弗兰克_赫兹实验PPT展示

实验曲线的物理分析
对于第一个问题,弗兰克赫兹管 设置了第一栅极,通过第一栅极电压 的作用,来改善这一状况
控制栅G1 加速栅G2 板极 P 灯丝F 阴极 K
弗兰克赫兹管
实验曲线的物理分析
实验结论
1 峰点连线 从数学角度看,极板电流与加速电压关系曲线的峰 点连线是一条直线。进一步的分析研究证实,该直线既 不依赖于灯丝电压的变化,也不依赖于拒斥电压的变化, 应该是某种固有性质的表现。考虑到该直线的斜率具 有电导的量纲,且在误差范围内该直线经过坐标原点。 所以,该直线斜率代表的是弗兰克赫兹管的临界电导 (即临界状态下的电导).
实验曲线的物理分析
2 谷底高度 曲线的谷底均不在横坐标轴上,而具有一定的高度. 这一特征表明,即使是在热电子与气体原子发生碰撞损失 能量的高峰期,极板电流也不为0.此时,极板电流由那些没 有因碰撞而损失能量的热电子的贡献所致,称之为谷底电 流。从实验结果来看,有以下特点: 1)第一个谷底为电子不发生一次碰撞的概率,第二个谷 底为电子不发生一次碰撞的概率与发生一次碰撞但不发生 二次碰撞的概率之和,以此类推; 2)前三个谷底均较为偏低,反映出热电子在与气体原子 发生碰撞损失能量的过程中,发生1~3次连续碰撞的概率最 大,之后越来越小.
29.0
5.8 34.4 11.8 40.5 29.0 45.5 24.8 51.0 43.0 56.1 50.2
29.1
6.8 34.5 10.0 41.0 39.8 46.0 41.2 51.5 54.0 56.5 59.0
29.5
9.0 34.6 11.8 41.5 50.0 46.5 52.0 52.0 66.0 57.0 61.0
弗兰克_赫兹实验
2012.6
弗兰克_赫兹简介
詹姆斯·弗兰克（James Franck ，1882年8日26日 —1964年5月21日)，德国著 名的物理学家，出生于汉堡， 在哥廷根逝世，享年82岁。
海因里希·鲁道夫·赫兹 （Heinrich Rudolf Hertz， 1857年2月22日－1894年1月1 日），德国物理学家，于1888 年首先证实了电磁波的存在。 并对电磁学有很大的贡献，故 频率的国际单位制单位赫兹以 他的名字命名。
UG2K
Ip UG2K Ip UG2K Ip UG2K Ip UG2K Ip UG2K Ip
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26.5
37.8 31.5 43.0 36.0 39.8 42.6 58.7 48.0 62.0 53.4 70.0
26.6
37.9 31.9 43.2 36.5 46.0 43.0 58.6 48.1 61.0 53.5 71.0
30.0
20.0 35.0 18.8 42.0 56.0 47.0 56.0 52.5 68.0 57.5 65.0
30.5
29.8 35.5 30.1 42.5 58.8 47.5 61.0 53.0 72.0 58.0 74.0
弗兰克_赫兹实验
弗兰克_赫兹实验
结论
1）汞蒸气中的电子与分子进行弹性碰撞，直到取得某一临 界速度为止； 2）此临界速度可测准到0.1V，测得的结果是：这速度相当 于电子经过4.9V的加速； 3）可以证明4.9伏电子束的能量等于波长为2536 的汞谱线 的能量子； 4）4.9伏电子束损失的能量导致汞电离，所以4.9伏也许就是 汞原子的电离电势。 当电子管中充以汞蒸气时，他们观测到，每隔4.9V电 势差，板极电流都要突降一次。如在管子里充以氦气，也 会发生类似情况，其临界电势差约为21V。
弗兰克_赫兹实验
弗兰克_赫兹实验
弗兰克_赫兹实验
这个事实无可非议地说明了水银原子具有玻尔
所设想的那种“完全确定的、互相分立的能量状 态”。因此，这个实验是玻尔所假设的量子化能 级的第一个决定性的证据。
实验基础--波尔原子模型
1913年丹麦物理学家玻尔提出了原子能级的概 念并建立了原子模型理论。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 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。 玻尔氢原子理论的三条基本假设:定态假设、 跃迁假设、轨道量子化。
实验曲线的物理分析
极板电流与加速电压关系曲线的物理分析
首先,分析理想状态下极板电流与加速电压的关系曲线.所谓理想状 态,即认为阴极发射的热电子运动状态是一致的,而且在被加速运动的过 程中,最终能够全部与气体原子发生碰撞,并损失能量。
