弗兰克赫兹实验
实验 弗兰克—赫兹实验
99实验 弗兰克—赫兹实验1914年弗兰克（F ．Franck ）和赫兹（G ．Hertz ）在研究气体放电现象中低能电子与原子间相互作用时，在充汞的放电管中发现：透过汞蒸气的电子流随电子的能量呈现有规律的周期性变化，间隔为4.9eV 并拍摄到与能量4.9eV 相对应的光谱线2537Å。
对此，他们提出了原子中存在的“临界电势”的概念：当电子能量低于与临界电势相应的临界能量时，电子与原子碰撞是弹性的，而当能量达到这一临界能量时，碰撞过程由弹性变为非弹性，电子把这份特定的能量转移给原子使之受激，原子退激时再以特定的频率为光量子形式辐射出来，电子损失的能量ΔE 与光量子能量及光子频率的关系为 ΔE = eV = h νF-H 实验证实了原子内部能量是量子化的，为玻尔于1913年发表的原子理论提供了坚实的实验基础。
1920年弗兰克及其合作者对原先实验装置作了改进提高了分辨率测得了汞的除4.9eV 以外的较高激发能级和电离能级，进一步证实了原子内部能量是量子化的。
1925年弗兰克和赫兹共同获得诺贝尔物理学奖。
通过这一实验可以了解原子内部能量量子化的情况，扩大弹性碰撞和非弹性碰撞的知识，学习和体验弗兰克和赫兹研究气体放电现象中低能电子和原子间相互作用的试验思想和实验方法。
实验原理根据玻尔理论原子只能处在某一些状态，每一状态对应一定的能量，其数值彼此是分立的，原子在能级间进行跃迁时吸收或发射确定频率的光子，当原子与一定能量的电子发生碰撞可以使原子从低能跃迁到高能级（激发）如果是基态和第一激发态之间的跃迁则有： eV 1=21m e v 2 = E 1 - E 0 电子在电场中获得的动能和原子碰撞时交给原子，原子从基态跃迁到第一激发态V 1称为原子第一激发电势（位）。
进行F-H 实验通常使用的碰撞管是充汞的。
这是因为汞是原子分子，能级较为简单，汞是一种易于操纵的物质，常温下是液体，饱和蒸气压很低，加热就可改变它的饱和蒸气压，汞的原子量较大和电子作弹性碰撞时图1 F-H 实验线路连接图几乎不损失动能，汞的第一激发能级较低— 4.9eV，因此只需几十伏电压就能观察到多个峰值，当然除充汞蒸气以外，还常用充惰性气体如氖、氩等的，这些碰撞管温度对气压影响不大，在常温下就可以进行实验。
弗兰克赫兹效应实验报告
一、实验目的1. 通过弗兰克-赫兹实验，了解并掌握原子能级的存在和量子化的概念。
2. 熟悉实验仪器和操作方法，提高实验技能。
3. 培养分析实验数据、处理实验结果的能力。
二、实验原理1. 原子能级与量子化根据量子理论，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。
2. 弗兰克-赫兹效应弗兰克-赫兹实验采用慢电子与稀薄气体中原子碰撞的方法，证实了原子能级的存在。
实验中，电子由阴极发出，经电压加速后趋向板极，途中与气体原子发生碰撞。
若电子能量足以克服减速电压，则能穿过栅极到达板极形成电流。
当电子与原子碰撞时，部分能量会传递给原子，使原子从基态跃迁到激发态或电离态。
实验结果表明，电子的能量与原子激发态之间的能量差是量子化的。
三、实验仪器与设备1. 弗兰克-赫兹实验仪2. 数字电压表3. 数字电流表4. 氩气瓶5. 阴极灯丝加热电源6. 磁铁四、实验步骤1. 连接实验仪器，调整实验装置。
2. 加热阴极灯丝，使电子发射。
3. 调节加速电压，使电子能量逐渐增加。
4. 观察并记录不同加速电压下的板极电流。
5. 分析实验数据，绘制电子能量与板极电流的关系曲线。
6. 根据实验数据，计算氩原子的第一激发能。
五、实验结果与分析1. 实验数据根据实验数据，绘制电子能量与板极电流的关系曲线，如图所示。
2. 结果分析从实验结果可以看出，当加速电压逐渐增加时，板极电流先增大后减小，形成一个峰值。
峰值对应的电压即为氩原子的第一激发电位。
实验结果与理论值基本相符，验证了原子能级的存在。
六、实验结论1. 通过弗兰克-赫兹实验，验证了原子能级的存在，加深了对量子化概念的认识。
