文档介绍：夫兰克--赫兹实验[背景和意义] 1914 年,夫兰克( ) 和赫兹( )采用慢电子轰击原子的方法,利用两者的非弹性碰撞将原子激发到较高能级。证明了原子内部量子化能级的存在,给上一年发表的玻尔理论提供了独立于光谱研究方法直接的实验证据。因此他们获得了 1925 年的诺贝尔物理学奖。通过这个实验,能学习弗兰克、赫兹为揭示原子量子化能级所作的巧妙构思和采用的方法,了解气体放电中低能电子和原子间相互作用的机理,电子与原子碰撞的微观过程怎样和实验中的宏观量相联系,并可研究原子内部能量状态与能量交换的微观过程。 JAMES FRANCK (夫兰克) GUSTAV HERTZ (赫兹) [ 目的] ? -赫兹实验的原理和方法。? ,验证原子能级的存在。[原理] ?玻尔理论指出,原子只能较长久地停留在一些稳定状态(即定态),又称为能级,其中每一状态对应于一定的能量,各定态的能量是分立的。原子在能级间进行跃迁时,要吸收或辐射相当于两定态间能量差值的能量。即?h = E2- E1= ?E ?放出能量吸收能量?玻尔理论成功的解释了氢原子和类氢离子光谱的实验规律。关键在于:这个理论中提出了能量量子化的假设,即原子内部存在着一系列不连续的稳定状态—能级。?原子内部是否真的存在能级?原子能量是否真的是不连续变化?也就是说,玻尔的定态假设是否正确, 这不仅要由这个理论能解释和说明已有的实验事实来证明,更需要进一步通过其它的实验来检验。这样的实验确实存在,这就是 1915 年由夫兰克和赫兹完成的实验,即夫兰克—赫兹实验?夫兰克与赫兹是通过用慢电子与稀薄气体中的原子碰撞的方法使具有一定能量的电子与原子进行能量交换而实现原子从基态到高能态的跃迁的。?电子与原子的碰撞可分为弹性和非弹性碰撞两类. 弹性碰撞时,电子动能损耗极小,近似以原速率反向运动,系统动能守恒。非弹性碰撞时,电子损耗大量能量,速率明显减小。系统的动能损耗被原子吸收,此时原子将从低能级向高能级跃迁。?本实验是做一个与夫兰克-赫兹的原始实验类似的实验来测定氩元素的第一激发电位, 验证原子能级的存在。?首先通过具有一定能量的电子与原子碰撞, 进行能量交换而实现原子从基态到高能态的跃迁。设氢原子的基态能量为 E 1,第一激发态的能量为 E 2,初速为零的电子在电位差为 U 0的加速电场作用下,获得能量为 eU 0 , ?具有这种能量的电子与氢原子发生碰撞。当电子能量 EU 0<E 2 - E 1时,电子与氢原子只能发生弹性碰撞,由于电子质量比氢原子质量小得多,电子能量损失很少。如果电子与氢原子会产生非弹性碰撞,氢原子从电子中取得能量? E 由基态跃迁到第一激发态, eU 0 =? E,相应的电位差 U 0。即为氢原子的第一激发电位。?夫兰克--赫兹实验电路原理