夫兰克--赫兹实验原理

合集下载

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。

夫兰克赫兹实验原理

夫兰克赫兹实验原理

夫兰克赫兹实验原理夫兰克-赫兹实验原理。

夫兰克-赫兹实验是由德国物理学家詹姆斯·弗兰克和恩斯特·赫兹于1914年进行的实验,他们通过这一实验首次证实了原子的量子理论。

该实验是对原子结构和能级理论的重要验证,对后来量子力学的发展产生了深远影响。

夫兰克-赫兹实验的原理基于原子的能级结构。

根据量子理论,原子的能级是离散的,即只能取一些特定的数值,而不能取得其它数值。

在实验中,弗兰克和赫兹使用了汞蒸气管,通过加热汞蒸气,使其发射出电子。

这些电子经过加速后,撞击到一个带有正电荷的阳极上。

他们发现,当电子的动能达到一定数值时,会出现电流的急剧下降,这表明电子的动能被吸收,使得电子无法到达阳极,从而无法产生电流。

这一现象可以用量子理论来解释。

根据量子理论,原子的能级是分立的,当电子的动能达到一定数值时,会与原子的能级相匹配,从而被原子吸收。

这就导致了电流的急剧下降。

通过实验测量电子的动能和电流的变化,弗兰克和赫兹成功地验证了量子理论对原子能级的描述。

夫兰克-赫兹实验的原理深化了人们对原子结构的理解,为后来量子力学的发展奠定了基础。

实验结果也证实了玻尔的原子模型,即电子围绕原子核旋转的轨道是分立的,而且电子只能在这些轨道上运动。

这一实验的成功,标志着量子理论在物理学中的确立,为后来的量子力学的发展奠定了基础。

总之,夫兰克-赫兹实验的原理是基于量子理论的,通过实验验证了原子的能级结构是离散的。

这一实验为量子力学的发展奠定了基础,深化了人们对原子结构的理解,对现代物理学产生了深远的影响。

弗兰克赫兹实验报告结论

弗兰克赫兹实验报告结论

一、实验概述弗兰克-赫兹实验是由德国物理学家W.弗兰克和G.赫兹于1914年进行的。

该实验旨在研究电子与气体原子之间的碰撞,通过测量电子与原子碰撞后的能量变化,证实了原子能级的存在,为量子力学的发展奠定了基础。

二、实验原理根据量子理论,原子只能处在一系列不连续的能量状态,称为定态。

相应的定态能量称为能级。

原子的能量要发生变化,必须在两个定态之间以跃迁的方式进行。

当基态原子与带一定能量的电子发生碰撞时,可以使原子从基态跃迁到高能态。

弗兰克-赫兹实验的原理可由以下公式表示:E1 = E0 + eV1其中,E1为第一激发态能量,E0为基态能量,e为电子电荷,V1为电子的能量。

三、实验方法1. 实验装置:实验采用了一个真空管,其中充满了低压气体(如氩气或汞气)。

管中设有阴极、栅极和阳极,通过调节电压使电子在电场作用下加速,并与气体原子发生碰撞。

2. 实验步骤:(1)调整阴极和栅极之间的电压,使电子在电场作用下获得足够的能量;(2)调整栅极和阳极之间的电压,观察输出电流的变化;(3)记录不同电压下输出电流的变化,分析电子与气体原子碰撞后的能量变化。

四、实验结果与分析1. 实验结果表明,当电子能量达到一定值时,输出电流出现明显的峰值。

这表明,电子与气体原子发生了有效的碰撞,使原子从基态跃迁到第一激发态。

2. 通过对实验数据的分析,我们可以得到氩原子和汞原子的第一激发电位。

实验结果显示,氩原子的第一激发电位约为4.9V,汞原子的第一激发电位约为13.6V。

3. 实验结果与波尔理论预测的能级结构相吻合,进一步证实了原子能级的存在。

五、结论1. 弗兰克-赫兹实验证实了原子能级的存在,为量子力学的发展奠定了基础。

2. 实验结果与波尔理论预测的能级结构相吻合,进一步证实了量子理论在原子物理领域的正确性。

3. 弗兰克-赫兹实验对于理解原子结构、电子与原子相互作用以及量子力学的发展具有重要的意义。

4. 该实验方法为后续的原子物理和量子力学实验提供了借鉴和参考。

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詹姆斯·弗兰克和恩斯特·赫兹于1914年进行的一项重要实验,通过该实验,他们观察到了原子的量子特性,为量子力学的发展做出了重要贡献。

