原子定态能级的观测实验报告.doc

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实验30 原子定态能级的观测实验报告
【背景资料】
1914 年，夫兰克〔 〕和赫兹〔〕用慢电子和稀薄气体原子碰撞的方法，成功地使原子从低能级激发到高能级；通过测量电子和原子碰撞时传递的能量值，得出了原子发生跃变时吸收和发射的能量是不连续的，而且是完全确定的结论。从而玻尔的量子能态的假设，被夫兰克和赫兹作出了最直接的实验验证。
【实验目的】
，了解弗兰克和赫兹在研究原子内部能级问题时所采用的根本实验方法。
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【实验装备】
弗兰克-赫兹管弗兰克-赫兹试验 WMZK型温度指示控制仪Tektronix TDS3012B数字荧光示波器Keithley 2700数据采集/程控开关/数字多用表
【实验原理】
原子从低能级向高能级跃迁，可以通过具有一定能量的电子与原子相碰撞进展能量交换来实现。设汞原子的基态能量为E，第一激发态的能量为E’，从基态跃迁到第一激发态所需的能量就是E’－E。初速度为零的电子在电位差为U的加速电场作用下具有能量ｅU，假设ｅU小于E’－E，那么电子与汞原子只能发生弹性碰撞，二者之间几乎没有能量转移。当电子的能量ｅU
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≥E’－E时，电子与汞原子就会发生非弹性碰撞，汞原子将从电子的能量中吸收相当于Ｅ’－Ｅ的那一部份，使自己从基态跃迁到第一激发态，而多余的局部仍留给电子。
原子定态能级的观测实验的原理如图1所示，电子由热阴极K发射，阴极K和棚极G之间的加速电压VGK使电子加速，在阳极A与棚极G见加有反向拒斥电压VAG，管内空间电位分布如图2所示。
当电子通过KG空间进入GA空间时，如果能量E≥eVAG，就能冲过反向电场而到达阳极A而形成阳极电流，由微电流计检出。如果电子在KG空间与汞原子碰撞，而使后者激发的话，那么水银蒸汽发出一条明线光谱，同时电子也有可图1F-H实验原理图能剩余能量与缺乏以克制反向电场而被折回到棚极，这时通过微电流计的电流将显著减少。图3所示的曲线就是测得的电子在KG空间与汞原子进展能量传递的情况。该曲线的明显特征是：〔1〕随VGA的增加，板流IA显示出一系列极大值和极小值；〔2〕各极大值〔或极小值〕。
【【实验内容】
F--H外形图示与图5，每个控制部件的作用为：前面板，包括：
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-电源开关接通时，指示灯亮。
-手动调节加速电压，采用多圈电位器，幅度为0~90V以上。
-第二棚极与阳极之间的电压，调节幅度为0~15V。
-第一棚极与阴极之间的电压，幅度为0~5V。
-控制F-H管的灯丝电压，幅度为1~6V。
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