弗蘭克赫茲實(shí)驗(yàn)理論

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1、弗蘭克-赫茲實(shí)驗(yàn)蔡惠明王宏偉大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)弗蘭克G.赫茲(JamesFranck,1882-1964)(GustavHertz,1887-1975)弗蘭克1882年8月26日出生于德國(guó)漢堡。在海德堡大學(xué)學(xué)了一年化學(xué)，1902年入柏林大學(xué)學(xué)習(xí)物理學(xué)。1906年在瓦爾堡導(dǎo)師的指導(dǎo)下，獲博士學(xué)位。在法蘭克福大學(xué)擔(dān)任助教，不久又返回柏林大學(xué)任助教。1911年獲得柏林大學(xué)物理學(xué)“大學(xué)授課資格”，在柏林大學(xué)講課直到1918年（由于戰(zhàn)爭(zhēng)而中斷了教學(xué)。戰(zhàn)爭(zhēng)中曾獲一級(jí)鐵十字勛章），后成為該大學(xué)的物理學(xué)副教授。1917年任威廉皇帝物

2、理化學(xué)研究所的分部主任。1921年受聘為格丁根大學(xué)教授，并擔(dān)任第二實(shí)驗(yàn)物理學(xué)研究所主任。人物簡(jiǎn)介1933年為抗議希特勒反猶太法，弗蘭克公開發(fā)表聲明并辭去教授職務(wù)，離開德國(guó)去哥本哈根；一年后他移居美國(guó)，成為美國(guó)公民。1935年—1938年任約翰·霍布金斯大學(xué)物理系教授。1938年起任芝加哥大學(xué)物理化學(xué)教授，直到1949年退休。第二次世界大戰(zhàn)期間，他參加了研制原子彈有關(guān)的工程，但與大多數(shù)科學(xué)家一樣，他反對(duì)對(duì)日本使用原子武器。在芝加哥大學(xué)期間，弗蘭克還擔(dān)任該校光合作用實(shí)驗(yàn)室主任，對(duì)各種生物過程、特別是光合作用的物理化

3、學(xué)機(jī)制進(jìn)行了研究。1964年弗蘭克在訪問格丁根時(shí)于5月21日逝世。G.赫茲1887年7月22日出生于漢堡。他是電磁波的發(fā)現(xiàn)者H.赫茲的侄子。赫茲于1906年進(jìn)入格丁根大學(xué)，后來在慕尼黑和柏林大學(xué)學(xué)習(xí)，1911年畢業(yè)。1913年任柏林大學(xué)物理研究所研究助理。第一次世界大戰(zhàn)爆發(fā)，赫茲1914年從軍，1915年在一次作戰(zhàn)中負(fù)重傷，1917年回到柏林當(dāng)校外教師。1920年到1925年間，赫茲在埃因霍溫的菲利普白熾燈廠物理研究室工作。1925年赫茲被選為哈雷大學(xué)的教授和物理研究所所長(zhǎng)。1928年回到柏林任夏洛騰堡工業(yè)大學(xué)

4、物理教研室主任。1935年由于政治原因辭去了主任職務(wù)，又回到工業(yè)界，擔(dān)任西蒙公司研究室主任。1945年到1954年在蘇聯(lián)工作，領(lǐng)導(dǎo)一個(gè)研究室，這期間他被任命為萊比錫卡爾·馬克思大學(xué)物理研究所所長(zhǎng)和教授。1961年退休，先后在萊比錫和柏林居住。1913年赫茲和弗蘭克一起開始研究電子碰撞。G.赫茲發(fā)表了許多關(guān)于電子和原子間能量交換的論文和關(guān)于測(cè)量電離電勢(shì)的論文。有些是單獨(dú)完成的，有些是和弗蘭克、克洛珀斯合作的。他還有一些關(guān)于分離同位素的著作。G.赫茲是德國(guó)科學(xué)院院士，1975年在柏林去世。1913年丹麥物理學(xué)家玻爾

5、（N?Bohr）提出了原子能級(jí)的概念并建立了原子模型理論。該理論指出，原子處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)不輻射能量，當(dāng)原子從高能態(tài)（能量Em）向低能態(tài)（能量En）躍遷時(shí)才輻射。輻射能量滿足?E=Em?En（1）對(duì)于外界提供的能量，只有滿足原子躍遷到高能級(jí)的能級(jí)差，原子才吸收并躍遷，否則不吸收。1914年弗蘭克（J?Franck）和赫茲（GHertz）用慢電子穿過汞蒸氣的實(shí)驗(yàn)，測(cè)定了汞原子的第一激發(fā)電位，從而證明了原子分立能態(tài)的存在。后來他們又觀測(cè)了實(shí)驗(yàn)中被激發(fā)的原子回到正常態(tài)時(shí)所輻射的光，測(cè)出的輻射光的頻率很好地滿足了玻爾理論

6、。弗蘭克—赫茲實(shí)驗(yàn)的結(jié)果為玻爾的原子模型理論提供了直接證據(jù)，對(duì)玻爾的原子理論是一個(gè)極有力的支持。玻爾因原子模型理論獲1922年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。弗蘭克與赫茲的實(shí)驗(yàn)于1925年獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。弗蘭克——赫茲實(shí)驗(yàn)與玻爾理論在物理學(xué)的發(fā)展史中起到了重要的作用。一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模和ㄟ^弗蘭克-赫茲實(shí)驗(yàn)了解原子內(nèi)部能量量子化的情況。學(xué)習(xí)F-H研究氣體放電現(xiàn)象中低能電子與原子間相互作用的實(shí)驗(yàn)思想及實(shí)驗(yàn)方法。用實(shí)驗(yàn)的方法測(cè)量氬原子的第一激發(fā)電位,證明原子分立態(tài)（能級(jí)）的存在；二、實(shí)驗(yàn)儀器FH2051弗蘭克-赫茲實(shí)驗(yàn)儀YB4320示

7、波器三、實(shí)驗(yàn)原理：玻爾原子理論的兩個(gè)基本假設(shè)：(1)定態(tài)假設(shè)。原子只能處在一些穩(wěn)定的狀態(tài)中，其中每一狀態(tài)對(duì)應(yīng)一定的能量值Ej(j=1，2，3.。。。)。這些數(shù)值是彼此分立的，不連續(xù)的。(2)頻率定則。當(dāng)原子從一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)過度到另一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，就吸收或放出一定頻率的電磁輻射。頻率的大小取決于原子所處兩定態(tài)之間的能量差，并滿足如下關(guān)系：其中h=6.63×10ˉ34J·s，稱為普朗克常數(shù)。ν為頻率，En、Em為兩個(gè)不同定態(tài)的能量電離∞EnEmE1第一激發(fā)態(tài)E0基態(tài)hv=En-Em原子狀態(tài)的改變通常在兩種情況下發(fā)生，

8、一是當(dāng)原子本身吸收或放出電磁輻射時(shí)，二是當(dāng)原子與其他粒子發(fā)生碰撞而交換能量時(shí)。本實(shí)驗(yàn)就是利用具有一定能量的電子與氬原子相碰撞而發(fā)生能量交換來實(shí)現(xiàn)氬原子狀態(tài)的改變。由玻爾理論可知，處于基態(tài)的原子發(fā)生狀態(tài)改變時(shí)，其所需能量不能小于該原子從基態(tài)躍遷到第一受激態(tài)時(shí)所需的能量，這個(gè)能量稱為臨界能量。當(dāng)電子與原子碰撞時(shí)，如果電子能量小于臨界能量，則發(fā)生彈性碰撞（電子不損失能量）；若電子能量大于臨界