

实验证明，原子内存在离散的能级，而电子在这些能级之间跃迁。

2.能量量子化：实验证明了能量的量子化概念。

电子的能量不是连续的，而是以离散的量子形式存在，这支持了量子理论的发展。

3.波粒二象性：实验结果也支持了电子的波粒二象性。

电子表现出波动性和粒子性，这是量子力学的基本原理之一。

弗兰克-赫兹实验的成功对于后来量子力学的发展产生了深远的影响，它为揭示原子结构的奇妙世界打下了基础。

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放弃，否则对不起自己。
2、要冒一次险!整个生命就是一场冒险。走得最远的人，常是愿意去做，并愿意去冒险的人。“稳妥”之船，从未能从岸边走远。-戴尔．卡耐基。
梦境
3、人生就像一杯没有加糖的咖啡，喝起来是苦涩的，回味起来却有久久不会退去的余香。
弗兰克赫兹实验理论概述 4、守业的最好办法就是不断的发展。 5、当爱不能完美，我宁愿选择无悔，不管来生多么美丽，我不愿失去今生对你的记忆，我不求天长地久的美景，我只要生生世世的轮回里有你。
66、节制使快乐增加并使享受加强。 ——德谟克利特 67、今天应做的事没有做，明天再早也是耽误了。——裴斯泰洛齐 68、决定一个人的一生，以及整个命运的，只是一瞬之间。 ——歌德 69、懒人无法享受休息之乐。——拉布克 70、浪费时间是一桩大罪过。——卢梭

弗兰克赫兹实验原理

弗兰克赫兹实验原理弗兰克赫兹实验是由德国物理学家弗兰克和赫兹于1913年共同完成的，该实验是为了验证普朗克的光量子理论。

实验的原理是利用了电离辐射的特性，通过研究电子的运动规律，进一步验证了光的量子性质。

下面我们来详细了解一下弗兰克赫兹实验的原理。

首先，实验装置是由一个真空室、一个阴极射线管和一个收集电子的电子倍增管组成。

在真空室中，通过加热阴极，释放出高速电子，这些电子经过加速后，射到气体原子上，产生电离现象。

电子被加速后具有一定的动能，当与气体原子碰撞时，会将部分动能传递给气体原子，使得气体原子发生电离，产生正离子和自由电子。

其次，实验中需要使用一定压强的气体，以确保电子与气体原子发生碰撞的次数足够多。

在实验中，气体原子的种类和压强的选择都会对实验结果产生影响，因此需要进行精确的控制。

在实验过程中，通过改变加速电压和测量电子的动能，可以得到电子的速度。

根据经典力学的理论，电子的速度应该是连续变化的，但实验结果却显示出电子的速度是分立的，只能取一些特定的数值。

这一现象与经典力学相悖，但与普朗克的光量子理论相符合。

最后，通过对实验数据的分析，可以得到电子的动能与速度之间的关系。

实验结果表明，电子的动能是分立的，且与电子的速度有密切的关系，这与普朗克的光量子理论是一致的。

这一实验结果进一步验证了光的量子性质，并为量子力学的发展奠定了基础。

总的来说，弗兰克赫兹实验的原理是通过研究电子的运动规律，验证了光的量子性质。

实验结果表明，电子的动能是分立的，与电子的速度有密切的关系，这与普朗克的光量子理论相符合。

弗兰克赫兹实验为量子力学的发展做出了重要贡献，对物理学的发展产生了深远的影响。

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2020实验报告弗兰克赫兹实验报告内容_0833文档EDUCATION WORD实验报告弗兰克赫兹实验报告内容_0833文档前言语料：温馨提醒，教育，就是实现上述社会功能的最重要的一个独立出来的过程。

其目的，就是把之前无数个人有价值的观察、体验、思考中的精华，以浓缩、系统化、易于理解记忆掌握的方式，传递给当下的无数个人，让个人从中获益，丰富自己的人生体验，也支撑整个社会的运作和发展。

