文档介绍：夫兰克-赫兹实验
五邑大学物理实验中心
历史背景及意义
1911年,卢瑟福根据α粒子散射实验,提出了原子核模型。
1913年,玻尔将普朗克量子假说运用到原子有核模型,建立了与经典理论相违背的两个重要概念:原子定态能级和能级跃迁概念。电子在能级之间迁跃时伴随电磁波的吸收和发射,电磁波频率的大小取决于原子所处两定态能级间的能量差,并满足普朗克频率定则。随着英国物理学家埃万斯()对光谱的研究,玻尔理论被确立。
历史背景及意义
1914年,德国科学家夫兰克和他的助手赫兹采用慢电子与稀薄气体中原子碰撞的方法(与光谱研究相独立),简单而巧妙地直接证实了原子能级的存在,并且实现了对原子的可控激发。
1925年,由于他二人的卓越贡献,他们获得了当年的诺贝尔物理学奖。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。所以,在近代物理实验中,仍把它作为传统的经典实验。
夫兰克和赫兹
(JAMES FRANCK)
(GUSTAV HERTZ)
实验原理-玻尔理论
1、定态假设 E1 E2 E3 …
原子系统只能处在一系列不连续的能量状态,在这些状态中,虽然电子绕核作加速运动,但并不辐射也不吸收电磁波,这些状态称为原子系统的稳定状态(简称定态)
2、频率条件
原子从一个定态跃迁到另一个定态时要发射或吸收一个光子
3、量子化条件
玻尔理论
放出能量
吸收能量
电子与原子的碰撞
电子经过加速电场后能量为
原子的第一激发态与基态的能量差:
电子与原子发生碰撞的情况分析
第一激发电位
当电子的加速电压U<U0
电子与原子碰撞没有发生动能与内能的交换。
为“弹性碰撞”
电子碰撞前后速度不变
弹性碰撞
当电子的加速电压U≥U0
电子与原子碰撞发生动能与内能的交换
为“非弹性碰撞”
电子碰撞后速度变慢,原子会辐射光子
非弹性碰撞
F:阴极加热丝 K:阴极 G1:控制栅极 G2:加速栅极 A:板极
UG2
UA
K
X
G1
UG1
G2
A
K
G1
G2
A
μA
UG1
UG2
UA
UF
U
F
IP