弗兰克赫兹实验报告

1、弗兰克赫兹实验报告 弗兰克赫兹实验报告1 姓名：xxx学号：xxxxxxxxxx 班级：本硕xxx班 实验期：xxx年10 13 夫兰克-赫兹实验 【实验的】 1、测量氩原的第激发电势，证明原能级的存在，从加深对量化概念的认识。 2、加深对热电发射的理解，学习将电与原碰撞微观过程与宏观物理量相结合的实验设计 法。 【历史背景】 1911年，卢瑟福根据粒散射实验，提出了原核模型。1913年，玻尔将普朗克量假说运 到原有核模型，建了与经典理论相违背的两个重要概念：原定态能级和能级跃迁概念。电在能 级之间迁跃时伴随电磁波的吸收和发射，电磁波频率的取决于原所处两定态能级间的能量差，并 满普朗克频率定则

2、。随着英国物理学家埃万斯(E.J.Evans)对光谱的研究，玻尔理论被确。 1914年，德国科学家夫兰克和他的助赫兹采慢电与稀薄体中原碰撞的法(与光谱研究 相独)，简单巧妙地直接证实了原能级的存在，并且实现了对原的可控激发。 1925年，由于他的卓越贡献，他们获得了当年的诺贝尔物理学奖。夫兰克-赫兹实验今仍是 探索原内部结构的主要段之。所以，在近代物理实验中，仍把它作为传统的经典实验。 【实验原理】 根据玻尔的原理论，原只能处于系列不连续的稳定状态之中，其中每种状态相应于定的 能量值Ei(i=1,2,3)，这些能量值称为能级。最低能级所对应的状态称为基态，其它能级所对应的态 称为激发态。 当原

3、从个稳定状态过渡到另个稳定状态时就会吸收或辐射定频率的电磁波，频率决定 于原所处两定态能级间的能量差，并满普朗克频率选择定则： ( h为普朗克常数) 本实验中是利定能量的电与原碰撞交换能量实现，并满能量选择定则： ev=E-E(1) 110 E为第激发能量(第激发态是距基态最近的个能态)，E为基态能量，ev为该原第激发 能。式(1)中，101实验原理如图(1)所：在充氩的夫兰克赫兹管中，电由阴极K发出，阴极K和第 栅极G1之间的加速电压VG1K及与第栅极G2之间的加速电压VG2K使电加速。在极板A和第栅 极G2之间可设置减速电压VG2A。 注意：第栅极G1和阴极K之间的加速电压VG1K约2V，

4、于消除空间电荷对发射电的影响。 当灯丝加热时，阴极被灯丝灼热发射电，电在G1和G2间的电场作下被加速取得越来越 的能量，但在起始阶段，由于电压VG2K较低，电的能量较，即使在运动过程中，它与原相碰 撞(弹性碰撞)的能量交换常，此时可认为它们之间没有能量交换。这样，穿过第栅极的电所形 成的电流IA随第栅极电压VG2K的增加增加。 当VG2K达到氩原的第激发电位时，电在第栅极附近与氩原相碰撞(此时产弹性碰 撞)。电把从加速电场中获得的全部能量传递给氩原，使氩原从基态激发到第激发态，电 本由于把全部能量传递给了氩原，它即使穿过了第栅极，也不能克服反向拒斥电压被折回第 栅极。所以阳极电流IA将显著减。

5、氩原在第激发态不稳定，会跃迁到激发态，同时以光量形式 向外辐射能量。以后随着第栅极电压VG2K的增加，电的能量也随之增加，与氩原相碰撞后还留 下够的能量，这就可以克服拒斥电压的作到达阳极A，这时电流开始上升，直到VG2K是2倍 氩原的第激发电位时，电在G2和K之间会因第次弹性碰撞失去能量，因造成了第 次阳极电流IA的下降，这种能量转移随着加速电压的增加呈周期性的变化。 若以VG2K为横坐标，以阳极电流值IA为纵坐标就可以得到谱峰曲线，两相邻点(或峰尖)间的加 速电压值，即为氩原的第激发电位值。 这个实验说明了夫兰克赫兹管内的电缓慢的与氩原碰撞，能使原从低能级被激发到能 级，通过测量氩的第激发电