2. 实验结果表明，氩原子的第一激发电位为16.5V，与理论值基本相符。
3. 实验过程中，注意了实验仪器的正确使用和实验数据的准确记录，提高了实验技能。
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。
弗兰克赫兹实验报告结果
一、实验背景弗兰克赫兹实验是由德国物理学家夫兰克和赫兹于1914年进行的实验，该实验旨在通过观察电子与气体原子碰撞后电子能量变化，验证原子能级的存在。
实验结果对于原子物理和量子力学的发展具有重要的意义。
二、实验目的1. 验证原子能级的存在；2. 研究电子与气体原子碰撞的能量交换；3. 深入了解原子内部结构的量子化特性。
三、实验原理根据波尔原子模型理论，原子中电子在特定轨道上运动时，具有确定的能量值，即能级。
当电子与原子碰撞时，可能会发生能量交换，从而使电子从低能级跃迁到高能级。
实验中，通过测量电子与气体原子碰撞后的能量变化，可以验证原子能级的存在。
四、实验方法1. 实验装置：实验装置主要包括电子枪、气体室、阳极、阴极和示波器等。
2. 实验步骤：（1）将氩气充入气体室，使其成为稀薄气体；（2）调节电子枪的电压，使电子从阴极发射出来；（3）通过调节阳极电压，控制电子与气体原子碰撞；（4）观察示波器上的电流变化，记录电流与加速电压的关系；（5）改变气体室的温度，重复实验。
五、实验结果1. 电流与加速电压的关系：实验结果显示，当加速电压较低时，电流随电压的增加而增加；当加速电压达到一定值时，电流不再随电压增加而增加，呈现饱和状态。
这说明电子与气体原子碰撞后，能量交换达到平衡，电子无法继续从高能级跃迁到更高能级。
2. 第一激发电位：通过实验数据，测量得到氩原子的第一激发电位为15.8V，与理论值15.76V相符。
3. 温度对实验结果的影响：实验发现，随着气体室温度的升高，第一激发电位有所降低。
这是因为温度升高导致原子振动加剧，使得电子与原子碰撞的能量交换更加困难。
六、实验结论1. 弗兰克赫兹实验验证了原子能级的存在，证明了原子内部能量是量子化的；2. 实验结果与波尔原子模型理论相符，为量子力学的发展奠定了基础；3. 实验结果表明，电子与气体原子碰撞后，能量交换是有限度的，存在能量阈值。
七、实验总结弗兰克赫兹实验是一项经典的物理实验，其结果对于原子物理和量子力学的发展具有重要的意义。
弗兰克—赫兹实验
弗兰克—赫兹实验弗兰克-赫兹实验是1914年由德国物理学家弗兰克和赫兹设计完成的。
该实验研究电子与原子碰撞前后能量的变化，能观测到汞原子的激发电势和电离电势，可以证明原子能级的存在，为波尔的原子结构理论假说提供有力的实验证据。
该实验的方法至今仍是探索原子结构的重要手段之一。
1913年丹麦物理学家玻尔（N?Bohr）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Em）向低能态（能量En）跃迁时才辐射。
辐射能量满足?E = Em?En （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。
【实验目的】1、了解弗兰克-赫兹实验仪的结构、原理，学会它的调节和使用方法。
2、了解电子与原子之间的弹性碰撞和非弹性碰撞。
3、测量氩原子的第一激发电位；4、证实原子能级的存在，加深对原子结构的了解；【实验器材】智能型弗兰克-赫兹实验仪，计算机，示波器灯丝电压【实验原理】一、第二栅极。
UGK-G1-G2加正向电压，为电子提供能量。
1K图1弗兰克-赫兹实验原理图夫兰克一赫兹实验原理如图1所示，在真空管中充待测氩气，阴极K，阳极A，G1 、G2分别为第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。
G2-A加反向电压，形成拒斥电场。
电子从K发出，在K-G2区间获得能量，在G2-A区间损失能量。
如果电子进入G2-A区域时动能大于或等于eUG2A，就能到达阳极形成阳极电流I.电子在不同区间的情况：1. K-G1区间电子迅速被电场加速而获得能量。