本文将介绍弗兰克-赫兹实验的原理及其重要性。

在弗兰克-赫兹实验中,实验装置主要由真空管、加热丝、阴极、阳极等组成。

实验过程中,通过加热丝使阴极发射出电子,电子经过加速后撞击氩原子,然后通过测量电子的动能和氩原子的电离能来研究原子的结构和性质。

弗兰克-赫兹实验的原理主要包括以下几个方面:首先,加热丝产生电子。

在实验装置中,加热丝受到加热后会发射出电子,这些电子被加速电场加速后形成电子束。

其次,电子束撞击氩原子。

电子束经过加速后会撞击氩原子,这些撞击过程中,电子会失去一部分能量,这部分能量被用来激发氩原子内部的电子。

然后,观察电子的动能变化。

通过改变电子的加速电压,可以观察到电子束的动能发生变化,当电子束的动能等于氩原子的电离能时,会出现电流的突变现象。

最后,测量电子的动能和氩原子的电离能。

通过测量电子的动能和氩原子的电离能,可以得到氩原子内部电子的能级结构,从而揭示原子的量子特性。

弗兰克-赫兹实验的重要性在于,通过该实验,人们首次观察到了原子的量子特性,验证了玻尔提出的原子能级理论,为量子力学的发展奠定了重要基础。

此外,弗兰克-赫兹实验也为后来的原子物理研究提供了重要的实验方法和手段。

总之,弗兰克-赫兹实验是一项具有重要意义的实验,它揭示了原子的量子特性,为量子力学的发展做出了重要贡献。

通过对弗兰克-赫兹实验原理的深入理解,可以更好地认识原子结构和性质,推动原子物理学的发展。

弗兰克赫兹实验报告文库

弗兰克赫兹实验报告文库

一、实验背景弗兰克-赫兹实验是由德国物理学家W.弗兰克和G.赫兹于1914年进行的,该实验旨在研究电子在电场作用下的运动规律,并证明原子能级的存在。

实验通过测量电子与原子碰撞时的能量交换,揭示了原子内部结构的量子化特性。

二、实验目的1. 测量氩原子的第一激发电势,证明原子能级的存在;2. 加深对量子化概念的认识;3. 学习电子与原子碰撞微观过程与宏观物理量相结合的实验设计方法。

三、实验原理1. 原子能级理论:根据玻尔理论,原子只能长时间地处于一些稳定的状态,称为定态。

原子在这些状态时,不发射或吸收能量;各定态有一定的能量,其数值是彼此分隔的。

原子的能量只能从一个定态跃迁到另一个定态。

2. 电子与原子碰撞:当电子在电场作用下加速时,会获得动能。

当具有一定能量的电子与原子碰撞时,会发生能量交换。

若电子传递给原子的能量恰好等于原子从一个定态跃迁到另一个定态所需的能量,则原子会被激发。

3. 激发电势:原子从一个定态跃迁到另一个定态所需的能量称为激发电势。

在本实验中,测量氩原子的第一激发电势,即从基态跃迁到第一激发态所需的能量。

四、实验装置1. 夫兰克-赫兹管:由阴极、阳极、栅极和充有氩气的真空管组成。

阴极发射电子,阳极接收电子,栅极控制电子流。

2. 加速电压:通过调节加速电压,使电子在电场作用下获得不同动能。

3. 电流计:测量电子流过夫兰克-赫兹管时的电流。

4. 数据采集系统:用于记录电流与加速电压的关系。

五、实验步骤1. 将夫兰克-赫兹管接入实验电路,调整加速电压,使电子获得不同动能。

2. 测量电子流过夫兰克-赫兹管时的电流,记录数据。

3. 改变加速电压,重复步骤2,得到一系列电流与加速电压的关系曲线。

4. 分析数据,确定氩原子的第一激发电势。

六、实验结果与分析1. 实验结果显示,电流与加速电压的关系曲线呈阶梯状。

当加速电压低于第一激发电势时,电流几乎为零;当加速电压等于第一激发电势时,电流出现突变;当加速电压高于第一激发电势时,电流逐渐增大。

弗兰克赫兹实验揭示电子的运动规律

弗兰克赫兹实验揭示电子的运动规律

弗兰克赫兹实验揭示电子的运动规律弗兰克-赫兹实验是由德国物理学家James Franck和Gustav Hertz于1914年发现的一项重要实验,通过该实验,他们揭示了电子在原子中的运动规律,为量子力学的发展做出了重要贡献。

