弗兰克赫兹实验 深圳大学 (1)

1、弗兰克弗兰克- -赫兹实验赫兹实验指导教师：杜宇指导教师：杜宇弗兰克、赫兹简介 1914 1914 年德国科学家弗兰克和赫兹在研究气体放电年德国科学家弗兰克和赫兹在研究气体放电中低能电子与原子相互作用时发现，透过汞蒸汽的中低能电子与原子相互作用时发现，透过汞蒸汽的电子流随电子的能量呈现有规律的周期性变化。该电子流随电子的能量呈现有规律的周期性变化。该实验证实了原子内部的能量是量子化的。实验证实了原子内部的能量是量子化的。为此为此19251925年弗兰克和赫兹共同获得诺贝尔物理学奖。年弗兰克和赫兹共同获得诺贝尔物理学奖。弗兰克JamesFranck，18821964G.赫兹 Gustav Her

2、tz，18871975实验目的实验目的了解弗兰克-赫兹实验的原理和实验方法测量氩原子的第一激发电位,证明原子能级的存在 原子只能较长久地停留在一原子只能较长久地停留在一些稳定的能量状态些稳定的能量状态(简称定态简称定态),它的能量不可能连续变化而只它的能量不可能连续变化而只能是突变，即能是突变，即“跃迁跃迁”原子原子从一个定态跃迁到另一个定态从一个定态跃迁到另一个定态而发射或吸收能量，而发射或吸收能量，辐射辐射的频的频率是一定的：率是一定的：放出放出能量能量吸收吸收能量能量 以电量为以电量为e电子，在电位差电子，在电位差V1的加速电场作用下，来使的加速电场作用下，来使原子从基态能原子从基态能E

3、。跃迁到第一。跃迁到第一激发态能量激发态能量E1011EEeVnmEEhv实验原理实验原理当电子的加速电压当电子的加速电压V原子第一激发电势原子第一激发电势V1电子与原子碰撞没有发生动能与内能的交换，电子与原子碰撞没有发生动能与内能的交换，为为“弹性碰撞弹性碰撞”电子碰撞前后速率不变电子碰撞前后速率不变当电子的加速电压当电子的加速电压V原子第一激发电势原子第一激发电势V1电子与原子碰撞发生动能与内能的交换电子与原子碰撞发生动能与内能的交换为为“非弹性碰撞非弹性碰撞”电子碰撞后速度变慢，原子会辐射光子电子碰撞后速度变慢，原子会辐射光子KG1G2PAVG1VG2VPVFFIPF:阴极加热丝阴极加热

4、丝 K:阴极阴极 G1:控制栅极控制栅极 G2:加速栅极加速栅极 P:板极板极F-H管管EeVp电子穿越电子穿越G2P形成电流。形成电流。EeVp电子未能穿越电子未能穿越G2P到达板极到达板极形成电流，栅形成电流，栅极电流为零极电流为零 随着随着VG2增大，能够穿越增大，能够穿越G2P的电子数量越来越多，的电子数量越来越多，IP增大增大。随着随着VG2增大，电子与原子增大，电子与原子碰撞交出能碰撞交出能量给原子的电子比例量给原子的电子比例增多增多，电子能量，电子能量损失后未能穿越损失后未能穿越G2P区，电流减小区，电流减小。 继续增高继续增高VG2，电子与原，电子与原子碰撞失去能子碰撞失去能量

5、后剩余能量量后剩余能量足以穿越足以穿越G2P区的电子的比区的电子的比例越来越多例越来越多,电电流增大流增大.OIpVG2实验仪器实验仪器电源开关电源开关VG2输出输出IP输出输出自动自动/手动手动快速快速/慢速慢速电电压压显显示示选选择择IP显示显示IP放大选择放大选择电压显示电压显示VF调节调节VG1调节调节VP调节调节VG2调节调节电源电源选择选择X-Y自动自动Y-IpDCDCDCX-VG2X-左右左右Y-上下上下1V2V实验内容实验内容 利用示波器观察利用示波器观察I IP P-V-VG2G2关系曲线关系曲线 连续记录连续记录V VG2G2与与I IP P值值. . 描绘出描绘出I IP P-V-VG2G2关系曲线关系曲线. . 测量出氩的第一激发电位测量出氩的第一激发电位V V0 0. .数据处理数据处理 实验数据表实验数据表 UG2 ( 10v) IP(10-8A) UG2 ( 10v) IP 10-8A ) UG2 ( 10v) IP (10-8A ) (V) )(913625140UUUUUUU求相对误差，理论值求相对误差，理论值11.61V，得出实，得出实验结论验结论实验曲线实验曲线-用坐标纸用坐标纸如何计算本实验中氩原子所辐射的