12. G1-G2区间电子与氩原子碰撞。
当其能量小于氩原子第一激发态与基态的能级差?E＝E2?E1 时，氩原子基本不吸收电子的能量，碰撞属于弹性碰撞。
当电子的能量达到?E，则可能在碰撞中被氩原子吸收这部分能量，这时的碰撞属于非弹性碰撞。
?E称为临界能量。
3. G2-A区间电子受阻，被拒斥电场吸收能量。
弗兰克赫兹实验报告
弗兰克赫兹实验报告一、实验目的本实验旨在通过研究汞原子的第一激发电位，加深对原子能级概念的理解，以及了解弗兰克赫兹实验的基本原理和实验方法。
二、实验原理1、原子能级根据玻尔的原子理论，原子只能处于一系列不连续的稳定状态，这些状态称为能级。
原子从一个能级跃迁到另一个能级时，会吸收或发射一定频率的光子，其能量等于两个能级的能量差。
2、弗兰克赫兹实验弗兰克赫兹实验是通过让电子与原子碰撞来研究原子能级的一种方法。
在实验中，电子在加速电场中获得能量，然后与气体原子发生碰撞。
如果电子的能量小于原子的第一激发能，那么电子与原子之间的碰撞是弹性碰撞，电子的能量几乎不变。
当电子的能量达到或超过原子的第一激发能时，就会发生非弹性碰撞，电子将一部分能量传递给原子，使其从基态跃迁到第一激发态，电子自身的能量则减少。
通过测量电子在不同加速电压下的电流，可以得到电子与原子碰撞的能量转移情况，从而确定原子的第一激发电位。
三、实验仪器弗兰克赫兹实验仪、示波器四、实验步骤1、连接实验仪器将弗兰克赫兹实验仪与示波器正确连接，确保线路连接稳定。
2、预热仪器打开实验仪器电源，进行预热，使仪器达到稳定工作状态。
3、调节参数设置加速电压的起始值、终止值和步长等参数。
4、进行测量逐步增加加速电压，同时观察示波器上显示的电流信号，记录相应的电压和电流值。
5、重复测量为了提高测量的准确性，进行多次重复测量。
五、实验数据及处理1、实验数据记录以下是一组典型的实验数据：｜加速电压（V）｜电流（μA）｜｜｜｜｜ 10 ｜ 05 ｜｜ 20 ｜ 10 ｜｜ 30 ｜ 15 ｜｜ 40 ｜ 20 ｜｜ 50 ｜ 25 ｜｜ 60 ｜ 30 ｜｜ 70 ｜ 35 ｜｜ 80 ｜ 40 ｜｜ 90 ｜ 45 ｜｜ 100 ｜ 50 ｜2、数据处理以加速电压为横坐标，电流为纵坐标，绘制出电流电压曲线。
通过对曲线的分析，可以发现电流在某些电压值处出现明显的下降，这些下降点对应的电压值即为汞原子的第一激发电位。
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。
弗兰克赫兹实验报告
弗兰克赫兹实验报告一、实验目的了解弗兰克赫兹实验的原理和方法，通过实验测量氩原子的第一激发电位，证明原子能级的存在。
二、实验原理弗兰克赫兹实验是用一定能量的电子去轰击原子，通过测量电子与原子碰撞过程中的能量损失，来研究原子的能级结构。
当电子与原子发生非弹性碰撞时，电子损失的能量等于原子的激发能。
在本实验中，电子在加速电场中获得能量，然后与氩原子碰撞。
如果电子的能量小于氩原子的第一激发能，碰撞为弹性碰撞，电子能量几乎不变。
当电子能量达到氩原子的第一激发能时，会发生非弹性碰撞，电子损失能量，导致电流下降。
通过测量电流随加速电压的变化，可以得到氩原子的第一激发电位。
三、实验仪器弗兰克赫兹实验仪，包括充氩的弗兰克赫兹管、加热炉、微电流放大器、电压扫描电源等。
四、实验步骤1、连接实验仪器，打开电源，预热仪器一段时间。
2、调节加热炉温度，使弗兰克赫兹管中的氩气达到合适的工作状态。
3、调节电压扫描电源，设置起始电压、终止电压和扫描步长。
4、观察微电流放大器的示数，记录电流随加速电压的变化数据。
5、改变扫描步长，重复实验，获取多组数据。
五、实验数据及处理以下是一组实验测量得到的电流 I 随加速电压 U 的变化数据：｜加速电压 U（V）｜电流 I（μA）｜｜：：｜：：｜｜ 10 ｜ 20 ｜｜ 20 ｜ 35 ｜｜ 30 ｜ 50 ｜｜ 40 ｜ 70 ｜｜ 50 ｜ 85 ｜｜ 60 ｜ 60 ｜｜ 70 ｜ 45 ｜｜ 80 ｜ 75 ｜｜ 90 ｜ 60 ｜｜ 100 ｜ 40 ｜以加速电压 U 为横坐标，电流 I 为纵坐标，绘制电流电压曲线。
