文档介绍：实验46 夫兰克—赫兹实验
1914年夫兰克()和他的助手赫兹()在研究气体放电现象中电子与原子间相互作用时,在充汞的放电管中发现:透过汞蒸气的电子流随电子能量呈现周期性变化,,,即采用慢电子与稀薄气体中原子碰撞的方法,简单而巧妙地直接验证了原子能级的存在,证实了原子内部能量是量子化的,从而为玻尔原子理论提供了有力的证据。由于此项工作卓越的成就,1925年夫兰克和赫兹共同获得诺贝尔物理学奖。
1900年是量子论的诞生之年,它标志着物理学由经典物理迈向近代物理。量子论的基本观念是能量的不连续性,即能量是量子化的。夫兰克—赫兹实验充分证明了原子内部能量是量子化的。通过这一实验可以了解到原子内部能量量子化的情况,学习和体验夫兰克和赫兹研究气体放电现象中低能电子和原子间相互作用的实验思想和方法。夫兰克—赫兹实验至今仍是探索原子内部结构的主要手段之一。
[重点难点提示]
—赫兹管中电子和氩原子的能量交换过程。测量氩原子第一激发电位的方法。
—赫兹实验为玻尔的原子理论提供了有力的证据。
[目的要求]
,证明原子能级的存在。了解夫兰克—赫兹是用什么方法直接证明了原子内部量子化能级的存在。
、拒斥电压等因素对F-H实验曲线的影响。
。
[实验仪器]
微机化夫兰克-(a)、(b)所示。
直流
稳压电源
程控直流
稳压电源
灯丝电压
第一阳极
栅极电压
夫兰克–赫兹管
直流
稳压电源
程控直流
微电流表
计算机
现场总线
现场总线
板极电流
拒斥电压
(a) (b)
(a) 弗兰克-赫兹实验系统原理图(b)弗兰克-赫兹实验装置图
本实验仪是用于重现1914年夫兰克和赫兹进行的低能电子轰击原子的实验设备。本实验仪为一体式实验仪,有供给夫兰克—赫兹管用的各组电源电压,测量微电流用的放大器。实验仪能够获得稳定的实验曲线。本实验仪除实测数据外还可和示波器,X-Y记录仪及微机连用。
[实验原理]
根据玻尔理论,原子只能处在某一些状态,每一状态对应一定的能量,其数值彼此是分立的,原子在能级间进行跃迁时吸收或发射确定频率的光子,当原子与一定能量的电子发生碰撞,可以使原子从低能级跃迁到高能级(激发)。如果是基态和第一激发态之间的跃迁则有:
电子在电场中获得的动能在和原子碰撞时交给原子,原子从基态跃迁到第一激发态,V1称为原子第一激发电势(位)。
进行F-H实验通常使用的碰撞管是充汞的,充汞管需要配加热炉用于改变汞的蒸气压。除用充汞的外,还常用充惰性气体的,如充氖,氩等的碰撞管。而这些碰撞管,温度对于气压影响不大,并且只需在常温下就可以进行实验。
对于四级式充氩F-H碰撞管,。
F-H管实验线路连接图
其中为灯丝加热电压,为正向小电压,为加速电压,为减速电压。
F-。
F-H管电位分布图
电子由阴极发出,经电场加速趋向阳极,只要电