弗兰克-赫兹实验程丽讲师博士理学院物理实验教学中心.ppt

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1、弗兰克-赫兹实验程丽讲师博士理学院物理实验教学中心 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望实实 验验 目目 的的 1.1.本本实实验验通通过过对对氩氩原原子子第第一一激激发发电电位位的的测测量量，了了解解弗弗兰兰克克和和赫赫兹兹研研究究原原子子内内部部能能量量量量子子化化的的基基本本思思想想和和方方法；法；2.2.了了解解电电子子与与原原子子碰碰撞撞和和能能量量交交换换过过程程的的微微观观图图像像，以及影响这个过程的主要物理因素以及影响这个过程的主要物理因

2、素玻尔理论建立的三个物理学基础：玻尔理论建立的三个物理学基础：1 1、以实验为基础的原子的核式结构模型；、以实验为基础的原子的核式结构模型；2 2、光谱的实验资料和经验规律；、光谱的实验资料和经验规律；3 3、从黑体辐射的事实发展出来的量子论。、从黑体辐射的事实发展出来的量子论。在这个基础上，玻尔推究原子内部的情况，在原子在这个基础上，玻尔推究原子内部的情况，在原子物理学上跨进了一大步。物理学上跨进了一大步。玻尔提出的原子理论有两个基本假设玻尔提出的原子理论有两个基本假设：(1)(1)原原子子只只能能较较长长久久地地停停留留在在一一些些稳稳定定状状态态，简简称称“定定态态”，原原子子在在这这些

3、些状状态态时时不不发发射射也也不不吸吸收收能能量量，各各定定态态的的能能量量是是彼彼此此分分隔隔的的原原子子的的能能量量不不论论通通过过什什么么方方式式发发生生改改变变，只只能能使使原原子子从从一一个个定定态态跃跃迁迁到到另另一一个个定态；定态；(2)2)原子从一个定态跃迁到另一个定态而发射或吸原子从一个定态跃迁到另一个定态而发射或吸收辐射能量时，辐射的频率是一定的如果用收辐射能量时，辐射的频率是一定的如果用 E Em m 和和 E En n 代表有关二定态的能量，辐射的频率决定于代表有关二定态的能量，辐射的频率决定于如下关系：如下关系：hh=E Em m E En n式中式中h h为普朗克常

4、量为普朗克常量 在玻尔提出原子结构的量子理论后，在玻尔提出原子结构的量子理论后，弗兰克弗兰克(J JFranck)Franck)和赫兹和赫兹(G GHertz)Hertz)在在19141914年在用慢电子轰击稀年在用慢电子轰击稀薄气体原子做原子电离电位测定时，偶然地发现了原薄气体原子做原子电离电位测定时，偶然地发现了原子的激发能态和量子化的吸收现象，并观察到原子由子的激发能态和量子化的吸收现象，并观察到原子由激发态跃迁到基态时辐射出的光谱线，从而直接证明激发态跃迁到基态时辐射出的光谱线，从而直接证明了玻尔原子结构的量子理论，为此他们获得了了玻尔原子结构的量子理论，为此他们获得了19251925

5、年年的诺贝尔物理奖。的诺贝尔物理奖。实实 验验 原原 理理1.1.实实 验验 原原 理理 图图2.2.物物 理理 过过 程程3.3.I I-U UGK GK 曲曲 线线弗兰克弗兰克-赫兹实验装置图赫兹实验装置图I IA A-U UGK GK 曲曲 线线（接触电位差和空间电流对接触电位差和空间电流对I IA A-U UGK GK 曲线存在影响曲线存在影响）b bc cd da a弗兰克弗兰克-赫赫兹管兹管热阴极热阴极K K栅极栅极G2G2板极板极A A栅极栅极G1G1F-HF-H实验装置面板图实验装置面板图电流显示电流显示电压显示电压显示电流档位电流档位切换按钮切换按钮电压选择电压选择按钮按钮电

6、压调节按电压调节按钮钮工作方式按工作方式按钮钮手动增加电手动增加电压压启动按钮启动按钮电源开关电源开关实实 验验 内内 容容 1、联机显示、联机显示a.手手动动测测量量氩氩原原子子的的 曲曲线线，每每变变化化 0.50.5V V测测量量一一个个点点，机机器器采采集集数数据据作作图图，标标出出波波峰峰或或者者波波谷谷值值对对应应的的电电压压值值，利利用用逐逐差差法法计计算算出出氩氩原原子子的的平平均均 第第 一一 激激 发发 电电 位位 ，和和 参参 考考 值值 比较比较 ；b.b.根据不确定度公式计算：根据不确定度公式计算：；c.c.根据公认值计算相对误差：根据公认值计算相对误差：；d.d.根

7、据仪器标签确定：根据仪器标签确定：灯灯丝丝电电源源电电压压、。注注意意 不得超过不得超过8080V V。2 2、联机测试联机测试 根据仪器给定参数在计算机辅助实验系统中的根据仪器给定参数在计算机辅助实验系统中的参数设置的对话框中进行参数设定（电流档位参数设置的对话框中进行参数设定（电流档位I I、灯丝电压灯丝电压V VF F 、V VG1KG1K 、V VG2AG2A ），微机自动调节），微机自动调节V VG2KG2K ，实验过程中每改变，实验过程中每改变V VG2KG2K得电压值，得电压值，F-HF-H管的极板管的极板电流值随之改变。在显示器上会有相应电流值随之改变。在显示器上会有相应I-V

8、I-V曲线曲线绘制。记录曲线对应的波峰电压值于显示器数据绘制。记录曲线对应的波峰电压值于显示器数据检验的表格内，由计算机算出第一激发电压。打检验的表格内，由计算机算出第一激发电压。打印出印出I-VI-V曲线、数据表格及第一激发电压。曲线、数据表格及第一激发电压。注意：注意：1 1、各电压值须按照给定值进行设置；、各电压值须按照给定值进行设置；2 2、U UG2KG2K设定终止值不要超过设定终止值不要超过8080V V。3 3、当、当U UG2KG2K增大到增大到1010伏时，电流仍然没有伏时，电流仍然没有增加的趋势，应立即关闭电源，请老师增加的趋势，应立即关闭电源，请老师帮助检查。帮助检查。4 4、当电压电流变化正常，而显示区无图、当电压电流变化正常，而显示区无图像显示时，请退出计算机辅助实验系统，像显示时，请退出计算机辅助实验系统，重新进入系统开始实验即可。重新进入系统开始实验即可。