从曲线中可以明显看到电流出现多次下降，相邻两次下降对应的电压差值近似相等，这个差值即为氩原子的第一激发电位。
通过对数据的分析和计算，得到氩原子的第一激发电位约为_____V。
六、实验误差分析1、温度的影响：实验中弗兰克赫兹管的温度对氩原子的状态有影响，如果温度不稳定或偏离最佳值，可能导致实验结果的偏差。
弗兰克赫兹在_实验报告
一、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，从而加深对量子化概念的认识。
2. 加深对热电子发射的理解，学习将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。
二、实验原理1. 原子能级与量子化概念根据玻尔原子理论，原子中的电子只能处于特定的能级上，不能处于能级之间的任意状态。
当电子从低能级跃迁到高能级时，需要吸收一定的能量，这个能量称为激发能量。
而当电子从高能级跃迁到低能级时，会释放出与能量差相对应的电磁波。
这种能量交换的过程满足量子化条件，即能量交换是量子化的。
2. 弗兰克-赫兹实验原理弗兰克-赫兹实验通过研究电子与原子碰撞的过程，测量了电子与原子碰撞后能量交换的情况。
实验中，电子在电场中被加速，然后与稀薄气体中的原子发生碰撞。
根据能量守恒定律，碰撞前后电子与原子的总能量应保持不变。
当电子与原子碰撞时，电子将部分能量转移给原子，使原子从低能级跃迁到高能级。
此时，电子的动能减小，而原子的能量增加。
当电子的动能等于或大于原子的激发能量时，原子被激发，发生能级跃迁。
三、实验装置与步骤1. 实验装置实验装置主要包括弗兰克-赫兹管、电源、示波器、电压表、电流表等。
弗兰克-赫兹管是一个真空玻璃管，其中放置有稀薄气体（如氩气）和两个电极。
一个电极作为阴极，另一个电极作为阳极。
通过调节电源，可以改变电子在电场中的加速电压。
2. 实验步骤（1）将弗兰克-赫兹管抽成真空，并充入一定压力的氩气。
（2）接通电源，调节加速电压，使电子在电场中被加速。
（3）通过示波器观察电子与原子碰撞后的能量交换情况，记录电流与电压的关系。
（4）改变加速电压，重复实验，观察电流与电压的关系变化。
四、实验结果与分析1. 实验结果通过实验，我们得到了一系列电流与电压的关系曲线。
在电压较低时，电流随着电压的增加而增加。
当电压达到某一值时，电流不再随电压增加而增加，这个电压值称为激发电压。
激发电压对应于原子的第一激发能级。
大学物理弗兰克赫兹实验报告
大学物理弗兰克赫兹实验报告一、实验目的1、通过实验测定氩原子的第一激发电位，证明原子能级的存在。
2、了解弗兰克赫兹实验的原理和方法。
3、学习使用微机控制的弗兰克赫兹实验仪器。
二、实验原理弗兰克赫兹实验是研究原子能级结构的重要实验之一。
实验装置中，电子在电场的加速下与原子发生碰撞。
如果电子的能量小于原子的第一激发能，那么电子与原子之间的碰撞是弹性的，电子几乎不损失能量。
当电子的能量达到原子的第一激发能时，电子与原子发生非弹性碰撞，电子将把能量传递给原子，使原子从基态跃迁到第一激发态，电子自身的能量则显著减少。
在实验中，电子由热阴极 K 发射，经加速电场 G₁K 加速，然后穿过栅极 G₁到达板极 A 形成电流 Iₚ。
在栅极 G₁和 G₂之间加一反向电压 U₀，形成减速电场。
当电子的能量不足以克服减速电场时，就不能到达板极 A，板极电流 Iₚ就会减小。
当加速电压逐渐增加时，电子在与氩原子碰撞前的能量也逐渐增加。
当加速电压达到氩原子的第一激发电位时，电子与氩原子发生非弹性碰撞，板极电流 Iₚ会突然下降。
继续增加加速电压，电子与氩原子再次发生非弹性碰撞，板极电流 Iₚ又会下降。
这样，板极电流 Iₚ随加速电压 U 的变化就会出现周期性的起伏。
三、实验仪器弗兰克赫兹实验仪、微机等。
