夫兰克-赫兹实验

夫兰克-赫兹实验
实验目的
1．通过测量原子的第一激发电位，证明原子 内能的量子化，即原子能级的存在；
2．了解电子Hale Waihona Puke Baidu原子碰撞、能量交换机理及影 响该过程的主要物理因素。
背景知识
• 1914年，詹姆斯·弗兰克（James Franck，1882~1964） 和古斯塔夫·路德维希·赫兹（Gustav Ludwig Hertz， 1887~1975）在研究中发现电子与原子发生非弹性碰撞 时能量的转移是量子化的。他们的精确测定表明，电子与 汞原子碰撞时，电子损失的能量严格地保持4.9eV，即汞 原子只接收4.9eV的能量。
实验原理
灯丝电压VF、第一栅压VG1K、第二栅压VG2K 、拒斥电压VG2P
实验仪器
注意事项
1. 请按说明书提供的方法，确定接线准确无 误后，再开启电源；
2. 夫兰克赫兹管使用一段时间后，最佳状态 会发生变化。请参照说明书给定的范围，重 新设定标牌参数。
几个问题
• 为什么板级电流的下降并不是急剧的？
• 为什么板级电流不会下降为零？
• 灯丝电压的改变是否影响第一激发电位？
• 为什么氩的第一激发电位为11.61V，而扫描电压要大于这 个值才会出现第一个峰？
实验软件
实验软件
实验软件
实验数据
数据曲线
• 由于他们的工作对原子物理学的发展起了重要作用（“发 现那些支配原子和电子碰撞的定律”），共同获得1925 年的诺贝尔物理学奖。
波尔理论
电子与原子碰撞及能量交换
• 原子从低能级向高能级跃迁，可以通过吸收辐射的方式来 实现，也可以通过具有一定能量的电子与原子碰撞，以能 量交换方式来实现。
• 当具有能量的电子与气体原子发生碰撞时，如电子能量少 于临界能量（从基态跃迁到第一激发态所需的能量），则 发生弹性碰撞，电子能量几乎不变；
• 激发态：当基态原子的电子吸收能量后，电子会跃迁到较 高能级，变成激发态原子，激发态原子不稳定，又会跃迁 回较低能级，并释放出能量。
• 电子平均自由程：指一个电子与原子碰撞两次之间沿直线 轨迹的平均路程。
• 接触电势差：实际的F－H管其阴极和栅极往往是用不同 的金属材料制作的，因此会产生接触电势差。使真正加到 电子上的加速电压为其与接触电势差的代数和，这将影响 F－H实验曲线第一个峰的位置。
• 如果达到临界能量（或临界能量的整数倍）；则发生非弹 性碰撞，这时电子能量给予原子，使其由基态跃迁到第一 激发态，相应的加速电位称第一激发电位。
• 综上所述，电子与气体原子碰撞，主要分为两类：弹性碰 撞与非弹性碰撞。
几个概念
• 基态：在正常状态下，原子处于最低能级，这时电子在离 核最近的轨道上运动，这种定态叫基态。这是电子的稳定 状态。