任意两个相邻波峰在横坐标上的位置间隔即为气体原子的第一 激发电位。图2中任意两个相邻的锯齿波间的间隔则为拒斥电压,且 在这一间隔内极板电流为0。
弗兰克_赫兹实验简介
从1913年开始，弗兰克和赫兹合作对电子与 气体原子和分子间的碰撞进行了非常精确的研究。
1914年，夫兰克和赫兹利用电场加速由热阴极发出
的电子，使电子获得能量并与管中水银蒸气原子发生 碰撞。
弗兰克_赫兹实验
实验发现，当电子能量未达到某一临界值时，
电子与水银原子发生弹性碰撞，电子不损失能量； 当电子能量达到某一临界值时，就发生非弹性碰 撞，电子将一定量的能量传递给水银原子，使其 激发，进而便可观察到水银原子退激发时发射的 光谱线。
阴极K 板极A G1为第一栅极 G2为第二栅极
实验仪器
实验仪器
实验数据
UG2K Ip UG2K Ip UG2K Ip UG2K Ip UG2K Ip UG2K Ip 0.0 0.0 6.5 10.0 11.6 17.8 16.6 24.2 21.5 31.6 26.6 37.9 0.5 0.0 7.0 10.2 11.7 19.2 17.0 24.0 21.6 31.4 26.7 38.0 1.0 0.0 7.5 6.8 12.0 18.6 17.5 16.0 22.0 30.0 26.8 37.8 1.5 0.0 8.0 1.0 12.5 9.8 18.0 4.2 22.5 20.6 22.0 30.0 2.0 0.0 8.5 0.1 13.0 1.6 18.4 1.8 23.0 11.0 22.5 20.6 2.5 0.0 9.0 0.4 13.5 0.4 18.5 1.2 23.5 4.0 23.0 11.0 3.0 0.0 9.5 2.8 14.0 1.4 18.6 1.6 23.6 3.0 23.5 4.0 3.5 0.0 10.0 6.8 14.5 7.4 19.0 2.2 23.7 3.8 23.6 3.0 4.0 0.1 10.5 11.8 15.0 11.0 19.5 2.4 24.5 10.8 23.7 3.8 4.5 0.4 11.0 15.2 15.5 18.0 20.0 18.0 25.0 20.0 24.5 10.8 5.0 0.8 11.3 16.2 16.0 22.2 20.5 23.0 25.5 26.0 25.0 20.0 5.5 3.2 11.4 16.4 16.4 23.0 21.0 27.0 26.0 31.8 25.5 26.0 6.0 8.1 11.5 20.0 16.5 24.8 21.4 30.0 26.5 37.8 26.0 31.8
28.0
20.4 32.8 38.0 39.5 18.0 44.9 25.8 50.4 37.9 55.5 50.0
28.5
10.0 33.5 20.6 39.9 18.2 45.0 24.0 50.5 37.8 55.8 50.0
28.9
6.1 34.0 11.8 40.0 18.0 45.2 24.8 50.6 38.0 56.0 49.4
谢谢观看！
再见
26.7
38.0 32.0 44.2 37.0 48.0 43.5 48.0 49.0 53.0 54.0 66.0
26.8
37.8 32.1 43.8 37.5 50.0 44.0 38.0 49.5 42.0 54.5 61.0
27.5
31.0 32.5 38.6 38.5 34.0 44.5 28.0 50.0 36.8 55.0 57.6
实验原理
原子只能较长久 的停留在一些稳定的 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 到另一个定态放出或 吸收能量，辐射的频 率是一定的： hv=Em-En
弗兰克_赫兹实验
其中K-G1-G2加正向电压 ，为 电 子 提 供 能 量 。 UG1K的 作 用 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G2A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，就能到达板极形成板极电流I。 当加 速电压为UG2K激发电位的整数倍时，电子的全部能 量转移给氩原子，此时测量点在UG2K－I曲线的波谷 位置，加速电压UG2A继续加大，电子有剩余能量可 以到达板机A， 电流又开始上升，若eUG2A>n△E则 电子在进入G2-A区域之前可能n次被氩原子碰撞而损 失能量。 板极电流I随加速电压UG2K变化曲线就形成 n个谷值。 相邻谷值之间的电压差△U称为氩原子的 第一激发电位。 氩原子第一激发态与基态间的能级差 △E=e△U。