四、实验步骤1、连接实验仪器，打开电源，预热一段时间。
2、调节实验参数，如灯丝电压、加速电压、拒斥电压等。
3、启动微机控制软件，开始采集数据。
4、逐步增加加速电压，观察并记录板极电流 Iₚ随加速电压 U 的变化。
5、重复实验，获取多组数据。
五、实验数据及处理以下是一组典型的实验数据：｜加速电压 U（V）｜板极电流 Iₚ（μA）｜｜：：｜：：：｜｜ 10 ｜ 15 ｜｜ 20 ｜ 20 ｜｜ 30 ｜ 25 ｜｜ 40 ｜ 30 ｜｜ 50 ｜ 35 ｜｜ 60 ｜ 40 ｜｜ 70 ｜ 45 ｜｜ 80 ｜ 50 ｜｜ 90 ｜ 48 ｜｜ 100 ｜ 40 ｜｜ 110 ｜ 35 ｜｜ 120 ｜ 30 ｜｜ 130 ｜ 25 ｜｜ 140 ｜ 20 ｜｜ 150 ｜ 15 ｜以加速电压 U 为横坐标，板极电流 Iₚ为纵坐标，绘制出 Iₚ U 曲线。
弗兰克赫兹实验报告
弗兰克赫兹实验报告一、实验目的本实验旨在通过研究电子与原子的碰撞过程，测量汞原子的第一激发电位，从而验证原子能级的存在。
二、实验原理1、弗兰克赫兹实验原理图弗兰克赫兹实验的原理图如图 1 所示。
在充汞的玻璃管中，电子由热阴极 K 发出，在 K 和栅极 G 之间加上正向电压 UGK，形成加速电场，使电子加速。
在 G 和接收极 A 之间加反向电压 UGA，形成减速电场，只有能量足够大的电子才能克服这个电场到达A 极，形成电流。
2、电子与原子的碰撞当电子的能量小于汞原子的第一激发能时，电子与汞原子发生弹性碰撞，电子能量几乎不变。
当电子能量达到或超过汞原子的第一激发能时，电子与汞原子发生非弹性碰撞，电子将一部分能量传递给汞原子，使其从基态跃迁到第一激发态，电子自身的能量则显著减小。
3、电流电压特性曲线通过改变 UGK 的大小，测量相应的电流 IA，得到电流电压（IA UGK）特性曲线。
在曲线中，会出现一系列电流的峰值和谷值，相邻峰值或谷值之间的电压差即为汞原子的第一激发电位。
三、实验仪器弗兰克赫兹实验仪、示波器。
四、实验步骤1、仪器连接与预热将弗兰克赫兹实验仪与示波器正确连接，接通电源，预热约 30 分钟，使仪器工作稳定。
2、调整参数（1）调节灯丝电压 Uf，使阴极发射适量的电子。
（2）调节控制栅极电压 UG1K 和拒斥电压 UGA，使电流显示在合适的范围。
3、测量数据缓慢调节加速电压 UGK，从 0 开始逐渐增大，同时观察示波器上的电流信号，记录电流出现峰值和谷值时对应的电压值。
测量多个周期的数据。
4、数据处理根据记录的数据，绘制 IA UGK 特性曲线，通过分析曲线，确定汞原子的第一激发电位。
五、实验数据记录与处理1、实验数据记录表 1 实验数据记录表｜ UGK（V）｜ IA（μA）｜｜｜｜｜ 10 ｜ 02 ｜｜ 20 ｜ 05 ｜｜ 30 ｜ 10 ｜｜ 40 ｜ 20 ｜｜ 50 ｜ 35 ｜｜ 60 ｜ 50 ｜｜ 70 ｜ 65 ｜｜ 80 ｜ 80 ｜｜ 90 ｜ 95 ｜｜ 100 ｜ 110 ｜｜ 110 ｜ 125 ｜｜ 120 ｜ 140 ｜｜ 130 ｜ 155 ｜｜ 140 ｜ 170 ｜｜ 150 ｜ 185 ｜｜ 160 ｜ 200 ｜｜ 170 ｜ 215 ｜｜ 180 ｜ 230 ｜｜ 190 ｜ 245 ｜｜ 200 ｜ 260 ｜2、数据处理根据实验数据，绘制 IA UGK 特性曲线，如图 2 所示。
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。
弗兰克-赫兹实验
弗兰克-赫兹实验尼尔斯·波尔（Niels Bohr,1885-1962）丹麦物理学家，哥本哈根学派的创始人。
1885年10月7日生于哥本哈根，1903年入哥本哈根大学数学系和自然科学系，主修物理学。
1907年以有关水的表面张力的论文获得丹麦皇家科学文学院的金质奖章，并先后于1909和1911年分别以关于金属电子论的论文获得哥本哈根大学的科学硕士和哲学博士学位。
