弗兰克赫兹实验 课件

而失去能量，并且受到拒斥场的阻挡而不能到达板极P，IP再度下降。同样的道理，随 着UG2K的增加，电子会在G2附近与氩原子发生第三次、第四次……非弹性碰撞，因而
IP就会相应下跌，形成具有规则起伏的IP～UG2K曲线，如图2所示。两峰之间的电位差
等于氩原子的第一激发电位U0，其公认值为百度文库1.61V。
? eU0 =1/2mv2= E2 - E1
? 那么当电子与原子发生碰撞时，原子将从
电子攫取能量而从基态跃迁到第一激发态。
相应的电位差U0就称为原子的第一激发电 位。
夫兰克一赫兹实验原理可用图1来说明:
图1：夫兰克—赫兹实验原理图
UG2K刚开始升高时，IP也随之升高，直到UG2K(等于或稍大于氩 原子的第一激发电位，这时在栅极G2附近电子与氩原子发生非弹
(2)频率定则。当原子从一个稳定状态过渡到另一个稳定状 态时，就吸收或放出一定频率的电磁辐射。频率的大小取 决于原子所处两定态之间的能量差，并满足如下关系：
hv ? En ? Em
其中h=6.63×10-34J·s，称作普朗克常数;
v为频率，En、Em为两个不同定态的能量
? 设E2和E1分别为原子的第一激发态和基态 量。初动能为零的电子在电位差U0的电场 作用下获得能量eU0，如果
性碰撞，把几乎全部的能量交给氩原子，使氩原子激发。这些损
失了能量的电子不能超过UG2P所产生的拒斥场，到达板极的电子数 减少，所以电流开始下降，继续增加UG2K，电子在与汞原子碰撞后 还能在到达G2前被加速到足够的能量，克服拒斥场的阻力而到达 板极P，这时电流又开始上升。直到UG2K间的电压是二倍于氩原子 的第一激发电位(2Ug)时，电子在G2附近又会因第二次非弹性碰撞
30
第7组实验曲线 25
量) 20
考
参 值(
15
流
电 10
(8 7.5 ,1 9.8 ) (7 4.7 ,1 7.4 ) (6 2.2 ,16.3 ) (4 9.9 ,1 3.6 ) (3 7.9 ,1 1.3 )
(2 6.8 ,8.0 )
5
(1 6.8 ,3.5 )
0
0
20
40
60
80
100
加 速 电 压 (V )
弗兰克-赫兹实验
物理实验室
目 的：
? 1.了解夫兰克-赫兹实验的原理和方法。
? 2.测定氩原子的第一激发电位，验证原子能 级的存在。
原 理：
? 玻尔的原子理论指出：
(1)定态假设。原子只能较长久地处在一些稳定的状态，简
称定态。其中每一状态对应于一定的能量值Ej ( j=1，2，
3，……)。这些能量值是彼此分立的，不连续的。如果原子 能量发生变化，它只能从一个定态跃迁到另一个定态；
图2
仪器：
? FH-2型智能弗兰克-赫兹试验仪 ? GOS-620型双轨迹示波器
内容与步骤 ：
? 熟悉仪器 ? 根据仪器标签确定各参数。 ? 手动测量（UG2K以步长0.5V的电压值调节）
记录相应的电流值IP ? 自动测量（ UG2K不能超过85V)
数据处理：
? 在坐标纸上描绘出IP-UG2K的关系曲线 ? 用逐差法处理数据求出氩原子的第一激发
电位U0,将实验值U0与氩原子的第一激发电 位U0=11.61V 相比较，计算出相对误差。
思考题：
? 1.原子跃迁辐射频率与发生跃迁的两定态能 量之间有什么关系？
? 2.什么是原子的第一激发电势？他和原子能 级有什么关系？
? 3. 为什么IG2A－UG2K曲线上的各谷点电 流随UG2K的增大而增大？