弗兰克赫兹实验思考题解答

弗兰克—赫兹实验思考题答案

[预习思考题]

1、什么是能级玻尔的能级跃迁理论是如何描述的

答：在玻尔的原子模型中，原子是由原子核和核外电子所组成，原子核位于原子的中心，电子沿着以核为中心的各种不同直径的轨道运动。在一定轨道上运动的电子，具有对应的能量，轨道不同，能量的大小也不相同。这些与轨道相联系、大小不连续的能量构成了能级。

当原子状态改变时，伴随着能量的变化。若原子从低能级Ｅn跃迁到高能级Ｅm，则原子需吸收一定的能量，该能量的大小为△E：

△E＝Ｅm－Ｅn

若电子从高能级Ｅm跃迁到低能级Ｅn，则原子将放出能量△E。

2、为什么I G2A－U G2K曲线上的各谷点电流随U G2K的增大而增大

答：电子与汞原子的碰撞有一定的几率，总会有一些电子逃避了碰

撞，穿过栅极而到达板极。随着U G2K的增大，这些电子的能量增大，因此在I G2A－U G2K曲线上的各谷点电流也随着增大。

[实验后思考题]

1、温度对充汞F－H管的I G2A－U G2K曲线有什么影响

答：当温度过大时，单位体积内的汞原子数增加，电子的平均自由程减小，电子与汞原子的碰撞次数增加，因此，在整个加速过程中，弹性碰撞的总能量损失相应增大，其I G2A电流减小。

２、在I G2A－U G2K曲线上，为什么对

弗兰克—赫兹实验

一、实验的历史背景

1913年丹麦物理学家玻尔（N?Bohr）提出了原子能级的概念并建立了原子模型理论。

玻尔认为，原子内部存在稳定的量子态，电子在量子态之间跃迁时伴随着电磁波的吸收和发射，即有

?E = Em?En （1）

对于外界提供的能量，只有满足原子跃迁到高能级的能级差，原子才吸收并跃迁，否则不吸收。

弗兰克与赫兹认为，用电子束激发原子，如果原子只能处于某些分立的能态，那么实验一定会显示：只有某种能量的电子能引起原子的激发。

1914年德国物理学家弗兰克（J?Franck）和赫兹（G?Hertz）用慢电子穿过汞蒸气的实验，测定了汞原子的第一激发电位，从而证明了原子分立能态的存在。后来他们又观测了实验中被激发的原子回到正常态时所辐射的光，测出的辐射光的频率很好地满足了玻尔理论。弗兰克—赫兹实验的结果为玻尔理论提供了直接证据。

但是他们1914年的实验装置有一缺点：电子的动能难以超过4.9eV，一旦被加速达到4.9eV，就将与汞原子碰撞而失去能量，这样，就无法使汞原子受激发达到更高的能态，以至于只能证实汞原子的4.9eV这一个量子态。

1920年，弗兰克将原先的实

弗兰克赫兹实验

亡灵 311300

【实验目的】

通过测定氩原子等元素的第一激发电位（即中肯电位），证明原子能级的存在。

【仪器用具】

ZKY-FH-2型智能弗兰克-赫兹实验仪、SS-7802型双踪示波器

【实验原理】

玻尔提出的原子理论指出：

（1）原子只能较长就地停留在一些稳定状态（简称为稳态）。原子在这些状态时，不发射或吸收能量：各定态有一定的能量，期数值是彼此分隔的。原子的能量不论通过什么方式发生改变，它只能从一个定态迁到另一个定态。

（2）原子从一个定态跃迁到另一个定态而发射或吸收辐射时，辐射频率是一定的。如果用Em和En分别代表有关两定态的能量的话，辐射的频率?决定于如下关系：

h??Em?En （23-1） 式中，普朗克常量h?6.63?10J?s。

为了使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行能量交换的办法来实现。设初速度为零的电子在电位差为U0的加速电场作

