弗蘭克-赫茲實(shí)驗(yàn).ppt

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1、弗蘭克-赫茲實(shí)驗(yàn)物理實(shí)驗(yàn)室目的：1.了解夫蘭克-赫茲實(shí)驗(yàn)的原理和方法。2.測(cè)定氬原子的第一激發(fā)電位，驗(yàn)證原子能級(jí)的存在。原理：玻爾的原子理論指出：(1)定態(tài)假設(shè)。原子只能較長(zhǎng)久地處在一些穩(wěn)定的狀態(tài)，簡(jiǎn)稱定態(tài)。其中每一狀態(tài)對(duì)應(yīng)于一定的能量值Ej(j=1，2，3，……)。這些能量值是彼此分立的，不連續(xù)的。如果原子能量發(fā)生變化，它只能從一個(gè)定態(tài)躍遷到另一個(gè)定態(tài)；(2)頻率定則。當(dāng)原子從一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)過渡到另一個(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=6.63×10-34J·s，稱作普朗克常數(shù);v為頻率，En、Em為兩個(gè)不

2、同定態(tài)的能量設(shè)E2和E1分別為原子的第一激發(fā)態(tài)和基態(tài)量。初動(dòng)能為零的電子在電位差U0的電場(chǎng)作用下獲得能量eU0，如果eU0=1/2mv2=E2-E1那么當(dāng)電子與原子發(fā)生碰撞時(shí)，原子將從電子攫取能量而從基態(tài)躍遷到第一激發(fā)態(tài)。相應(yīng)的電位差U0就稱為原子的第一激發(fā)電位。夫蘭克一赫茲實(shí)驗(yàn)原理可用圖1來說明:圖1：夫蘭克—赫茲實(shí)驗(yàn)原理圖UG2K剛開始升高時(shí)，IP也隨之升高，直到UG2K(等于或稍大于氬原子的第一激發(fā)電位，這時(shí)在柵極G2附近電子與氬原子發(fā)生非彈性碰撞，把幾乎全部的能量交給氬原子，使氬原子激發(fā)。這些損失了能量的電子不能超過UG2P所產(chǎn)生的拒斥場(chǎng)，到達(dá)板極的電子數(shù)減少，所以電流開始下

3、降，繼續(xù)增加UG2K，電子在與汞原子碰撞后還能在到達(dá)G2前被加速到足夠的能量，克服拒斥場(chǎng)的阻力而到達(dá)板極P，這時(shí)電流又開始上升。直到UG2K間的電壓是二倍于氬原子的第一激發(fā)電位(2Ug)時(shí)，電子在G2附近又會(huì)因第二次非彈性碰撞而失去能量，并且受到拒斥場(chǎng)的阻擋而不能到達(dá)板極P，IP再度下降。同樣的道理，隨著UG2K的增加，電子會(huì)在G2附近與氬原子發(fā)生第三次、第四次……非彈性碰撞，因而IP就會(huì)相應(yīng)下跌，形成具有規(guī)則起伏的IP～UG2K曲線，如圖2所示。兩峰之間的電位差等于氬原子的第一激發(fā)電位U0，其公認(rèn)值為11.61V。圖2儀器：FH-2型智能弗蘭克-赫茲試驗(yàn)儀GOS-620型雙軌跡示波

4、器內(nèi)容與步驟：熟悉儀器根據(jù)儀器標(biāo)簽確定各參數(shù)。手動(dòng)測(cè)量（UG2K以步長(zhǎng)0.5V的電壓值調(diào)節(jié)）記錄相應(yīng)的電流值IP自動(dòng)測(cè)量（UG2K不能超過85V)數(shù)據(jù)處理：在坐標(biāo)紙上描繪出IP-UG2K的關(guān)系曲線用逐差法處理數(shù)據(jù)求出氬原子的第一激發(fā)電位U0,將實(shí)驗(yàn)值U0與氬原子的第一激發(fā)電位U0=11.61V相比較，計(jì)算出相對(duì)誤差。思考題：1.原子躍遷輻射頻率與發(fā)生躍遷的兩定態(tài)能量之間有什么關(guān)系？2.什么是原子的第一激發(fā)電勢(shì)？他和原子能級(jí)有什么關(guān)系？3.為什么IG2A－UG2K曲線上的各谷點(diǎn)電流隨UG2K的增大而增大？