物理实验之弗兰克-赫兹实验

物理实验之弗兰克-赫兹实验
弗兰克-赫兹实验是物理学中的经典实验之一。

它的目的是研究原子的结构。

据研究，原子是由电子，质子和中子组成的。

迄今为止，人们已经知道了原子的结构和组成；然而，在20世纪初，这个问题仍然是未解决的。

弗兰克-赫兹实验为研究原子组成和结构的理论
提供了重要的实验证据，并为导致量子力学的发展做出了巨大的贡献。

弗兰克-赫兹实验是由德国物理学家弗兰克和赫兹于1914年在法兰克福大学进行的。

该实验的设备是一个长长的玻璃管，该管内部有空气和水银蒸气。

两个电极置于管的两端，并且通过这些电极施加电压。

电压的值非常小，只有几伏特，这足以使大约1cm的空气分
子缩短350倍的距离，从而使它们成为离子。

离子化后的分子可以很容易地被带电的电子
撞击，从而被激发和解离。

当电流流经玻璃管时，可以看到荧光在管内产生。

这些荧光在
玻璃管的长度方向上呈现出明显的不均匀性，因此称其为荧光不稳定的阶梯状。

最初，弗兰克和赫兹发现，当电压过低时，无论电压增加了多少，都看不到荧光的变化；而当电压增加到一定程度时，荧光的形式突然发生了变化。

随着电压的增加，荧光不
再呈现出阶梯状，而是变成了均匀的条纹。

这种现象表明，在一定范围内，电压对原子的
结构产生了明显的影响。

进一步的研究表明，当电压增加到一定水平时，玻璃管里的荧光又重新呈现出了阶梯
形状。

这是因为这时电子的能量已经足够大，能够克服空气分子中的电子吸收势垒，从而
到达下一个空能态。

电流在这种情况下变成了一个突发的脉冲，因为所有的电子都同时跳
到了相同的能量级。

弗兰克-赫兹实验揭示了原子结构的本质，并为发展量子力学及以后的能量及频率论
发展奠定了基础。

该实验对现代物理学的发展产生了深远的影响。

今天，该实验被广泛用
于研究原子结构、半导体和太阳能电池等领域，为人们理解自然界和改进技术带来极大的
帮助。