夫兰克—赫兹实验原理

如果电子在KG2空间与 氩原子碰撞，把一部 分能量传递给氩原子 使其激发，电子本身 所剩余的能量就很小 ，以至通过第二栅极 后以不足克服拒斥电 场而被斥回到第二栅 极。这时通过微电流 计的电流就将明显减 小。
实验时，使UG2电压逐渐增加并仔细观察电流 计的电流指示，如果原子能级存在，而且基 态和第一激发态之间有确定的能级差的话， 就能观察到下图所示的IA~UG k曲线
hv En Em
34
∞
En 电 离 hv=En-Em Em
其中h = 6.63×10ˉ J· s， 称为普朗克常数。 ν为频率，En、Em为两个 不同定态的能量
E1第一激发态
E0基态
通常在两种情况下原子发生状态的改变。 一：原子本身吸收或放出电磁辐射； 二：原子与其他粒子发生碰撞而交换能量 本实验利用具有一定能量的电子与氩原子发 生碰撞而产生能量交换，实现氩原子状态 的改变。
同理，凡在：
UG2K=nU0，（n=1，2，3， ） 的地方板极电流都会下跌，形成规则的起伏变化的IA~UG2K 曲线。而各次板极电流IA下降对应的阴、栅极电势差 Un+1-Un应该是氩原子的第一激发电势U0
……
设E2和E1分别为原子的第一激发态和基态。初动能 为零的电子在电势差U0的电场作用下获得能量eU0 ，如果
eU0 = E2 - E1
当电子与原子发生碰撞时，原子从电子获取能量 而从基态跃迁到第一激发态。相应的电位差U0就 称为氩原子的第一激发电势。测定出U0，可根据
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上式求出氩原子的基态和第一激发态之间的能量 差。
由玻尔理论可知，处于基态的原子发 生状态改变时，所需能量不能小于该原子 从基态跃迁到第一激发态时所需的能量， 这个能量称为临界能量。当电子与原子碰 撞时，如果电子能量小于临界能量，则发 生弹性碰撞（电子不损失能量）；若电子 能量大于临界能量，则发生非弹性碰撞（ 电子把数值为△E= E2 - E1 的能量交给氩 原子，只保留余下的部分）；
夫兰克—赫兹实验 实验原理
玻尔原子理论
(1)定态假设：原子只能处在一些稳定的状态中， 其中每一状态对应一定的能量值Ej ( j = 1，2，3….. 这些数值是彼此分立的，不连续的。
)。
(2)频率定则：当原子从一个稳定状态过度到另一个稳 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：
2
开始时，由于电压较低，电子能量少，即使碰撞也只是发生 弹性碰撞。穿过第二栅的电子形成的板流IA将随第二栅电压 的增大而增大。当电压达到第一激发电势时，电子在第二栅 附近与氩原子相碰撞，将自己从加速电场中获得的全部能量 交给后者，并使后者从基态激发到第一激发态。而电子本身 由于把全部能量给了氩原子，即使穿过了第二栅也不能克服 反向拒斥电场而被这回第二栅。所以板极电流将显著减小。 随着电压的增加，电子的能量也随之增加，在与氩原子碰撞 之后还留下足够的能量，可以克服反向拒斥电场而到达板极 A，这时电流又开始上升。直到电压是2倍氩原子的第一激 发电势时，电子又会因二次碰撞而失去能量，因而又会造成 第二次板极电流的下降。
弗兰克一赫兹实验原理(如图所示)，
在充氩的弗兰克-赫兹管 中，电子由热阴极发出, 阴 极K和第二栅极G2 之间的加速 电压 UG2k 使电子加速。在板 极A和第二栅极 G2 之间加有 反向拒斥电压 UG2A 用以阻碍 电子从栅极飞向阳极。当电 子通过空间 KG2进入空间 G2A 时，如果具有的能量较大（ >=eUG2A），就能冲过反向拒 斥电场而达到阳极形成阳极 电流，用微电流计出。