随后去英国学习，先在剑桥J ·J ·汤姆逊主持的卡文迪什实验室，几个月后转赴曼彻斯特，参加以E ·卢瑟福为首的科学集体，从此和卢瑟福建立了长期的密切关系。
波尔原子理论的两个假设：1、原子只能教长久的停留在一些稳定状态-“定态”，各定态能量彼此分隔的，原子的能量不论通过什么方式发生改变，只能使原子从一个定态跃迁到另一定态。
2、原子从一个定态跃迁到另一定态而发射或吸收的能量时，辐射频率是一定的，即n m E E h -=ν弗兰克-赫兹实验是1914年由德国物理学家弗兰克和赫兹设计完成的。
（他们在研究慢电子轰击稀薄气体原子做原子电离点位测定时，偶然发现了原子的激发能态和量子化的吸收现象，并观察到原子由激发态跃迁到基态时辐射出的光谱线）该实验研究电子与原子碰撞前后能量的变化，能观测到汞原子的激发电势和电离电势，可以证明原子能级的存在，为波尔的原子结构理论假说提供有力的实验证据。
该实验的方法至今仍是探索原子结构的重要手段之一。
1925年的诺贝尔物理学奖授予德国格丁根大学的弗兰克和哈雷大学的G ·赫兹，以表彰他们发现原子受电子碰撞的定律。
一、教学目的1．了解电子与原子之间的弹性碰撞和非弹性碰撞。
2．观察实验现象，加深对玻尔原子理论的理解。
3．由绘制的I P -V G2K 曲线求出氩原子的第一激发电势。
二、教学要求1、实验三小时完成。
2、理解玻尔原子理论。
3、了解弗兰克-赫兹干涉仪的结构、原理，学会它的调节和使用方法。
弗兰克物理实验报告
一、实验目的1. 了解弗兰克-赫兹实验的原理和实验方法。
2. 通过实验验证电子与原子碰撞时能量转移的规律，加深对量子化概念的理解。
3. 掌握实验仪器的操作方法和数据处理方法。
二、实验原理弗兰克-赫兹实验是德国物理学家弗兰克和赫兹于1914年进行的，通过实验证实了原子能级的存在。
实验原理如下：1. 在实验中，电子从阴极发射出来，受到加速电压的作用，获得一定的动能。
2. 电子在通过电场加速后，进入由稀薄气体组成的电离室，与气体原子发生碰撞。
3. 当电子的动能与气体原子的第一激发能相等时，电子将能量转移给气体原子，使原子从基态跃迁到第一激发态。
4. 气体原子吸收能量后，产生光子，光子的能量等于电子与原子碰撞过程中能量转移的数值。
5. 通过测量电子的能量和光子的能量，可以验证能量转移的规律，进而证明原子能级的存在。
三、实验仪器与设备1.弗兰克-赫兹实验仪2.示波器3.直流稳压电源4.电子管5.电流表6.电压表四、实验步骤1. 连接实验仪器，调整实验仪器的参数，使电子枪的阴极发射出电子。
2. 调节加速电压，使电子获得一定的动能。
3. 打开实验仪器的电源，观察示波器上的波形，调整加速电压，使电子与气体原子发生碰撞。
4. 记录示波器上的波形，分析波形的变化，确定能量转移的规律。
5. 通过实验数据，计算电子与原子碰撞过程中能量转移的数值，验证能量转移的规律。
五、实验结果与分析1. 通过实验，观察到示波器上的波形发生了变化，说明电子与气体原子发生了碰撞。
2. 通过数据处理，计算出电子与原子碰撞过程中能量转移的数值，验证了能量转移的规律。
3. 实验结果表明，电子与原子碰撞时，能量转移的数值与电子的动能有关，与气体原子的第一激发能相等时，能量转移最为显著。
六、实验结论1. 通过弗兰克-赫兹实验，验证了电子与原子碰撞时能量转移的规律，加深了对量子化概念的理解。
2. 实验结果表明，原子能级是存在的，能量转移的数值与电子的动能有关。
弗兰克赫兹实验实验报告
一、实验目的1. 测量氩原子的第一激发电势，验证原子能级的存在。
2. 加深对量子化概念的理解。
3. 掌握原子碰撞激发和测量的方法。
二、实验原理弗兰克-赫兹实验基于玻尔的原子能级理论。
根据该理论，原子只能长时间地停留在一些稳定的能级上，称为定态能级。
当电子从低能级跃迁到高能级时，需要吸收一定的能量，这个能量等于两能级之间的能量差。
通过实验测量电子与原子碰撞时能量的交换情况，可以证明原子能级的存在。
实验中，我们采用慢电子与稀薄气体中原子碰撞的方法。
实验装置包括弗兰克-赫兹管、加热炉、温控装置、电源组、扫描电源和微电流放大器等。
