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1、夫蘭克赫茲實(shí)驗(yàn)思考題1、伏安特性曲線(xiàn)奇異性來(lái)源,即伏安特性曲線(xiàn)奇異性來(lái)源,即FHFH管內(nèi)到底發(fā)生了什么物理過(guò)程?管內(nèi)到底發(fā)生了什么物理過(guò)程?F—H管是特別的充入特殊氣態(tài)物質(zhì)(如氬)的四極管,它由陰極、第一柵極、第二柵極及板極組成。在F—H管中,電子由熱陰極發(fā)出,陰極K和第二柵極G2之間的加速電壓UG2K使電子加速。第一柵極對(duì)電子加速起緩沖作用,避免加速電壓過(guò)高時(shí)將陰極損傷。在板極P和G2間加反向拒斥電壓UpG2。當(dāng)電子通過(guò)KG2空間,如
2、果具有較大的能量(≥eUpG2)就能沖過(guò)反向拒斥電場(chǎng)而達(dá)到板極形成板流,被微電流計(jì)pA檢測(cè)出來(lái)。如果電子在KG2空間因與原子碰撞,部分能量給了原子,使其激發(fā),本身所剩能量太小,以致通過(guò)柵極后不足以克服拒斥電場(chǎng)而折回,通過(guò)電流計(jì)pA的電流就將顯著減小。實(shí)驗(yàn)時(shí),使柵極電壓UG2K由零逐漸增加,觀測(cè)pA表的板流指示,就會(huì)得出如圖2所示Ip~UG2K關(guān)系曲線(xiàn)。它反映了原子在KG2空間與電子進(jìn)行能量交換的情況。當(dāng)UG2K逐漸增加時(shí),電子在加速過(guò)程
3、中能量也逐漸增大,但電壓在初升階段,大部分電子達(dá)不到激發(fā)原子的動(dòng)能,與原子只是發(fā)生彈性碰撞,基本上不損失能量,于是穿過(guò)柵極到達(dá)板極,形成的板流Ip隨UG2K的增加而增大,如曲線(xiàn)的oa內(nèi)物質(zhì)能吸收的最小能量,不隨FH管測(cè)量條件的變化而變化。玻爾的原子理論指出:①原子只能處于一些不連續(xù)的能量狀態(tài)E1、E2……,處在這些狀態(tài)的原子是穩(wěn)定的,稱(chēng)為定態(tài)。原子的能量不論通過(guò)什么方式發(fā)生改變,只能是使原子從一個(gè)定態(tài)躍遷到另一個(gè)定態(tài);②原子從一個(gè)定態(tài)躍
4、遷到另一個(gè)定態(tài)時(shí),它將發(fā)射或吸收輻射的頻率是一定的。如果用Em和En分別代表原子的兩個(gè)定態(tài)的能量,則發(fā)射或吸收輻射的頻率由以下關(guān)系決定:hv=|Em-En|(1)式中:h為普朗克常量。原子從低能級(jí)向高能級(jí)躍遷,也可以通過(guò)具有一定能量的電子與原子相碰撞進(jìn)行能量交換來(lái)實(shí)現(xiàn)。本實(shí)驗(yàn)即讓電子在真空中與氬蒸氣原子相碰撞。設(shè)氬原子的基態(tài)能量為E1,第一激發(fā)態(tài)的能量為E2,從基態(tài)躍遷到第一激發(fā)態(tài)所需的能量就是E2-E1。初速度為零的電子在電位差為U的
5、加速電場(chǎng)作用下具有能量eU,若eU小于E2-E1這份能量,則電子與氬原子只能發(fā)生彈性碰撞,二者之間幾乎沒(méi)有能量轉(zhuǎn)移。當(dāng)電子的能量eU≥E2-E1時(shí),電子與氬原子就會(huì)發(fā)生非彈性碰撞,氬原子將從電子的能量中吸收相當(dāng)于E2-E1的那一份,使自己從基態(tài)躍遷到第一激發(fā)態(tài),而多余的部分仍留給電子。設(shè)使電子具有E2-E1能量所需加速電場(chǎng)的電位差為U0,則eu0=E2-E1(2)式中:U0為氬原子的第一激發(fā)電位。3、夫蘭克夫蘭克赫茲實(shí)驗(yàn)的歷史(正確的實(shí)
6、驗(yàn),錯(cuò)誤的解釋?zhuān)┖掌潓?shí)驗(yàn)的歷史(正確的實(shí)驗(yàn),錯(cuò)誤的解釋?zhuān)?914年J.夫蘭克和G.L.赫茲用低速電子碰撞原子的方法證實(shí)了原子分立能態(tài)的存在。弗蘭克-赫茲實(shí)驗(yàn)為能級(jí)的存在提供了直接的證據(jù),對(duì)玻爾的原子理論是一個(gè)有力支持。弗蘭克擅長(zhǎng)低壓氣體放電的實(shí)驗(yàn)研究。1913年他和G.赫茲在柏林大學(xué)合作,研究電離電勢(shì)和量子理論的關(guān)系,用的方法是勒納德創(chuàng)造的反向電壓法,由此他們得到了一系列氣體,例如氦、氖、氫和氧的電離電勢(shì)。后來(lái)他們又特地研究了電子和惰性
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