弗蘭克赫茲實(shí)驗(yàn).ppt

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1、夫蘭克-赫茲實(shí)驗(yàn)歷史背景及意義1911年，盧瑟福根據(jù)α粒子散射實(shí)驗(yàn)，提出了原子核模型。1913年，玻爾將普朗克量子假說運(yùn)用到原子有核模型，建立了與經(jīng)典理論相違背的兩個(gè)重要概念：原子定態(tài)能級和能級躍遷概念。電子在能級之間遷躍時(shí)伴隨電磁波的吸收和發(fā)射，電磁波頻率的大小取決于原子所處兩定態(tài)能級間的能量差，并滿足普朗克頻率定則。隨著英國物理學(xué)家埃萬斯（E.J.Evans）對光譜的研究，玻爾理論被確立。但是任何重要的物理規(guī)律都必須得到至少兩種獨(dú)立的實(shí)驗(yàn)方法的驗(yàn)證。隨后，在1914年，德國科學(xué)家夫蘭克和他的助手赫茲采用慢電子與稀薄氣體中原子碰撞的方法(與光譜研究

2、相獨(dú)立)，簡單而巧妙地直接證實(shí)了原子能級的存在，并且實(shí)現(xiàn)了對原子的可控激發(fā)，從而為玻爾原子理論提供了有力的證據(jù)。1925年，由于他二人的卓越貢獻(xiàn)，他們獲得了當(dāng)年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)（1926年于德國洛丁根補(bǔ)發(fā)）。夫蘭克-赫茲實(shí)驗(yàn)至今仍是探索原子內(nèi)部結(jié)構(gòu)的主要手段之一。所以，在近代物理實(shí)驗(yàn)中，仍把它作為傳統(tǒng)的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)。(JAMESFRANCK)(GUSTAVHERTZ)1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康模候?yàn)證原子能量的量子化。2.實(shí)驗(yàn)原理（結(jié)合裝置介紹）：一.第一激發(fā)電勢的測定原子內(nèi)部能量量子化證據(jù):(1)原子光譜分立性;(2)夫蘭克-赫茲實(shí)驗(yàn)K：熱陰極，發(fā)射電子KG區(qū)：電子加

3、速，與Hg原子碰撞GA區(qū)：電子減速，能量大于0.5eV的電子可克服反向偏壓，產(chǎn)生電流夫蘭克-赫茲實(shí)驗(yàn)裝置夫蘭克-赫茲實(shí)驗(yàn)玻璃容器充以需測量的氣體，本實(shí)驗(yàn)用的是汞。電子由陰級K發(fā)出，K與柵極G之間有加速電場，G與接收極A之間有減速電場。當(dāng)電子在KG空間經(jīng)過加速、碰撞后，進(jìn)入KG空間時(shí)，能量足以沖過減速電場，就成為電流計(jì)的電流。3.實(shí)驗(yàn)結(jié)果非彈性碰撞，電子損失能量，激發(fā)Hg原子彈性碰撞，電子幾乎不損失能量電子經(jīng)過次加速和非彈性碰撞，能量全部損失，電流最小。理論解釋：4.結(jié)果討論汞原子從基態(tài)到第一激發(fā)態(tài)的激發(fā)電勢為4.9V，則第一激發(fā)能(ExcitedEn

4、ergy)為若原子從第一激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)，放出能量，則實(shí)驗(yàn)與理論符合非常好二.較高激發(fā)電勢的測定K：旁熱式熱陰極，均勻發(fā)射電子，提高能量測量精度KG1區(qū)：電子加速G1G2區(qū)：電子與原子碰撞G2A區(qū)：電子減速1920年,Hertz測得4.9eV以上的高激發(fā)能Franck改進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置1924年，1.實(shí)驗(yàn)裝置及實(shí)驗(yàn)原理2.實(shí)驗(yàn)結(jié)果（見P45,圖2.12）夫蘭克-赫茲實(shí)驗(yàn)裝置三.電離電勢的測定電離：如果給原子足夠大的能量，可以使原子中的電子離去，叫電離。電離電勢：從中性的原子把一個(gè)電子電離出去需要的電壓。1.實(shí)驗(yàn)裝置及原理K，K1：發(fā)射電子的熱陰極G：圓柱形

5、金屬網(wǎng)；A：圓柱形陽極，G，A同電位。G1:金屬網(wǎng)實(shí)驗(yàn)裝置氬管夫蘭克—赫茲管特點(diǎn)：采用充氬夫蘭克--赫茲管，比以前使用充汞管方式有了重大改進(jìn)，去掉了較為落后的燈管加熱爐裝置，即便于操作，又避免了由于溫度控制不精確而對實(shí)驗(yàn)造成的誤差、以及汞蒸氣對人體及環(huán)境的污染。實(shí)驗(yàn)原理充氬夫蘭克-赫茲管的基本結(jié)構(gòu)見右圖。電子由陰極K發(fā)出，陰極K和第一柵極G1之間的加速電壓VG1K及與第二柵極G2之間的加速電壓VG2K使電子加速。在板極A和第二柵極G2之間可設(shè)置減速電壓VG2A。μAVVG1KKVG2KG1VG2AG2電子氬原子A燈絲夫蘭克—赫茲管結(jié)構(gòu)圖注意：第一柵極

6、和陰極之間的加速電壓約1.5伏的電壓，用于消除陰極電子散射的影響。設(shè)氬原子的基態(tài)能量為E0，第一激發(fā)態(tài)的能量為E1，初速為零的電子在電位差為V的加速電場作用下，獲得能量為eV，具有這種能量的電子與氬原子發(fā)生碰撞，當(dāng)電子能量eV

7、所示的變化曲線.圖2-2-4夫蘭克—赫茲管的IA～VG2K曲線oIAacbdeV1V2V3V4V5V6(nA)VG2Ko實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及操作步驟實(shí)驗(yàn)內(nèi)容?用手動(dòng)方式、計(jì)算機(jī)聯(lián)機(jī)測試方式測量氬原子的第一激發(fā)電位，并做比較。?分析燈絲電壓、拒斥電壓的改變對F—H實(shí)驗(yàn)曲線的影響。?了解計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理的方法。操作步驟?正確認(rèn)識(shí)電路連接及原理；?啟動(dòng)預(yù)熱；（注：預(yù)熱開始，就必須設(shè)定好以下幾個(gè)值：V燈、VG1K、VG2A，根據(jù)儀器給定參數(shù)設(shè)定，VG2K=30v）?正式測量；手動(dòng)測試；聯(lián)機(jī)測試。?不許拔下儀器前面板上的導(dǎo)線，進(jìn)行違規(guī)連接，以免發(fā)生短路，損壞儀器

8、。?在設(shè)定各電壓值時(shí)，必須在給定的量程或范圍之內(nèi)設(shè)值，如果超出范圍，可能會(huì)導(dǎo)致燒壞儀器或不能準(zhǔn)確顯示。注意事