2-2弗兰克—赫兹实验

【实验简介】

1913年丹麦物理学家玻尔在卢瑟福原子核模型的基础上，结合普朗克量子理论，提出了原子能级的概念并建立了原子模型理论，成功地解释了原子的稳定性和原子的线状光谱理论。该理论指出，原子处于稳定状态时不辐射能量，当原子从高能态（能量Em）向低能态（能量En）跃迁时才辐射。辐射能量满足?E = Em?En 对于外界提供的能量，只有满足原子跃迁到高能级的能级差，原子才吸收并跃迁，否则不吸收。

1914年德国物理学家弗兰克和赫兹用慢电子穿过汞蒸气的实验，测定了汞原子的第一激发电位，从而证明了原子分立能态的存在。后来他们又观测了实验中被激发的原子回到正常态时所辐射的光，测出的辐射光的频率很好地满足了玻尔理论。弗兰克—赫兹实验的结果为玻尔理论提供了直接证据。

玻尔因其原子模型理论获1922年诺贝尔物理学奖，而弗兰克与赫兹的实验也于1925年获诺贝尔物理学奖。 【实验目的】

1、测量氩原子的第一激发电位；证实原子能级的存在，加深对原子结构的了解；

2、了解在微观世界中，电子与原子的碰撞和能量交换过程几率及影响因素。

【预习思考题】

1． 2．

【实验仪器】

DH4507智能型弗兰克-赫兹实验仪，示波器

DH4507智能

用霍耳法测螺线管的磁场

[思考题] 一、填空题

1、霍耳效应是由于在磁场是受到力的作用而产生的。霍耳电压的大小与和成正比，霍耳电场方向为的方向。

2、实验公式B＝式中各符号代表的物理意义是：B为；VH为；KH为；I为，又称为。

3、用霍耳效应测量螺线管的磁感应强度，为了减少或消除各种副效应带来的误差，通常采用的方法是改变和中的电流，保持和中的电流，用四次测量霍耳电压的之平均值，做为被测霍耳电压的平均值。

4、如果霍耳元件中的灵敏度KH已知，利用VH＝KH·I·B来测定未知磁场B，在确定的和条件下，实际测出的P、S两端的电压V，不仅包括还应包括。 5、在霍耳元件测磁场中，改变控制电流I的方向时要扳动；改变磁场方向时要扳动，测量霍耳电压，电位差计调RX总不能使检流计光标指零时要扳动，线路没有其它问题。 二、选择题

1、利用霍耳效应测量磁感强度，这种实验方法属于（） A、比较法；B、模拟法；C、转换测量法；D、放大法。

2、霍耳电压的计算公式VH＝KH·I·B要求霍耳元件平面必须与被测磁场垂直，否则测出的VH将（）

A、 变大；B、变小；C、不变；D、不定。

3、在测量霍耳电压中，假定已测过V1（＋I，＋B）后，测V2（－I，＋B）要改变霍耳元件中

部分思考题解答

1、气体的平衡状态有何特征？当气体处于平衡状态时还有分子热运动吗？与力学中所指的平衡有何不同？实际上能不能达到平衡态？

答；系统处于平衡状态时，系统和外界没有能量交换，内部也没有化学变化等任何形式的能量转换，系统的宏观性质不随时间变化。对气体来说，系统状态的宏观参量有确定数值，系统内部不再有扩散、导热、电离或化学反应等宏观物理过程发生。

气体处于平衡态时，组成系统的分子仍在不停地运动着，只不过分子运动的平均效果不随时间变化，表现为宏观上的密度均匀，温度均匀和压强均匀。 与力学中的平衡相比较，这是两个不同的理想概念。力学中的平衡是指系统所受合外力为零的单纯静止或匀速运动问题。而热力学中的平衡态是指系统的宏观性质不随时间变化。但组成系统的分子却不断地处于运动之中，只是与运动有关的统计平均量不随时间改变，所以这是一种热动平衡。