本文将详细介绍弗兰克-赫兹实验的原理、装置和实验结果,以及对电子运动规律的启示。

实验原理弗兰克-赫兹实验的原理是通过在真空中加入高压气体,然后通过一对电极建立电压差,使得电子能够穿过气体。

通过测量电流与电压的关系,可以得到有关电子在气体中的运动规律的信息。

实验装置弗兰克-赫兹实验通常采用一个玻璃管,管内充有气体(通常为汞蒸气),管的两端设有相距一定距离的两个电极。

其中一个电极称为阴极,用于释放电子;另一个电极称为阳极,用于收集电子。

在实验过程中,可以通过改变阳极的位置,来研究电子在不同位置的行为。

实验结果在实验中,当加入适当电压时,会观察到电流的变化。

弗兰克和赫兹发现,当电压较小时,电流随电压的增加而线性增加,这是因为电子受到的阻力较小,能够通过气体较为容易。

当电压进一步增大时,电流突然下降,这是因为电子在经过气体分子碰撞时损失能量,无法再到达阳极。

随着电压继续增加,电流再次上升,但仍然无法恢复到最初的水平。

通过这些电流曲线,可以推断出电子在气体中的运动规律。

电子运动规律的启示弗兰克-赫兹实验的结果表明,电子在原子中的运动不是连续的,而是量子化的。

电子只能在具有特定能量的状态下存在,并且在不同能级之间跃迁。

当电子能量低于某个阈值时,无法克服气体分子的阻力到达阳极,从而导致电流下降。

这一发现支持了波尔的原子模型,并为后来量子力学的发展打下了基础。

结论弗兰克-赫兹实验是揭示电子在原子中运动规律的重要实验之一。

通过观察电流与电压的关系,我们可以了解到电子在气体中的运动方式,并且得出了电子能量量子化的结论。

这一实验的发现为量子力学的发展提供了重要的实验依据,不仅对科学研究有着重要的意义,也为我们深入理解原子结构和电子运动提供了重要的启示。

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

弗兰克-赫兹实验

弗兰克-赫兹实验
弗兰克-赫兹实验(Frank-Hertz实验)是由德国物理学家威廉·赫兹和威廉·弗兰克于1914年完成的一项重要实验,旨在研究薛定谔方程在原子能级间的电子跳跃所导致的离子化能量变化。

由于无法在原子尺度上直接研究原子,弗兰克和赫兹历史上第一次使用了它们来研究原子能级间电子跳跃的实验技术,其首次实现了描述原子能级是多么的精准的能量结构的测量。

在这项实验中,弗兰克和赫兹利用了一部定制的电子管,将加热的钨丝上金属电子抽出,这种实验可以应用到的主要原理之一是,当电子跳跃时,就会发出一种特殊的电流微小指数频率,这也被称为伯格现象(Berg effect),1900年由德国物理学家威廉·伯格首次发现和描述。

利用这种技术,弗兰克和赫兹可以测量出原子能级给出的电流,据此计算出原子能级的能量差,尽管这种技术总共只能测量出原子的一个能级,但是,这便是薛定谔方程研究原子能级出现的关键原理和重要实验,以及未来任何继续研究原子能级结构必须建立在它之上的基础。

测量完原子能级结构之后,弗兰克和赫兹发现,对于原子内部电子跳跃有一种精准的离子化能量幅度,而这种幅度基本上和薛定谔方程的预期值一致,证明了薛定谔方程在原子能级间跳跃的存在,这也被人们认为是薛定谔方程的最关键的实验检验,从而最终在1925年蒙特卡罗和佩里条约之后得到了较大的广泛认可,也广泛确认了它与原子内电子跃迁有关。

弗兰克-赫兹实验突破了以往研究原子能级结构的一些困难,为今后继续研究原子能级构建了坚实的基础,同时,它的成果也为科学家们提供了更多的可能性,例如深入研究晶体拓片结构,以及有机分子的构建等等,使得物理学家钥匙更加自信地钥匙的谷,启发出物理学家们可以进一步研究的范围。