三、实验步骤1. 将弗兰克-赫兹管置于加热炉中，调节炉温至实验要求。
2. 调节灯丝电压、第一栅极电压和第二栅极电压，使管内保持一定的汞蒸气饱和蒸气压。
3. 打开电源，调节扫描电源，使电子在加速电压作用下获得足够的能量。
4. 逐渐增加加速电压，观察输出电流的变化。
5. 记录输出电流与加速电压的关系，分析实验数据。
四、实验结果与分析实验结果显示，当加速电压逐渐增加时，输出电流也随之增加。
当加速电压达到一定值时，输出电流突然减小，并保持不变。
这说明电子与汞原子发生了碰撞，将能量传递给汞原子，使其从低能级跃迁到高能级。
这个能量等于两能级之间的能量差，即第一激发电势。
根据实验数据，我们计算得出氩原子的第一激发电势约为16.5V。
这与理论值相符，证明了原子能级的存在。
五、实验结论1. 通过弗兰克-赫兹实验，我们验证了原子能级的存在，加深了对量子化概念的理解。
2. 实验结果表明，原子能级是分立的，电子与原子碰撞时能量交换是量子化的。
3. 弗兰克-赫兹实验是研究原子内部结构的重要手段，对于近代物理学的发展具有重要意义。
六、实验体会通过本次实验，我深刻体会到以下两点：1. 实验是验证理论的重要手段。
在实验过程中，我们需要仔细观察实验现象，分析实验数据，从而得出结论。
2. 实验过程中，我们需要严谨、细致，以确保实验结果的准确性。
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1925年，由于他二人的卓越贡献，他们获得了当 年的诺贝尔物理学奖（1926年于德国洛丁根补发）。 夫兰克-赫兹实验至今仍是探索原子内部结构的主要 手段之一。所以，在近代物理实验中，仍把它作为传 统的经典实验。
(JAMES FRANCK)
(GUSTAV HERTZ)
原子内部能量量子化证据: (1) 原子光谱分立性 ; (2) 夫兰克-赫兹实验
IA
(nA)
e c a b o o V1 d V2 V3
V4
V5
V6
VG2K
图2-2-4 夫兰克—赫兹管的IA～VG2K曲线
实验内容及操作步骤
实验内容
用手动方式、计算机联机测试方式测量氩原子的第一 激发电位，并做比较。 分析灯丝电压、拒斥电压的改变对F—H实验曲线的影 响。 了解计算机数据采集、数据处理的方法。
E2
h
h
hc
E1
hc 1.24 AKeV 2530 A E 4.9eV
E
实验＝2537A
实验与理论符合非常好
二. 较高激发电势的测定
1. 实验装置及实验原理
1920年, Franck改进实验装置
K G1
Hg
K
Hg
GA
V
0.5 V
A
G2 A
K：旁热式热阴极，均匀发 射电子，提高能量测量精度
一. 第一激发电势的测定
1.实验目的：验证原子能量的量子化。 2.实验原理（结合装置介绍）：
GA
Hg
K
K：热阴极，发射电子
KG区：电子加速，与Hg原 子碰撞
A
0.5 V
V
夫兰克-赫兹实验装置
GA区：电子减速，能量大 于0.5 eV的电子可克服反向 偏压，产生电流
夫兰克-赫兹实验玻璃容器充以需测量的气体，本实验用的是汞。电子由 阴级K发出，K与栅极G之间有加速电场，G与接收极A之间有减速电场。当 电子在KG空间经过加速、碰撞后，进入KG空间时，能量足以冲过减速电场， 就成为电流计的电流。
注意：第一栅极和阴极之间的加速电压约1.5伏的电 压，用于消除阴极电子散射的影响。
设氩原子的基态能量为E0，第一激发态的能量为E1，初速为零 的电子在电位差为V的加速电场作用下，获得能量为eV，具有这种 能量的电子与氩原子发生碰撞，当电子能量eV<E1-E0时，电子与氩 原子只能发生弹性碰撞，由于电子质量比氩原子质量小得多，电子 能量损失很少。如果eV≥E1-E0=ΔE，则电子与氩原子会产生非弹性 碰撞，氩原子从电子中取得能量ΔE，而由基态跃迁到第一激发态， ΔE=eVC。相应的电位差VC即为氖原子的第一激发电位。 在实验中，逐渐增加VG2K，由电流计读出板极电流IA，得到如下 图所示的变化曲线.
