夫蘭克赫茲實驗

1、1實驗題目：實驗題目：夫蘭克赫茲實驗【實驗?zāi)康摹俊緦嶒災(zāi)康摹?、通過實驗測定氬原子等元素的第一激發(fā)電位（即中肯電位）。2、理解原子能級的存在及如何躍遷?！緦嶒瀮x器】【實驗儀器】夫蘭克赫茲實驗儀【實驗原理】【實驗原理】玻爾提出的原子理論指出：①原子只能較長地停留在一些穩(wěn)定狀態(tài)（簡稱為定態(tài)）。原子在這些狀態(tài)時，不發(fā)射或吸收能量：各定態(tài)有一定的能量，其數(shù)值是彼此分隔的。原子的能量不論通過什么方式發(fā)生改變，它只能從一個定態(tài)躍遷到另一個定態(tài)。②原

2、子從一個定態(tài)躍遷到另一個定態(tài)而發(fā)射或吸收輻射時，輻射頻率是一定的。如果用Em和En分別代表有關(guān)兩定態(tài)的能量的話，輻射的頻率ν決定于如下關(guān)系：hν＝|Em－En|（1）式中，普朗克常數(shù)h=6.631034Js為了使原子從低能級向高能級躍遷，可以通過具有一定能量的電子與原子相碰撞進(jìn)行能量交換的辦法來實現(xiàn)。設(shè)初速度為零的電子在電位差為U0的加速電場作用下，獲得能量eU0。當(dāng)具有這種能量的電子與稀薄氬氣的原子發(fā)生碰撞時，就會發(fā)生能量交換。如以E

3、1代表氬原子的基態(tài)能量、E2代表氬原子的第一激發(fā)態(tài)能量，那么當(dāng)氬原子吸收從電子傳遞來的能量恰好為eU0=E2－E1（2）時，氬原子就會從基態(tài)躍遷到第一激發(fā)態(tài)。而且相應(yīng)的電位差稱為氬的第一激發(fā)電位（或稱氬的中肯電位）。測定出這個電位差U0，就可以根據(jù)（2）式求出氬原子的基態(tài)和第一激發(fā)態(tài)之間的能量差了（其他元素氣體原子的第一激發(fā)電位亦可依此法求得）。夫蘭克一赫茲實驗的原理圖如圖一所示。在充氬氣的夫蘭克一赫茲管中，電子由熱陰極發(fā)出，陰極K和第

4、二柵極G2之間的加速電壓UG2K使電子加速。第一柵極對電子加速起緩沖作用，避免加速電壓過高時將陰極損傷。在板極A和第二柵極G2之間加有反向拒斥電壓UG2A。管內(nèi)空間電位分布如圖二所示。當(dāng)電子通過KG2空間進(jìn)入G2A空間時，如果有較大的能量（≥eUG2A），就能沖過反向拒斥電場而到達(dá)板極形成板極電流（即用“拒斥電壓”篩去小能量電子的方法），為微電流計μA表檢出。如果電子在KG2空間與氬原子碰撞，把自37柵極電壓的增加，電子的能量也隨之增加

5、，在與氬原子相碰撞后還留下足夠的能量，可以克服反向拒斥電場而達(dá)到板極A，這時電流又開始上升（bc段）。直到KG2間電壓是二倍氬原子的第一激發(fā)電位時，電子在KG2間又會因二次碰撞而失去能量，因而又會造成第二次板極電流的下降（cd段），同理，凡在UGK2＝nUo（n＝1，2，3……）（3）的地方板極電流IA都會相應(yīng)下跌，形成規(guī)則起伏變化的IA～UG2K曲線。而各次板極電流IA下降相對應(yīng)的陰、柵極電壓差Un1一Un應(yīng)該是氬原子的第一激發(fā)電位U

6、o。.本實驗就是要通過實際測量來證實原子能級的存在，并測出氬原子的第一激發(fā)電位（公認(rèn)值為Uo＝11.61V）。原子處于激發(fā)態(tài)是不穩(wěn)定的。在實驗中被慢電子轟擊到第一激發(fā)態(tài)的原子要跳回基態(tài)，進(jìn)行這種反躍遷時，就應(yīng)該有eUo電子伏特的能量發(fā)射出來。反躍遷時，原子是以放出光量子的形式向外輻射能量。這種光輻射的波長為（4）??chheUo??對于氬原子10815.11106.11000.31063.619834??????????meUhco?【

7、實驗內(nèi)容】【實驗內(nèi)容】1、手動測量氬元素的第一激發(fā)電位（1）按要求連接夫蘭克赫茲管各組工作電源線，檢查無誤后開機(jī)。將實驗儀預(yù)熱20～30分鐘。并確認(rèn)開機(jī)后的初始狀態(tài)(具體內(nèi)容請見自行下載的ZKYFH2夫蘭克赫茲實驗儀實驗指導(dǎo)及操作說明書)。（2）設(shè)置儀器為“手動”工作狀態(tài)，設(shè)定電流量程、設(shè)定電壓源的電壓值（需設(shè)定的電壓源有：燈絲電壓VF、第一加速電壓VG1K、拒斥電壓VG2A）。（3）按下“啟動”鍵，實驗開始。用↓↑，←／→鍵完成VG2

8、K電壓值的調(diào)節(jié)，從0.0V起，按步長1V的電壓值調(diào)節(jié)電壓源VG2K，同步記錄VG2K值和對應(yīng)的IA值，同時仔細(xì)觀察夫蘭克一赫茲管的板極電流值IA的變化（可用示波器觀察）。切記為保證實驗數(shù)據(jù)的唯一性切記為保證實驗數(shù)據(jù)的唯一性VG2K電壓必須從小到大單向調(diào)節(jié)，不可在過程中反復(fù)；記錄完成最后一組數(shù)據(jù)后，立即將電壓必須從小到大單向調(diào)節(jié)，不可在過程中反復(fù)；記錄完成最后一組數(shù)據(jù)后，立即將VG2K電壓快速歸零。電壓快速歸零。2、自動測量氬元素的第一激