弗兰克赫兹实验原理

弗兰克赫兹实验原理

弗兰克赫兹实验原理弗兰克-赫兹实验原理弗兰克-赫兹实验是一项重要的实验,它深刻地揭示了原子结构和能级的存在,对于后来的量子力学理论的发展起到了重要的推动作用。

本文将介绍弗兰克-赫兹实验的原理以及实验过程,并探讨其在科学研究中的重要性。

弗兰克-赫兹实验是由德国物理学家詹姆斯·弗兰克和格斯塔夫·赫兹于1914年进行的。

实验的目的是观察气体原子在电场作用下的能量转移过程,并验证原子存在能级结构的理论。

实验装置主要由一个玻璃管和一对电极构成。

玻璃管内充满了待研究的气体,如氩气或汞蒸气。

两个电极分别被连接到电源上,形成一个电场。

当电压施加到电极上时,气体原子会受到电场力的作用,加速运动。

当原子与电极碰撞时,它们会失去一部分动能,而这部分动能就被转化为电子的能量。

这些电子会继续向阳极移动,并在途中与气体原子发生碰撞。

根据经典物理学的理论,电子会逐渐失去能量,直到停止运动。

然而,弗兰克和赫兹的实验结果却与经典理论相悖。

他们发现,在一定条件下,电子在与气体原子碰撞后仍然具有足够的能量继续运动。

他们通过测量电流的变化来研究这个现象。

当电子能量低于一定值时,电流会急剧增加,而当电子能量高于这个值时,电流会显著减小。

这表明电子在与气体原子碰撞后会发生能量的定量跃迁,而不是像经典理论所预测的逐渐损失能量。

弗兰克和赫兹的实验结果进一步证明了气体原子存在能级结构的假设。

根据量子力学的理论,原子的能级是离散的,而电子只能在这些离散能级之间跳跃。

当电子跃迁到一个较低能级时,会释放出能量,而当电子跃迁到一个较高能级时,会吸收能量。

弗兰克-赫兹实验观察到的电流变化正是因为电子在与气体原子碰撞时发生能量的跃迁。

弗兰克-赫兹实验的重要性在于它验证了原子存在能级结构的理论,为后来量子力学的发展奠定了基础。

量子力学是描述微观世界行为的理论,它解释了原子和分子的结构、能级和光谱等现象。

而弗兰克-赫兹实验的结果直接证明了原子能级的存在,为量子力学的发展提供了实验依据。

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。

01弗兰克-赫兹实验

01弗兰克-赫兹实验

实验报告:弗兰克-赫兹实验一、实验题目:弗兰克-赫兹实验二、实验目的:1914年,弗兰克和赫兹用电子碰撞原子的方法测量到了汞的激发电位和电离电位,证实了原子存在定态能级。

这个实验方法至今仍是探索原子结构的重要手段之一。

实验目的是熟悉实验装置,掌握实验条件,测量汞的第一激发电位、电离电位和高激发电位。

进一步理解实验原理,掌握实验方法。

三、实验原理:1.实现原子从低能级到高能级的跃迁,可以使具有一定能量的电子和原子发生碰撞.若与之发生碰撞的电子是在电势V 的加速下,速度从零增加到v ,则当电子的能量满足:221mv eV E E E n m ==-=∆时,电子将全部的能量交换给原子.由于两个能级之间的能量差是有确定的值,对应的电压就有确定的大小,当原子吸收电子的能量从基态跃迁到第一激发态时,相就的电压值称为原子的第一激发电位.实验中就是测量汞原子的第一电位差. 2.Hg 原子能级其中61S0(0ev )为基态,63P1(4.9ev )为激发态,63P0(4.7ev )、63P2(5.47ev )为亚稳态3.实验中用F-H管来测量汞原子的第一激发电位.原理图如下:F-H管内先注入少量汞,再抽成真空,在一定温度下,得到合适压强的汞蒸气。

