弗兰克赫兹实验.pptx

弗兰克-赫兹实验
弗兰克-赫兹简介
海因里希•鲁道夫•赫兹，德国物理学家，于1888年首先证实了电磁波的存在，并对电磁学有很大贡献，故频率的国际单位制单位“赫兹”以他的名字命名。
弗兰克-赫兹实验简介
原子能级的存在最早是从光谱学的研究中推断出来的。1914年，弗兰克和赫兹采用慢电子和稀薄气体原子碰撞的方法，测得原子吸收或发射的能量是不连续的，从而证明了原子能级的存在，弗兰克和赫兹也由于这一杰出的贡献共同获得了1925年的诺贝尔物理学奖。
实验目的
通过测定（氩）原子的第一激发电位U0，证明玻尔原子能级的存在，了解原子能级的量子化结构。
了解夫兰克－赫兹实验的设计思想和实验方法。
实验原理——玻尔原子模型
玻尔关于原子理论的两个基本假设：
1）定态假设：原子只能较长久地停留在一些定态，原子在定态时不发射也不吸收能量，各定态的能量是不连续的值E1、E2、E3、…。
2）跃迁假设：原子从一个定态E2跃迁到另一个定态E1时，要辐射出一个光子，其频率是一定的，满足：
hυ=E2-E1
实验原理——玻尔原子模型
一般情况下，原子的最外层电子都是处于基态的。
当原子受到外部能量的作用后，其最外层电子就会跃迁到高能级上，变为激发态原子，eU0=E2-E1 。
激发态原子极不稳定，在极短时间内就会重新跃迁回基态，并将其吸收的能量以光子形式释放出去,hυ=E2-E1 。每一种跃迁都会发射出一种波长的光，在光谱中相应的产生一种谱线。
元素
汞（Hg）
钠（Na）
钾（K）
锂（Li）
镁（Mg）
氖（Ne）
氩（Ar）
U0（V）







l（Å）
2537
5890
5896
7664
7699

4571


第一激发电位
eU0=E2-E1
hυ=E2-E1
实验原理——第一激发电位
IA-UG2K曲线
弗兰克－赫兹实验线路原理图
氩原子
UG2K=U1
电子与原子第一次碰撞，将eU0能量传递给原子
UG2K=U2
UG2K=U3
E≤e•VG2A时：电子未能穿越板极A形成电流，栅极电流为零！
E≥e•VG2A时：电子穿越板极A形成电流，且随着VG2K的增大，能够穿越的电子数量越来越多，电流IA增大！
与原子碰撞交出能量的电子数量增多，能量损失后未能穿越板极A，电流减小！
与原子碰撞后剩余能量足以穿越板极A的电子数量增多，电流增大！
实验原理——弗兰克赫兹实验
第一激发电位与电流变化的关系
IA-UG2K曲线
U0
U0
U0
U0
U0
原子第一激发电位等于相邻两个峰电流（或谷电流）对应的电压差。
电流显示
电流显示档位转换
电压显示
电压显示档位转换
电压调节