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1、夫兰克夫兰克赫兹实验赫兹实验【实验目的实验目的】1、 了解玻尔的原子模型理论了解玻尔的原子模型理论2、 用实验方法测定氩原子能级的存在。用实验方法测定氩原子能级的存在。【实验原理实验原理】玻尔提出的原子理论指出：玻尔提出的原子理论指出：（1）原子只能较长时间的停留在一些稳定状态（简称为原子只能较长时间的停留在一些稳定状态（简称为能级）能级） 。原子处在这些能级时，不发射或吸收能量；。原子处在这些能级时，不发射或吸收能量；原子在个能级时有确定的能量，其数值是彼此分隔原子在个能级时有确定的能量，其数值是彼此分隔的，原子的能量不论通过什么方式发生改变，它只的，原子的能量不论通过什么方式发生改变，它只
2、能从一个能级跃迁到另一个能级。能从一个能级跃迁到另一个能级。（2）原子从一个能级跃迁到另一个能级而发射或吸收辐原子从一个能级跃迁到另一个能级而发射或吸收辐射时，辐射频率是一定的。如果用射时，辐射频率是一定的。如果用 Em 和和 En 代表代表有关两能级的能量的话，辐射的频率有关两能级的能量的话，辐射的频率 由如下关系由如下关系确定：确定： 其中其中 h 为普朗克常数，其公认值为普朗克常数，其公认值nmEEh为：为：SJh341063. 6为了使原子从低能级向高能级跃迁，可以通过让具有一为了使原子从低能级向高能级跃迁，可以通过让具有一定能量的电子与原子相碰撞进行能量交换的办法来实现。定能量的电子
3、与原子相碰撞进行能量交换的办法来实现。设初速度为设初速度为 0 的电子在电势差为的电子在电势差为 U0 的加速电场作用下，获的加速电场作用下，获得能量得能量 eU0,当具有这种能量的电子与稀薄气体的原子发生当具有这种能量的电子与稀薄气体的原子发生碰撞时，就会发生能量交换。如以碰撞时，就会发生能量交换。如以 E1 代表气体原子的基态代表气体原子的基态能量，能量，E2 代表原子的第一激发态能量，那么当该气体原子代表原子的第一激发态能量，那么当该气体原子接受从电子传递来的能量恰好为：接受从电子传递来的能量恰好为：时，气体原子时，气体原子120EEeU就会从基态跃迁到第一激发态。而相应的电势差就会从基
4、态跃迁到第一激发态。而相应的电势差 U0 称为该称为该气体元素的第一激发电势（或称中肯电势）气体元素的第一激发电势（或称中肯电势） 。测定出这个电。测定出这个电势差势差 U0,就可以根据式（就可以根据式（2）求出基态和第一激发态之间的）求出基态和第一激发态之间的能量差了。能量差了。夫兰克夫兰克赫兹管的构造原理如图赫兹管的构造原理如图 1 所示：所示：表一：几种元素的第一激发电势表一：几种元素的第一激发电势元素元素钠钠 （Na）钾钾 （Ka）锂锂 （Li）镁镁 （Mg）汞汞 （Hg）氦氦 (He)氖氖 （Ne）氩氩 （Ar） U0/V2.121.631.842.714.921.216.812.5
5、【实验数据处理实验数据处理】1、 气体原子第一激发电势测量结果：气体原子第一激发电势测量结果：第一激发电势测量第一激发电势测量 测试条件：测试条件：Vf= V:VG1= V;VP= V序号序号12345678被测被测量量峰峰值值谷谷值值峰峰值值谷谷值值峰峰值值谷谷值值峰峰值值谷谷值值峰峰值值谷谷值值峰峰值值谷谷值值峰峰值值谷谷值值峰峰值值谷谷值值VG2/VIp/nA根据上面表格中的测量数据，用描点作图法画出根据上面表格中的测量数据，用描点作图法画出 IP-VG2的曲线：的曲线：用逐差法计算待测气体的第一激发电势用逐差法计算待测气体的第一激发电势 U0:峰值电压的平均间距：峰值电压的平均间距：U0 峰峰=44U-UU-UU-UU-(48372615）（）（）（）峰峰峰峰峰峰峰峰U谷值电压的平均间距：谷值电压的平均间距：U0 谷谷=44U-UU-UU-UU-(48372615）（）（）（）谷谷谷谷谷谷谷谷U测量结果：气体原子的第一激发电势测量结果：气体原子的第一激发电势2UUU00 0）（谷峰根据表一，该待测气体元素为：根据表一，该待测气体元素为：