电子由阴极K 出发,受第二栅极G2正电压作用加速,在管中与汞原子碰撞。

逐渐增加KG2电压,观察屏极电流。

发现电流逐渐增加,但每增加4.9V ,都出现一次电流陡降。

第一次陡降出现在4.1V 左右,是由于仪器的接触电势所致。

具有4.9eV 的电子与汞原子碰撞,将全部能量传递给汞原子,使其处于 4.9eV 的激发态。

再增大电压,电子在F-H 管中发生第二次、第三次…碰撞,屏极电流都会陡降。

G1的作用: 控制电子束电流并消除阴极附近电子聚集。

屏极A 与G2间有负电压,使得与汞原子发生非弹性碰撞二损失了能量的电子不能到达A 极。

而G1与G2间距较大,使电子与气体有较大的碰撞区域。

F-H 管内充汞,灯丝加热K 使其发射电子,G1控制通过G1的电子数目,G2加速电子,G1,G2空间较大,提供足够的碰撞概率,A 接收电子,AG2加一扼止电压,使失去动能的电子不能到达,形成电流。

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。

夫兰克赫兹实验原理

夫兰克赫兹实验原理

夫兰克赫兹实验原理夫兰克-赫兹实验原理。

夫兰克-赫兹实验是由德国物理学家詹姆斯·弗兰克和恩斯特·赫兹于1914年进行的一项重要实验,该实验验证了原子的量子理论。

这一实验对于量子力学的发展产生了深远的影响,也为后来的科学研究提供了重要的实验依据。

夫兰克-赫兹实验的原理基于原子对电子的能级结构。

在实验中,弗兰克和赫兹利用了汞蒸汽,通过加热汞使其蒸发,产生了一束高速电子。

这些电子穿过了一个金属网格,然后撞击到另一端的阳极上。

他们发现,当电子的能量达到一定值时,会出现电流的急剧增加,这说明电子的能量被限制在某个特定的能级上,只有当能量超过这个能级时,电子才能继续传导。

根据夫兰克-赫兹实验的结果,我们可以得出几个重要的结论。

首先,原子内部存在能级结构,电子只能在特定的能级上存在。

其次,电子的能量是量子化的,即只能取特定的数值。

最后,电子在受到能量激发后会跃迁到更高的能级,当能量达到一定值时,电子会从原子中释放出来,形成电流。

夫兰克-赫兹实验的原理对于我们理解原子的内部结构和电子的行为具有重要意义。

它揭示了原子内部的量子性质,为后来量子力学的建立奠定了基础。

通过对夫兰克-赫兹实验的研究,科学家们不断深化了对原子结构和性质的认识,也为现代物理学的发展提供了重要的实验依据。

总的来说,夫兰克-赫兹实验的原理是基于原子内部的能级结构和电子的量子化特性。

通过该实验,我们可以深入理解原子的内部结构和电子的行为规律,也为量子力学的发展提供了重要的实验依据。

夫兰克-赫兹实验的原理对于我们理解微观世界的规律具有重要的意义,也为现代物理学的发展做出了重要贡献。

2.4-实验验证之二:弗兰克—赫兹实验

2.4-实验验证之二:弗兰克—赫兹实验

一、弗兰克—赫兹实验
在玻尔理论发表的第二年,即1914年,夫兰克和赫 兹进行了电子轰击汞原子的实验,证明了原子内部能 量的确是量子化的。可是由于这套实验装置的缺陷, 电子的动能难以超过4.9ev,这样就无法使汞原子激发 到更高的能态,而只得到汞原子的一个量子态—— 4.9ev。
1920年,弗兰克改进了原来的实验装置,把电子的 加速与碰撞分在两个区域内进行,获得了高能量的电 子,从而得到了汞原子内一系列的量子态。
态能量E2 eU1 E2 E1
当电子的加速电压U<原子第一激发电势U1 电子与原子碰撞没有发生动能与内能的交换。
为“弹性碰撞”
电子碰撞前后速率不变
当电子的加速电压U≥原子第一激发电势U1 电子与原子碰撞发生动能与内能的交换 为“非弹性碰撞”
电子碰撞后速度变慢,原子会辐射光子
K IP
G2 P
第一激发态
第一激发电离能
电离能:电子从基态激发到 电离状态所需态激发到电离状态所 需的能量。
电离电势:与电离能相对 应的加速电压。
电离能
例题:用能量为12.6ev的电子轰击基态的氢原子,试求 1、氢原子所能达到的最高能态。 2、在能级图上标出受激发的氢原子向低能态跃迁时可能 发出的谱线,算出波长最短的一条。 3、基态氢原子的电力电势是多少?
2、玻尔理论指出了经典理论已不适应于原子内部,并 提出了定态和量子跃迁等新概念。处于某一能态En上的 原子并不辐射电磁波,只有当原子从某一能态向另一能 态Em(En>Em)跃迁时,才辐射光子。
Em En
h
实验表明这一结论对各种原子都正确。玻尔在这里成功地 克服了经典轨道模型的困难,并把卢瑟福的核式结构模型与 普朗克---爱因斯坦量子化概念,以及表面上看似乎与此并不 相干的光谱实验规律巧妙结合起来了,把光谱规律纳入理论 体系,并推导出里德伯常数,这开创了原子物理学向前发展 的途径,推动了光谱和原子结构等方面新的实验和理论工作。

