实验314夫兰克-赫兹实验

实验314夫兰克-赫兹实验,弗兰克-1964和赫兹在讨论中发觉电子与原子发生非弹性碰撞时能量的转移是量子化的。

他们的精确测定表明,电子与***原子碰撞时,,即***。

这个事实直接证明白***原子具有玻尔所设想的那种“完全确定的、相互分立的能量状态”,是对玻尔的原子量子化模型的第一个打算性的证据。

由于他们的工作对原子物理学的进展起了重要作用,因此共同获得了1925年的诺贝尔物理学奖。

在本试验中可观测到电子与***蒸汽原子碰撞时的能量转移的量子化现象,测量***原子的第一激发电位,从而加深对原子能级概念的理解。

【试验目的】1通过测量氩原子的第一激发电位,证明原子内部量子化能级的存在。

2了解在讨论原子内部能量量子化问题时所使用的基本方法。

3了解电子与原子碰撞和能量交换过程的微观图像,以及影响这个过程的主要物理因素。

【试验仪器】-型夫兰克-赫兹试验仪、双踪示波器。

仪器面板说明如图3-61所示。

图3-61仪器面板示意图1电流显示:显示电流相应的倍率2电压显示:显示、、各电压值123电压显示:显示、各电压值手动与自动226高校物理试验4夫兰克-赫兹管试验电路图:夫兰克-赫兹管试验电路图5电源输出端:仪器电源输出插孔-6-96阳极电流测量倍率转换:微电流倍率选择10,107示波器接口、输出:测量方式转换:手动挡测量与自动挡进行示波器观看波形调整旋钮9各电源电压调整旋钮:、、、、调整旋钮12210电压测量转换:、、电压测量转换1211电压测量转换:、电压测量转换2夫兰克-赫兹管供电电压0,拒斥电压0,加速电压点测法:0,:0,50灯丝电压0,【试验原理】玻尔原子理论的两个基本假设为:1原子只能较长期地停留在一些稳定状态,简称“定态”,原子处于这些状态时不放射也不汲取能量,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转变,只能使原子从一个定态跃迁到另一个定态;2原子从一个定态跃迁到另一个定态而放射或汲取辐射能量时,辐射的频率是肯定的。

假如用和代表有关二定态的能量,辐射的频率,打算于如下关系,,,式中为普朗克常量。

原子状态的转变,通常发生于原子本身汲取或放射电磁辐射,以及原子与其他粒子发生碰撞而交换能量这两种状况。

能够掌握原子所处状态的最便利的方法是用电子轰击原子,电子的动能可通过转变加速电位的方法加以调整。

电子被加速后获得能量,是电子电量,是加速电压。

当值小时,电子与原子只能发生弹性碰撞;当电位差为时,电子具有的能量恰好使原子从正常状态跃迁到第一激发状态,就称为第一激发电位。

连续增加电位差时,电子的能量就渐渐上升到足以使原子跃迁到更高的激发态其次,第三……,最终电位差达到某一值时,电子的能量刚足以使原子电离,就称为电离电位。

试验仪所用的夫兰克-赫兹管是一只充氩气的四极管,各电极的符号、引出线及各电压的关系如图3-62所示:灯丝加热使其放射电子,掌握通过的电子数目,加速112电子,空间较大,供应足够的碰撞概率,,加一扼止电压,使失去动能2的电子不能到达。

第一栅压与阴极之间加上约图3-,2的电压,其作用是消退空间电荷对阴极散射电子的影响。

给灯丝加热时,阴极的氧化层即放射电子,在间的电场作用下被加速而取得2越来越大的能量。

但起始阶段,由于电压较低,电子的能量较小,即使在运动过程中它2与原子相碰撞为弹性碰撞,也只有微小的能量较换。

这样,穿过其次栅极的电子所形成的极流将随的增加而增大见图3-63中段。

2当达到氩原子的第一激发电位时,电子在其次栅极四周与氩原子碰撞此时产生非2弹性碰撞,电子把从加速电场中获得的全部能量传递给氩原子,使氩原子从基态激发到第一激发态,而电子本身由于把全部能量传递给了氩原子,所以电子即使能穿过其次栅极,也不能完全克服反向拒斥电场而部分被拆回其次栅极。

所以板极电流将显著减小如图3-63的段,以后随着其次栅极电压的增加,电子的能量也随之增加,电子与氩原子相2碰撞后还留下足够能量,这就可以克服拒斥电场的作用力而到达板极,这时电流又开头上升如图3-63的段,直到是氩原子的第一激发电位的2倍时,电子在2间又2会因其次次非弹性碰撞而失去能量,因而造成其次次板极电流的下降如图3-63的段,这种能量转移随着加速电压的增加而呈周期性的变化。

图3-63若以为横坐标,以板极电流为纵坐标就可以得到相应的谱峰曲线,两相邻谷点2或峰尖间的加速电压差值,即为氩原子的第一激发电位值。

这个试验说明白夫兰克-赫兹管内的缓慢电子与氩原子碰撞,使原子从低能级被激发到高能级,通过测量氩的第一激发电位值,证明波尔-原子能级的存在。

【试验内容及步骤】测绘-管,曲线,确定氩原子的第一激发电位。

21试验前将全部旋钮逆时针旋究竟。

2将仪器面板上的“电源输出端”输出插孔和“夫兰克-赫兹管功能端”输入插孔根据电路图接好。

3插上电源,将电源开关置于“”位置,数字表发光,表明电源已接通,将仪器预热5分钟。

4将“手动-自动”开关置于“手动”挡,逆时针将“扫描调整”旋钮旋究竟。

5将“、、电压测量转换开关”置“”挡,。

6将“、、电压测量转换开关”置“”档,。

17将“、、电压测量转换开关”置“”档,。

28将“电压显示切换”开关置于“”档,调整“”旋钮,,22即阴极至其次栅极电压加速电压为0手动方式建议采纳的各电压值::,2:2,:。

129缓慢调整“”旋钮,同时观看电流表指示数值的变化。

随着加速电压22,9的增加,电流表的指示值消失周期性的峰值和谷值倍率从10开头做起,当电流表数值溢出时,切换到下一倍率档。

记录相应的电压值和电流值,作出以电压22为横坐标,电流为纵坐标的谱峰曲线。

电流表指示的数值单位为安培,乘以倍率之后才是电流的值。

10适当转变灯丝电压,重复上述操作,记录相应数据,进行数据处理描绘谱峰数不少于5个。

11进行自动测量时,需将“手动-自动”开关置于“自动”档,同时将“”旋钮2,8逆时针旋究竟,将“倍率转换”置于“10”档,并将“”扫描调整旋钮逆时针旋到底。

将面板上的‘输出’接到示波器的过大,引起放大器失真,应当马上减小灯丝电压。

自动方式建议采纳的各电压值::,:“1”通道上,再将面板上的“1输出”接到示波器的“2”通道上,将示波器置“-”方式,顺时针调整“”扫描调整旋钮,观看示波器上消失的相应的谱线,假如发觉波形上端切顶,则表明阳极电流