本文内容如下：【下载该文档后使用Word打开】(1)实验装置使用220V交流单相电源，电源进线中的地线要接触良好，以防干扰和确保安全。

(2)函数记录仪的X输入负端不能与Y输入的负端连接，也不能与记录仪的地线(⊥)连接，否则要损坏仪器。

(3)实验过程中若产生电离击穿(即电流表严重过载现象)时，要立即将加速电压减少到零。

以免损坏管子。

(4)加热炉外壳温度较高，移动时注意用把手，导线也不要靠在炉壁上，以免灼伤和塑料线软化。

1.熟悉实验装置，掌握实验条件。

该实验装置由F-H管、恒温加热电炉及F-H实验装置构成，其装置结构如下图所示：C:DocumentsandSettingsAdministrator.EUPMS_1.000桌面3.jpgF-V管中有足够的液态汞，保证在使用温度范围内管内汞蒸气总处于饱和状态。

一般温度在100ºC至250ºC。

并且由于Hg对温度的灵敏度高，所以温度要调好，不能让它变化太大。

灯丝电压控制着阴极K发射电子的密度和能量分布，其变化直接影响曲线的形状和每个峰的位置，是一个关键的条件。

2.测量Hg的第一激发电位。

1)起动恒温控制器，加热地F-H管，使炉温稳定在157ºC，并选择合适的灯丝电压，VG1K=2.5V，VG2p=1.5V，Vf=1.3V。

2)改变VG2k的值，并记录下对应的Ip值上(每隔0.2V记录一个数据)。

3)作数据处理，作出对应的Ip-VG2k图，并求出Hg的第一激发电位(用逐差法)。

弗兰克赫兹实验理论

为频率enem为两个不同定态的能量enem基态hvenem原子状态的改变通常在两种情况下发生一是当原子本身吸收或放出电磁辐射时二是当原子与其他粒子发生碰撞而交换能量时
大学物理实验
弗兰克-赫兹实验
弗兰克 (James Franck ,1882-1964)
G.赫兹 (Gustav Hertz ,1887-1975)
A
P 2 G22 1 K G1
灯丝电压Uf
图1弗兰克-赫兹实验原理图
在充氩的弗兰克-赫兹管中，电子由热阴极发出并有热阴极K和第二栅极G2 之间的加速电压 VG2 使电子加速。在板极P和第二栅极 G2 之间加有反向拒斥电压 VP 用以阻碍电子从栅极飞向阳极。当电子通过空间 KG2进入空间 G2P时，如果具有的能量较大（>eVP），就能冲过反向拒斥电场而达到阳极形成阳极电流，用微电流计A测出。如果电子在KG2 空间与氩原子碰撞，把一部分能量传递给氩原子使其激发，电子本身所剩余的能量就很小，以至通过第二栅极后以不足克服拒斥电场而被斥回到第二栅极。这时通过微电流计的电流就将明显减小。
弗兰克与赫兹的实验于1925年获诺贝尔物理学奖。弗兰克——赫兹实验与玻尔理论在物理学的发展史中起到了重要的作用。
一、实验目的
• 通过弗兰克-赫兹实验了解原子内部能量量子化的情况。 • 用实验的方法测量氩原子的第一激发电位,证明原子分立态（能级）的存在；
二、实验仪器
FH2051弗兰克-赫兹实验仪 YB4320示波器
弗兰克-赫兹管的Ip-VG2曲线
电子在不同区间的情况： 1. K-G1区间电子迅速被
I (nA)
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