6、位值(13.1V是个定值，即吸收和发射的能量是完全确定的，不连续 的)，也就是说明了原内部存在不连续的能级，即波尔原能级的存在。 【实验仪器】 夫兰克赫兹实验仪(含夫兰克-赫兹管、微电流放器等)微机等。 【实验步骤】 1，拨动电源开关，接通电源，点亮数码管，将动动切换开关，换“动”位置，逆时针 向旋转“扫描幅度调节”旋钮到最位置，预热三分钟后开始做实验。 2，将电压分档切换开关拨到“5V”挡，旋转“5V”调节旋钮，使电压读数为2V。这时阴极第栅极 电压VG1K为2V。 3，将电压分档切换开关拨到“15V”挡，旋转“15V”调节旋钮，使电压读数为7.5V。这时阳极第 栅极电压VG2A(拒斥电压)

7、为7.5V。 4，将电压分档切换开关拨到“100V”挡，旋转“100V”调节旋钮，使电压读数为0V。这时阳极第 栅极电压VG2A(加速电压)为0V。 5，将电流显选择波段开关切换到10 A挡，并调节调零旋钮使电流显指为零。 6，将将动动切换开关，换“动”位置，旋转加速电压旋钮VG2A，同时观察电流表，电压 表的数变化，并根据电流表的数值调节好“电流显选择”档位，随着(加速电压)的增加，电流表 的值出现周期性峰值和值，记录相应的电压、电流值，以输出电流为纵坐标，电压为横坐标，作出谱 峰曲线。 【注意事项】 1，实验中(动档位)电压加到60V以后，要注意电流输出指，当电流表指突然骤增，应即减 电压

8、，以免管损坏。 2，实验过程中如果要改变第栅极与阴极和第栅极与阴极之间的电压及灯丝电压时，要将0 100V旋钮逆时针旋到底，在改变以上电压值。 3，本实验灯丝电压分别可以设为3V、3.5V、4V、4.5V、5V、5.5V、6.3V，可以在不同的灯丝电 压下重复上述实验。如果发现波形上端切顶，则阳极输出电流过，引起放器失真，因减灯丝电 压。 【数据记录及处理】 以输出电流为纵坐标，电压为横坐标，作出谱峰曲线。 相邻峰峰之间的电位差： U1=42.6-31.1=11.5 U2=54.3-42.6=11.7 平均值： U=(U1+U2)/2 =(11.5+11.7)/2=11.6V 相邻之间的电位差

9、： U3=37-24.9=12.1 U4=48.1-37=11.1 平均值： U=(U3+U4)/2 =(12.1+11.1)/2=11.6V 则本实验测得氩原第激发电位为11.6V。 【思考题及讨论】 1，第激发电位的物理含义是什么?有没有第激发电位? 答：第激发电位：如初始能量为零的电在电位差为U0 的加速电场中运动，则电可获得的能 量为eU0;如果加速电压U0恰好使电能量eU0 等于原的临界能量，即eU0=E2E1，则U0称为第 激发电位，或临界电位。 第激发电位：电碰撞原使其从基态到第激发态所需的最低能量叫第激发电位。 怎样测第激发电位：加速电压Ug1k和U2A都是标准参数，不能改变，

10、要测第激发电位需要 使电获得能量，必须增Ug1k。 2.夫兰克赫兹管中还能充什么其它体，为什么? 答：汞蒸或其他稀有体。因为汞是单原分，结构简单，且在常温下是液态，只要改变 温度就能幅度改变汞原的密度，同时还由于汞的原量，电与其原碰撞时，能量损失极 。 3、什么是能级?玻尔的能级跃迁理论是如何描述的? 答：在玻尔的原模型中，原是由原核和核外电所组成，原核位于原的中，电沿 着以核为中的各种不同直径的轨道运动。在定轨道上运动的电，具有对应的能量，轨道不同， 能量的也不相同。这些与轨道相联系、不连续的能量构成了能级。当原状态改变时，伴随 着能量的变化。若原从低能级En 跃迁到能级Em，则原需吸收定的能量，该能量的为 E： E=Em-En 若电从能级Em 跃迁到低能级En，则原将放出能量E。 4，为什么IG2A-UG2K 曲线上的各点电流随UG2K 的增增?