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。

夫兰克—赫兹实验原理

夫兰克—赫兹实验原理
2
开始时,由于电压较低,电子能量少,即使碰撞也只是发生 弹性碰撞。穿过第二栅的电子形成的板流IA将随第二栅电压 的增大而增大。当电压达到第一激发电势时,电子在第二栅 附近与氩原子相碰撞,将自己从加速电场中获得的全部能量 交给后者,并使后者从基态激发到第一激发态。而电子本身 由于把全部能量给了氩原子,即使穿过了第二栅也不能克服 反向拒斥电场而被这回第二栅。所以板极电流将显著减小。 随着电压的增加,电子的能量也随之增加,在与氩原子碰撞 之后还留下足够的能量,可以克服反向拒斥电场而到达板极 A,这时电流又开始上升。直到电压是2倍氩原子的第一激 发电势时,电子又会因二次碰撞而失去能量,因而又会造成 第二次板极电流的下降。
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。
实验时,使UG2电压逐渐增加并仔细观察电流 计的电流指示,如果原子能级存在,而且基 态和第一激发态之间有确定的能级差的话, 就能观察到下图所示的IA~UG k曲线
由玻尔理论可知,处于基态的原子发 生状态改变时,所需能量不能小于该原子 从基态跃迁到第一激发态时所需的能量, 这个能量称为临界能量。当电子与原子碰 撞时,如果电子能量小于临界能量,则发 生弹性碰撞(电子不损失能量);若电子 能量大于临界能量,则发生非弹性碰撞( 电子把数值为△E= E2 - E1 的能量交给氩 原子,只保留余下的部分);
设E2和E1分别为原子的第一激发态和基态。初动能 为零的电子在电势差U0的电场作用下获得能量eU0 ,如果
= E2 - E1
当电子与原子发生碰撞时,原子从电子获取能量 而从基态跃迁到第一激发态。相应的电位差U0就 称为氩原子的第一激发电势。测定出U0,可根据