弗兰克赫兹实验-最全资料PPT

一激发电位U0。 3、按下“自动/手动”键，将数据清零。
思考题
➢1、为什么相邻电流峰值对应的电压之差就是第一激光电位？
➢ 答：当电子能量达到eUG2K (UG2K>U0) 时，与所测原子（例如氩原子）碰撞从而失去eU0的能量，由于存在拒斥电压，电子将不能够穿越板极形成电流，电流下降形成第一个峰。当电子能量UG2K>2U0时，电子在G2K之间又会因第二次非弹性碰撞而失去能量2eU0 ，于是出现第二个峰值。根据上述分析可知，能量转移随着加速电压的增加而呈现周期性的变化，所以电流峰值对应的电压差就是第一激发电位。
连续的值E1、E2、E3、…。
2）跃迁假设：原子从一个定态E2 跃迁到另一个定态E1时，要辐射出一个光子，其频率是一定的，满足：
hυ=E2-E1
实验原理——玻尔原子模型
一般情况下，原子的最外层电子都是处于基态的。当原子受到外部能量的作用后，其最外层电子就会跃迁到高能级上，变为激发态原子，eU0=E2-E1 。激发态原子极不稳定，在极短时间内就会重新跃迁回基态，并将其吸收的能量以光子形式释放出去,hυ=E2-E1 。每一种跃迁都会发射出一种波长的光，在光谱中相应的产生一种谱线。
电流（或谷 hυ=E2-E1
9 V的电势差引起了汞离子的电离，这恰与当时比较盛行的“斯塔克理论”相恰和。
(1)“自动/手动”；
电流）对应与原子碰撞后剩余能量足以穿越板极A的电子数量增多，电流增大！
原子能级的存在最早是从光谱学的研究中推断出来的。
的电压差。答：因为随着UG2K的增加，能够穿越A极的电子数量越来越多，电流IA越来越大。
弗兰克-赫兹简介
海因里希•鲁道夫•赫兹，德国物理学家，于 1888 年首先证实了电磁波的存在，并对电磁学有很大贡献，故频率的国际单位制单位“赫兹”以他的名字命名。

弗兰克赫兹实验讲义

弗兰克—赫兹实验1913年丹麦物理学家玻尔（N❿Bohr）提出了原子能级的概念并建立了原子模型理论。

该理论指出，原子处于稳定状态时不辐射能量，当原子从高能态（能量E m）向低能态（能量E n）跃迁时才辐射。

辐射能量满足∆E = E m-E n（1）对于外界提供的能量，只有满足原子跃迁到高能级的能级差，原子才吸收并跃迁，否则不吸收。

1914年德国物理学家弗兰克（J❿Franck）和赫兹（G❿Hertz）用慢电子穿过汞蒸气的实验，测定了汞原子的第一激发电位，从而证明了原子分立能态的存在。

后来他们又观测了实验中被激发的原子回到正常态时所辐射的光，测出的辐射光的频率很好地满足了玻尔理论。

弗兰克—赫兹实验的结果为玻尔理论提供了直接证据。

玻尔因其原子模型理论获1922年诺贝尔物理学奖，而弗兰克与赫兹的实验也于1925年获此奖。

夫兰克——赫兹实验与玻尔理论在物理学的发展史中起到了重要的作用。

一、实验目的1、研究弗兰克—赫兹管中电流变化的规律2、测量氩原子的第一激发电位；证实原子能级的存在，加深对原子结构的了解；3、了解在微观世界中，电子与原子的碰撞几率。

二、实验仪器LB-FH弗兰克-赫兹实验仪，示波器三、实验原理夫兰克一赫兹实验原理(如图1所示)，氧化物阴极K，阳极A，第一、第二栅极分别为G1、G2。

图1弗兰克-赫兹实验原理图灯丝电压K-G 1-G 2加正向电压，为电子提供能量。

V G1K 的作用主要是消除空间电荷对阴极电子发射的影响，提高发射效率。

G 2-A 加反向电压，形成拒斥电场。

电子从K 发出，在K-G 2区间获得能量，在G 2-A 区间损失能量。

如果电子进入G 2-A 区域时动能大于或等于eV G2K ，就能到达板极形成板极电流I .电子在不同区间的情况：（1） K-G 1区间电子迅速被电场加速而获得能量。

（2） G 1-G 2区间电子继续从电场获得能量并不断与氩原子碰撞。

当其能量小于氩原子第一激发态与基态的能级差∆E ＝E 2-E 1 时，氩原子基本不吸收电子的能量，碰撞属于弹性碰撞。