弗兰克赫兹实验 深圳大学 (1)讲解

数据处理
实验数据表
UG2 (× 10v)
IP (×10-8A)
UG2 (× 10v)
IP
UG2
IP
×10-8A ) (× 10v) (×10-8A )
实验曲线-用坐标纸
IP(10-8A)
50
Ip-VG2特性曲线
45
40
35
3
U
0
0

1 9
(U 4
U1
U5
U2
U6
U3)

(V)
25
20
15
而发射或吸收能量，辐射的频
率是一定的：
hv Em En
以电量为e电子，在电位差
V1 的 加 速 电 场 作 用 下 ， 来 使 原子从基态能E。跃迁到第一
吸收
激发态能量E1
能量
eV1 E1 E0
当电子的加速电压V<原子第一激发电势V1 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V≥原子第一激发电势V1 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
F-H管
VG1
K
G1
VF
F
VG2 G2 P
VP μA
IP
F:阴极加热丝 K:阴极 G1:控制栅极 G2:加速栅极 P:板极
随着VG2增大，电子与原子碰撞交出 能量给原子的电子比例增多，电子能
弗兰克-赫兹实验
指导教师：杜宇
弗兰克、赫兹简介
1914 年德国科学家弗兰克和赫兹在研究气体放电 中低能电子与原子相互作用时发现，透过汞蒸汽的 电子流随电子的能量呈现有规律的周期性变化。该 实验证实了原子内部的能量是量子化的。为此1925 年弗兰克和赫兹共同获得诺贝尔物理学奖。
弗 兰 克 JamesFranck ， 1882—1964
实验仪器
IP显示
IP放大选择
电压显示
电
VG2输出
IP输出
压
显
电源开关
示
自动/手动
快速/慢速
选 择
VF调节
VP调节
VG1调节
VG2调节
电源
选择X-Y
自动
X-左右
1V
Y-上下
2V
X-VG2
DC
DC
DC Y-Ip
实验内容
• 利用示波器观察IP-VG2关系曲线 • 连续记录VG2与IP值. • 描绘出IP-VG2关系曲线. • 测量出氩的第一激发电位V0.
G.赫兹 Gustav Hertz， 1887—1975
实验目的
了解弗兰克-赫兹实验的原理和实验方法 测量氩原子的第一激发电位,证明原子能级
的存在
实验原理
放出 能量
原子只能较长久地停留在一 些稳定的能量状态(简称定态),
它的能量不可能连续变化而只
能是突变，即“跃迁”．原子
从一个定态跃迁到另一个定态
量损失后未能穿越G2P区，电流减小。
Ip
E<eVp 电子未能穿越 G2P到达板极 形成电流，栅 极电流为零
O
继续增高 VG2，电子与原 子碰撞失去能 量后剩余能量 足以穿越G2Hale Waihona Puke Baidu 区的电子的比 例越来越多,电 流增大.
VG2
E≥eVp 电子穿越G2P形成电流。
随着VG2增大，能够穿越G2P 的电子数量越来越多，IP增大。
10
5
0
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
UG2(V)
求相对误差，理论值11.61V，得出实 验结论
思考题
如何计算本实验中氩原子所辐射的波长？
可能两个原因，一，电压越大各个方 向随机的热电子更可能向阳极运动， 二，电场越大电子被加速的越快，能 量越大的电子越容易与中性气体分子 碰撞产生并使其激发产生新的自由电 子。