弗兰克赫兹实验总结

弗兰克赫兹实验总结

弗兰克赫兹实验总结弗兰克赫兹实验简介弗兰克赫兹实验是在19世纪末由德国物理学家弗兰克和赫兹共同进行的实验,用于验证电子在气体中的行为。

这个实验被认为是现代物理学中的重要里程碑之一,对后来的量子力学研究起到了重要的推动作用。

弗兰克赫兹实验的原理是利用气体放电现象,通过观察电子在气体中的散射行为来研究电子的运动规律。

实验通过在一个密封的玻璃管中加入一定压强的气体,并在管内施加高压电源,使气体发生放电。

在实验中,使用一个电压表和一个电流表来测量电压和电流的变化,并观察气体放电现象。

弗兰克赫兹实验步骤1. 准备实验装置首先,需要准备一个封闭的玻璃管,一端密封,另一端连接着一个真空泵和一个气体压力计。

然后,在玻璃管中加入一定压强的气体,常用的气体有氩气和汞蒸气。

最后,连接一个高压电源和一个电压表和电流表。

2. 施加高压电源将电压表和电流表连接到实验装置上,并打开高压电源。

逐渐增加电压,观察气体的放电现象和电流的变化。

在实验过程中,可以调整电压的大小,以及气体的压强和种类,以获得不同的实验结果。

3. 观察放电现象在实验中,观察气体的放电现象是非常重要的。

当电压足够高时,在玻璃管中会出现亮白色的电晕,称为弗兰克赫兹电晕。

通过观察电晕的位置、亮度和形态的变化,可以推测出电子在气体中的运动规律。

4. 记录数据和分析结果在实验过程中,需要记录电压、电流、气体种类和压强等相关数据。

根据这些数据,可以绘制出电流随电压的变化曲线和电晕的位置和亮度变化图。

通过分析数据和图形,可以得出电子在气体中的散射特性和能量转移过程。

弗兰克赫兹实验结果弗兰克赫兹实验的结果有助于揭示了电子行为的量子性质。

通过实验观察到了以下几个重要的现象:1. 弗兰克赫兹电晕实验中发现,在一定电压范围内,气体放电表现为一系列亮白色的电晕,称为弗兰克赫兹电晕。

这些电晕的位置和亮度会随着电压的变化而发生变化。

2. 电子的散射通过观察电晕的位置和形态的变化,可以推测出电子在气体中的散射行为。

  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。

[实验原理]
根据玻尔理论,原子只能较长久地停留在一些稳定状态(即定态),其中每一状态对应于一定的能量值,各定态的能量是分立的,原子只能吸收或辐射相当于两定态间能量差地能量。

如果处于基态的原子要发生状态改变,所具备的能量不能少于原子从基态跃迁到第一激发态时所需要地能量。

夫兰克—赫兹实验是通过具有一定能量的电子与原子碰撞,进行能量交换而实现原子从基态到高能态地跃迁。

电子与原子碰撞过程可以用以下方程表示:

其中是电子质量,是原子质量,是电子的碰撞前的速度,是原子的碰撞前的速度,是电子的碰撞后速度,是原子的碰撞后速度,为内能项。

因为,所以电子的动能可以转变为原子的内能。

因为原子的内能是不连续的,所以电子的动能小于原子的第一激发态电位时,原子与电子发生弹性碰撞;当电子的动能大于原子的第一激发态电位时,电子的动能转化为原子的内能,为原子的第一激发电位。

夫兰克—赫兹实验原理如图1所示,充氩气的夫兰克—赫兹管中,电子由热阴极发出,阴极和栅极之间的加速电压使电

加速,在板极和栅极之间有减速电压。

当电子通过栅极进入空间时,如果能量大于,就能到达板极形成电流。

电子在空间与氩原子发生了弹性碰撞,电子本身剩余的能量小于,则电子不能到达板极,板极电流将会随着栅极电压的增加而减少。

实验时使逐渐增加,观察板极电流的变化将得到如图2所示的曲线。

随着的增加,电子的能量增加,当电子与氩原子碰撞后仍留下足够的能量,可以克服空间的减速电场而到达板极时,板极电流又开始上升。

如果电子在加速电场得到的能量等于时,电子在空间会因二次非弹性碰撞而失去能量,结果板极电流第二次下降。

在加速电压较高的情况下,电子在运动过程中,将与氩原子发生多次非弹性碰撞,在关系曲线上就表现为多次下降。

对氩来说,曲线上相邻两峰(或谷)之间的之差,即为氩原子的第一激发电位。

这即证明了氩原子能量状态的不连续性。

[实验内容与步骤]
一、示波器演示
1、分别用线将主机正面板上“输出”和“输出”与示波器上的“”和“”相连,将电源线插在主机后面板的插孔内,打开电源开关;
2、把扫描开关调至“自动”档,扫描速度开关调至“快速”,把电流增益波段开关拨至“”;
3、打开示波器的电源开关,并分别将“”、“”电压调节旋钮调至“”和“”,“”工作方式开关按下,“”全部打到“”;
4、分别调节、、电压至主机上部厂商标定数值,将调节至最大,此时可以在示波器上观察到稳定的氩的曲线;
二、手动测量
1、将扫描开关拨至“手动”档,调节至最小,然后逐渐增大其值,寻找值的极大和极小值点,以及相应的值,即找出对应的极值点(,),也即关系曲线中波峰和波谷的位置,相临波峰或波谷的横坐标之差就是氩的第一激发电位;(注:实验记录数据时,电流值为表头示值“”,;实际测量值为:表头示值)
2、每隔记录一组数据,列出表格,然后描画氩的关系曲线图。

(实验中可以在波峰和波谷位置周围多记录几组数据,以提高测量精度)。

相关文档
最新文档