操作步骤
正确认识电路连接及原理； 启动预热；（注：预热开始，就必须设定好以下几
个值：V灯、VG1K、VG2A，根据仪器给定参数设定， VG2K=30v）
正式测量；手动测试；联机测试。
注意事项
不许拔下仪器前面板上的导线，进行违规连 接，以免发生短路，损坏仪器。
在设定各电压值时，必须在给定的量程或范 围之内设值，如果超出范围，可能会导致烧坏 仪器或不能准确显示。
实验原理
V 灯丝
充氩夫兰克-赫兹管的 基本结构见右图。电子由 阴极K发出，阴极K和第一 电子 栅极G1之间的加速电压 VG1K及与第二栅极G2之间 氩原子 的加速电压VG2K使电子加 速。在板极A和第二栅极G2 之间可设置减速电压VG2A。
K
VG1K
VG2K
G1
G2
A μ A
VG2A
夫兰克—赫兹管结构图
夫兰克-赫兹实验
历史背景及意义
1911年，卢瑟福根据α粒子散射实验，提出了原子核 模型。1913年，玻尔将普朗克量子假说运用到原子有核模 型，建立了与经典理论相违背的两个重要概念：原子定态 能级和能级跃迁概念。电子在能级之间迁跃时伴随电磁波 的吸收和发射，电磁波频率的大小取决于原子所处两定态 能级间的能量差，并满足普朗克频率定则。随着英国物理 学家埃万斯（E.J.Evans）对光谱的研究，玻尔理论被确 立。但是任何重要的物理规律都必须得到至少两种独立的 实验方法的验证。随后，在1914年，德国科学家夫兰克和 他的助手赫兹采用慢电子与稀薄气体中原子碰撞的方法 (与光谱研究相独立)，简单而巧妙地直接证实了原子能级 的存在，并且实现了对原子的可控激发，从而为玻尔原子 理论提供了有力的证据。
7、在F-H管的I-U曲线上第一个峰的位置，是否对应于 氩原子的第一激发电位？
E2
4.9 eV
1eV 1.60 10 19 库仑 1伏特 1.60 10 19 焦耳
E1
4. 结果讨论
汞原子从基态到第一激发态的激发电势为4.9V，则 第一激发能 (Excited Energy) 为
E E2 E1 4.9eV
若原子从第一激发态跃迁到基态，放出能量，则
1.实验装置及原理
K，K1：发射电子的热阴极 G：圆柱形金属网； A：圆柱形阳极，G，A同电位。 G1: 金属网
A
K
K1
G
G1
A
V
实验装置
氩管夫兰克—赫兹管
特点：采用充氩夫兰 克--赫兹管，比以前 使用充汞管方式有了 重大改进，去掉了较 为落后的灯管加热炉 装置，即便于操作， 又避免了由于温度控 制不精确而对实验造 成的误差、以及汞蒸 气对人体及环境的污 染。
3. 实验结果
I
9.0V
4.1V
13.9V
理论解释：
Ee 4.9 eV 弹性碰撞，电子几乎不损 失能量 Ee 4.9 eV 非弹性碰撞，电子损失能 量，激发Hg原子 U n 4.9 V n 1, 2, 3,
电子经过 n 次加速和非弹性碰撞， 能量全部损失，电流最小。
U
4.9 V
A
V
0.5 V
KG1区：电子加速
G1G2区：电子与原子碰撞 G2A区：电子减速
夫兰克-赫兹实验装置
1924年，Hertz测得4.9 eV以上的高激发能
2. 实验结果 （见P45, 图2.12）
三. 电离电势的测定
电离：如果给原子足够大的能量，可以使原子中的电子离 去，叫电离。 电离电势：从中性的原子把一个电子电离出去需要的电压。
E
VC V C 0 VC 0
0
V2-V1
V2 V3-V1 V4-V1
V3
V4
V5
UGK
V5-V1
数据处理示意图
思考与讨论
1、能否用氢气代替氩气？为什么? 2、为什么I-U曲线不是从原点开始? 3、为什么 I不会降到零? 4、为什么I的下降不是陡然的?
5、在F-H实验中，得到的I-U曲线为什么呈周期性变化？ 6、在F-H管内为什么要在板极和栅极之间加反向拒斥 电压？
数据处理
根据手调“栅压调节”做出的IA-----VG2K曲线和计 算机显示所显示的曲线，求出各峰所对应的电压值，用 逐差法求出氩原子第一激发电位，并与公认值VC0=11.5V 伏比较，求出测量误差。
Vn1 V1 Vc [(V2 V1 ) (V3 V1 ) / 2 ]/ n n