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1、弗兰克弗兰克- -赫兹实验赫兹实验夫兰克赫兹实验实实 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素夫兰克赫兹实验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
2、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。夫兰克赫兹实验 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
3、式式发发生生改改变变，只只能能使使原原子从一个定态跃迁到另一个定态；子从一个定态跃迁到另一个定态；夫兰克赫兹实验(2)(2)原子从一个定态跃迁到另一个定态而发射或吸收辐射能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量时，辐射的频率是一定的如果用 EmEm 和和 EnEn 代表有关代表有关二定态的能量，辐射的频率决定于如下关系：二定态的能量，辐射的频率决定于如下关系： h = Em - Enh = Em - En式中式中h h为普朗克常量为普朗克常量夫兰克赫兹实验 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 JFra
4、nck)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年年的诺贝尔物理奖。的诺贝尔物理奖。夫兰克赫兹实验实实 验验 原原 理理1. 1. 实实 验验 原原
5、理理 图图2. 2. 物物 理理 过过 程程3. 3. I-UI-UGK GK 曲曲 线线夫兰克赫兹实验弗兰克弗兰克- -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（接触电位差和空间电流对对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G G板极板极A A夫兰克赫兹实验F-HF-H实验装置面板图实验装置面板图夫兰克赫兹实验弗兰克弗兰克- -赫兹管赫兹管电压源电压源热阴极热阴极K K第一栅极第一栅极G1G1第二栅极第二栅极G2G2板极板极
6、A A灯丝电源灯丝电源插孔插孔热阴极热阴极K K插孔插孔夫兰克赫兹实验电流表电流表电压设置区电压设置区电压显示电压显示窗口窗口电压选择按电压选择按钮钮电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夫兰克赫兹实验实实 验验 内内 容容 1. 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0.5V测测量量一一个个点点，选选择择60-80个个数数据据作作图图，标标出出峰峰值值，取取缔缔一一个个峰峰 和和第第六六个个峰峰 ，利利用用 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 比比较。根据仪器标签确定：较。根据仪器
7、标签确定：灯丝电源电压、灯丝电源电压、 、 。注意。注意 不得超过不得超过80V。夫兰克赫兹实验 2. 观察并解释灯丝电压变化对曲线的影响。观察并解释灯丝电压变化对曲线的影响。 a. 在给定电压值下，利用自动测试功能得到在给定电压值下，利用自动测试功能得到 曲线，调节示波器使图形尽可能充满屏幕曲线，调节示波器使图形尽可能充满屏幕。 b. 将灯丝电压在原有基础上降低将灯丝电压在原有基础上降低0.3V，其它其它电压不变，再次利用自动测试得到曲线（要求电压不变，再次利用自动测试得到曲线（要求示波器设置不变）。示波器设置不变）。在同一坐标系绘出两条曲线并进行比较，说明在同一坐标系绘出两条曲线并进行比较，说明发生了怎样的变化并给出理论解释。发生了怎样的变化并给出理论解释。夫兰克赫兹实验注意：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、手动测试完毕后，尽快将手动测试完毕后，尽快将U UG2KG2K减为零。减为零。4 4、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。夫兰克赫兹实验
