夫兰克——赫兹实验夫兰克——赫兹实验

班级：电科 091

姓名：陆遥学号： 09461120

引言• 1913 年丹麦物理学家玻尔（ N ． Boh

r ）提出并建立了玻尔原子模型理论，认为有原子能级存在。光谱学的研究证明了原子能级的存在，原子光谱中的每根谱线都相应 表示了原子从某一较高能态向另一较低能态跃迁时的辐射。然而，原子能级的存在除了可由光谱研究推得外， 1914 年德国物理学家夫兰克和赫兹用慢电子与稀薄气体原子碰撞的方法，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交换某一定值的能量，观察测量到了 汞的激发电位和电离电位，直接证明了原子内部量子化能级的存在，也证明了原子发生跃迁时吸收和发射能量是完全正确的、不连续的，为早一年玻尔发表的原子结 构理论的假说提供了有力的实验证据。

• 他们因此而分享了 1925 年诺贝尔物理学奖。其实验方法至今仍是探索原子结构的重要手段之一。 玻尔因其原子模型理论获 1922 年诺贝尔物理学奖，而夫兰克与赫兹的实验也于 1925 年获此大奖。夫兰克 -赫兹实验与玻尔原子理论在物理学的发展史中起到了重要的作用。

实验目的

1.用实验的方法测定氩原子第一激发电位，从而证明原子分立态的存在。

2.练习使用微机控制的实验数据采集系统。

实验原理1 原子具有分立的能量 E1 ， E2，到 En，正常状态的原子不辐射也不吸收能量，称为稳定态。当原子内电子受激发从低能级跃迁到高能级时，称原子处于受激状态。

2 原子在能级间跃迁时，从一定态 Em跃迁到另一定态 En，要发射或吸收一定的能量，并且满足普朗克公式： hv=Em-En

（式中 h为普朗克常量 , υ为辐射或吸收电磁波的频率 .）

设氩原子的基态能量为 E0，第一激发态的能量为 E1 ，初速为零的电子在电位差为 V的加速电场作用下，获得能量为 eV ，具有这种能量的电子与氩原子发生碰撞，当电子能量 eV < E1-E0 时，电子与氩原子只能发生弹性碰撞，由于电子质量比氩原子质量小得多，电子能量损失很少。

如果 eV ≥ E1-E0 = ΔE ，则电子与氩原子会产生非弹性碰撞，氩原子从电子中取得能量 ΔE ，而由基态跃迁到第一激发态， ΔE = eVC。相应的电位差 VC即为氖原子的第一激发电位。

电子撞击 P板产生电流 IP

经 VG2K加速

电子与 Ar原子碰撞

加热灯丝阴极产生热电子 减速电压

夫兰克—赫兹实验仪面板

电源开关

UG2输出 IP输出

自动 /手动 快速 /慢速

电压显示选择

IP显示 IP放大选择 电压显示

UF调节

UG1调节

UP调节

UG2调节

实 验 内 容

1. 根据仪器标签确定：灯丝电源电压、 VG1K 、 VG2A 。注意 VG1K 不得超过 82V 。

2. 手动测量氩原子的 IP-VG2K 曲线，每变化 1.0V测量一个点，选择 60-80 个数据作图，标出峰值，取第一个峰 U1 和第六个峰 U6 ，利用 Ug=(U6-U1)/5 计算出氩原子的平均第一激发电位，和参考值 Ug=11.39V 比较。

3. 测量出氩的第一激发电位 U1.

实验数据处理

不确定度

注意事项

1.所有仪器应在接线检查无误后才能开启电源。开关电源时应将调节电位器左旋至零。

2.在调节 VG2和 Vf时注意 VG2和 Vf的变化， VG2和 Vf过大会导致电子管电离，电子管电离后电流回流自发增大直至烧毁。一旦发现 Ip为负值或正值超过 10μA，迅速关机， 5分钟后重新开机。

谢 谢！