弗蘭克赫茲實(shí)驗(yàn)ppt課件.ppt

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1、弗蘭克-赫茲實(shí)驗(yàn)Franck-Hertzexperiment大學(xué)物理與實(shí)驗(yàn)教育教學(xué)研究中心概述弗蘭克(JamesFranck)—赫茲(GustavHertz)實(shí)驗(yàn)證明原子內(nèi)部結(jié)構(gòu)存在分立的定態(tài)能級(jí)。這個(gè)事實(shí)直接證明了Ar原子具有玻爾(Bohr)所設(shè)想的那種“完全確定的、互相分立的能量狀態(tài)”，是對(duì)玻爾的原子量子化模型的第一個(gè)決定性的證據(jù)。JamesFranck，1882—19641914年德國科學(xué)家弗蘭克和赫茲在研究氣體放電中低能電子與原子相互作用時(shí)發(fā)現(xiàn)，透過汞蒸汽的電子流隨電子的能量呈現(xiàn)有規(guī)律的周期性變化。該實(shí)驗(yàn)證實(shí)了原子內(nèi)部的能量是量子化的。為此1925年弗蘭克和赫茲共同獲得

2、諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。GustavHertz，1887—1975玻爾理論建立的三個(gè)物理學(xué)基礎(chǔ)：1、以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的原子的核式結(jié)構(gòu)模型；2、光譜的實(shí)驗(yàn)資料和經(jīng)驗(yàn)規(guī)律；3、從黑體輻射的事實(shí)發(fā)展出來的量子論。在這個(gè)基礎(chǔ)上，玻爾推究原子內(nèi)部的情況，在原子物理學(xué)上跨進(jìn)了一大步。實(shí)驗(yàn)背景知識(shí)玻爾提出的原子理論有兩個(gè)基本假設(shè)：(1)原子只能較長久地停留在一些穩(wěn)定狀態(tài)，簡稱“定態(tài)”，原子在這些狀態(tài)時(shí)不發(fā)射也不吸收能量，各定態(tài)的能量是彼此分隔的．原子的能量不論通過什么方式發(fā)生改變，只能使原子從一個(gè)定態(tài)躍遷到另一個(gè)定態(tài)；(2)原子從一個(gè)定態(tài)躍遷到另一個(gè)定態(tài)而發(fā)射或吸收輻射能量時(shí)，輻射的頻率是一定的．如果用

3、和代表有關(guān)二定態(tài)的能量，輻射的頻率決定于如下關(guān)系：式中為普朗克常量．一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、通過測(cè)量氬原子的第一激發(fā)電位,證明原子能級(jí)的存在,加深對(duì)原子結(jié)構(gòu)的了解；2、了解弗蘭克-赫茲實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)思想和基本實(shí)驗(yàn)方法；3、掌握測(cè)量氬原子第一激發(fā)電位的方法。P234思考題1、2二、實(shí)驗(yàn)原理2.1、實(shí)驗(yàn)原理圖2.2、物理過程2.3、I-UGK曲線2.1、實(shí)驗(yàn)原理圖弗蘭克-赫茲實(shí)驗(yàn)裝置示意圖柵極-陰極電壓VG1燈絲電壓VfVG2減速電壓VP2.2、物理過程原子從低能級(jí)向高能級(jí)躍遷，也可以通過具有一定能量的電子與原子相碰撞進(jìn)行能量交換來實(shí)現(xiàn)。本實(shí)驗(yàn)即讓電子在真空中與惰性氣體Ar原子相碰撞。設(shè)Ar原

4、子的基態(tài)能量為E1，第一激發(fā)態(tài)的能量為E2，從基態(tài)躍遷到第一激發(fā)態(tài)所需的能量就是E2－E1。初速度為零的電子在電位差為U的加速電場作用下具有能量eU，若eU

5、-UG2K曲線UG1KUFUG2KUG2P（1）K-G1區(qū)間電子迅速被電場加速而獲得能量。（2）G1-G2區(qū)間電子繼續(xù)從電場獲得能量，并不斷與氬原子碰撞。當(dāng)電子能量小于?E=E2－E1時(shí)為彈性碰撞；當(dāng)電子能量大于?E=E2－E1時(shí)為非彈性碰撞。UG1KUFUG2KUG2P（3）G2-P區(qū)間電子受阻若eUG2

6、一個(gè)波谷。UG1KUFUG2KUG2P繼續(xù)增大UG2，IP會(huì)再次出現(xiàn)波峰、波谷，如圖所示形成規(guī)則起伏變化的Ip～UG2K曲線。而相鄰兩次板流Ip下降所對(duì)應(yīng)的柵極電壓之差，就是氬原子的第一激發(fā)電位U0?E=eU0三、實(shí)驗(yàn)儀器電源開關(guān)UG2輸出IP輸出自動(dòng)/手動(dòng)快速/慢速電壓顯示選擇IP顯示IP放大選擇電壓顯示UF調(diào)節(jié)UG1調(diào)節(jié)UP調(diào)節(jié)UG2調(diào)節(jié)四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容注意：實(shí)驗(yàn)儀器需預(yù)熱20-30分鐘VG2值為表頭示數(shù)?101、各電壓值須按照給定值進(jìn)行設(shè)置；2、UG2設(shè)定終止值不要超過90V。3、手動(dòng)測(cè)試完畢后，盡快將UG2減為零。P234實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和步驟2、3測(cè)量氬原子的第一激發(fā)電位，通過曲

7、線觀察原子能量量子化情況。證明原子能級(jí)的存在并求出氬原子的第一激發(fā)電位U0手動(dòng)測(cè)量氬原子的IP-VG2曲線，每變化0.5V測(cè)量一個(gè)點(diǎn)，選擇60-80個(gè)數(shù)據(jù)作圖，標(biāo)出峰值，利用逐差法計(jì)算出氬原子的第一激發(fā)電位，和參考值比較。五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理UG2(v)01.02.03.0…….85.0IP/(nA)…….UG2(v)…….IP/(nA)…….電壓間隔1伏,儀器顯示是間隔0.1伏.IP根據(jù)實(shí)際情況選擇合適檔位用逐差法計(jì)算U0求相對(duì)誤差Er，U0理論值11.55V.實(shí)驗(yàn)曲線-用坐標(biāo)紙IP-UG2電