夫兰克-赫兹实验.ppt

1、夫兰克-赫兹实验,物理与电子学院,实 验 目 的,1. 本实验通过测定汞原子的第一激发电位证明原子能级的存在，了解夫兰克和赫兹研究原子内部能量量子化的基本思想和方法。 2.了解电子与原子碰撞和能量交换过程的微观图像,汤姆孙布丁模型,卢瑟福有核模型,原子稳定大小 分立线状光谱,玻 尔 假 设,1. 定态假设,2. 频率规则,粒子散射实验,玻尔提出的原子理论两个基本假设： 原子只能较长久地停留在一些稳定状态，简称“定态”。原子在这些状态时不发射也不吸收能量，各定态的能量是彼此分隔的。原子的能量不论通过什么方式发生改变，只能使原子从一个定态跃迁到另一个定态,原子从一个定态跃迁到另一个定态而发射或吸收

2、辐射能量时，辐射的频率是一定的如果用 Em 和 En 代表有关二定态的能量，辐射的频率决定于如下关系,图1 能级图,在玻尔提出原子结构的量子理论后，夫兰克和赫兹在1914年在用慢电子轰击稀薄气体原子做原子电离电位测定时，发现原子的激发能态和量子化的吸收现象，并观察到原子由激发态跃迁到基态时辐射出的光谱线，从而直接证明了玻尔原子结构的量子理论，为此他们获得了1925年的诺贝尔物理奖,电子与原子的相互作用,1 亲和,e+AA,2 电子与原子的碰撞,激发,当电子的能量较大时，原子得到一定的能量，从能量较低的状态跃迁至能量高的状态,激发能,电离：当电子的能量足够大时，可使原子的价电子 脱离束缚而电离，

3、即,复合：正离子与慢速运动的电子碰撞时，可以与电子复合而成为中性原子,光电效应：处于激发态的原子退激时，辐射出光量子hv，这些光量子打到极板时会发生光电效应，从金属极板中打出速度为的电子,实 验 目 的,1. 本实验通过测定汞原子的第一激发电位证明原子能级的存在，了解夫兰克和赫兹研究原子内部能量量子化的基本思想和方法。 2.了解电子与原子碰撞和能量交换过程的微观图像,实验设计思想,原子状态的改变 ： 1 原子本身吸收或发射电磁辐射 2 原子与其它粒子发生碰撞而交换能量,电子轰击原子: 电子的动能eU可以利用改变加速电压的方 法随意控制,由玻尔理论可知，处于正常状态的原子发生状态改变时，它所需要

4、的能量不能少于该原子从正常状态跃迁到第一受激态时所需要的能量，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，原子不能吸收电子的能量，电子碰撞原子前后的能量几乎不变，而只改变运动方向。如果电子能量大于临界能量，则发生非弹性碰撞，这时电子给予原子跃迁到第一激发态所需要的能量，其余的能量仍由电子保留,夫兰克-赫兹管,热阴极K,栅极G,板极A,图2 实 验 原 理 图,图3 IA-UGK 曲线,a,图4 F-H实验装置面板图,温度计,F-H管,栅压调节,电压表,电流表,栅压选择,工作状态,实 验 内 容,手动测量汞原子的I-U曲线，每变化一定电压测量一个点，（在电

5、流突变点附近增加测试点）采集数据作图，标出波峰值对应的电压值，计算出汞原子的平均第一激发电位,实验步骤,1预热和调整,将装有充汞F-H管的温控加热炉接通电源，选择一定的炉温（由实验室定），调好温控旋钮，预热1530分钟，以得到合适的汞蒸汽密度。 同时接通微电流测量放大器电源，进行预热。将仪器的“栅压选择”开关拨向“DC”然后将“栅极电压UKG”旋钮逆时针旋至最小， 待预热20分钟后，将“工作状态”拨向“R（激发）”，对电流表进行“零点”和“满度”校准。调零与满度之间略有牵连，故需反复调节,2测量汞原子的第一激发电势U0,将“工作状态”开关拨向“R(激发)”，再调节加热炉的温控开关，使炉温升至1

6、80，待其稳定后，即可进行激发电势测量。 2) 先进行全面观察。暂将“倍率”拨到10-6或10-5档，缓慢增加UGK的值，全面观察一次IA的变化情况。注意要及时更换倍率以适应电流变化。 测量IA-UGK曲线。使UGK从零起缓慢增加，记录下电流IA及对应UGK的电压值，特别地，应认真找到并读出IA的峰谷值及对应的各个UGK值，为便于作图，在各峰谷值附近应多测几个点。 分别改变炉温（如170、200）或（稍许）改变拒斥电压的大小，再测几条IA-UGK曲线的影响,注 意 事 项,1. 在测量过程中，当IA迅速增大时或F-H管出现 强 烈蓝光时，要立即减小UGK至零。 2. 加热炉外壳温度较高，注意避免灼伤。 3. 由于炉内温度场不均匀，温度计的水银泡必须与F-H管的栅阴极中段相齐。 4. 实验完毕，须将“栅压选择”和“工作状态”开关置“0”，“栅压调节”旋至最小，暂不拆除K、H、G连接线，不要切断微电流放大器的电源。应先切断加热炉电源，待温度