平衡态是对一定条件下的实际情况的概括和抽象。实际上，绝对的完全不受外界条件变化影响的平衡状态并不存在。

2、一金属杆一端置于沸水中，另一端和冰接触，当沸水和冰的温度维持不变时，则金属杆上各点的温度将不随时间而变化。试问金属杆这时是否处于平衡态？为什么？

答：金属杆就是一个热力学系统。根据平衡态的定义，虽然杆上

实验一 燃烧热的测定

1. 在本实验中，哪些是系统？哪些是环境？系统和环境间有无热交换？这些热交换对实验结果有何影响？如何校正？提示：（氧弹中的样品、燃烧丝、棉线和蒸馏水为体系，其它为环境。）盛水桶内部物质及空间为系统，除盛水桶内部物质及空间的热量计其余部分为环境，（实验过程中有热损耗：内桶水温与环境温差过大，内桶盖有缝隙会散热，搅拌时搅拌器摩擦内筒内

壁使热容易向外辐射。）系统和环境之间有热交换，热交换的存在会影响燃烧热测定的准确值，可通过雷诺校正曲线校正

来减小其影响或（降低热损耗的方法：调节内筒水温比外筒水温低0.5-1℃，内桶盖盖严，避免搅拌器摩擦内筒内壁，实验完毕，将

内筒洗净擦干，这样保证内筒表面光亮，从而降低热损耗。）。

2. 固体样品为什么要压成片状？萘和苯甲酸的用量是如何确定的？提示：压成片状有利于样品充分燃烧；萘和苯甲酸的用量太少测定误差较大，量太多不能充分燃烧，可根据氧弹的体积和内部氧的压力确定来样品的最大用量。 3. 试分析样品燃不着、燃不尽的原因有哪些?

提示：压片太紧、燃烧丝陷入药片内会造成燃不着；压片太松、氧气不足会造成燃不尽。 4. 试分析测量中影响实验结果的主要因素有哪些? 本实验成功的关键因素是什么?

提示：能

弗兰克-赫兹实验

一．实验目的

测量F-H管传统情况下加速电压与板极电流的关系曲线。 二．实验原理 1.激发电势

(1)玻尔的原子理论

原子只能较长地停留在定态，原子在这些状态时，不发射也不吸收能量。各定态有一定的能量，其数值是彼此分割的。原子的能量不论通过什么方式发生改变，它只能从一个定态跃迁到另一个定态。

原子从一个定态跃迁到另一个定态而发射或吸收辐射时，辐射频率是一定的，如果用

Em和En分别表示有关两定态的能量，辐射的频率?决定如下关系：

h??Em?En

式中，h为普朗克常量，为了使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行能量交换的办法来实现。

（2）设初速度为零的电子在电势差为U0的加速电场作用下，获得能量

eU0，当具有这种能量的汞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E1代表汞原子的基态能量，E2代表汞原子的第一激发态能量，那么当汞原子吸收从电子传递来的能量恰为

eU0?E2?E1 （1）

汞原子就会从基态跃迁到第一激发态，相应的电势差称为汞的第一激发电势。测定出这个电势差U0，就可以根据公式（1）求出汞原子的基态和第一激发态之

2 误差及分析数据的统计处理

2．下列情况分别引起什么误差？如果是系统误差，应如何消除？ （1）砝码被腐蚀； （2）天平两臂不等长； （3）容量瓶和吸管不配套； （4）重量分析中杂质被共沉淀； （5）天平称量时最后一位读数估计不准；

（6）以含量为99%的邻苯二甲酸氢钾作基准物标定碱溶液；

答：（1）引起系统误差，消除方法是更换砝码或进行砝码校正，使用校正值。 （2）引起系统误差，建议使用质量合格的天平或使用校正值。

（3）引起系统误差，应该作容量瓶和吸管的相对校正，在容量瓶上作标记，吸管和容量瓶配对使用。 （4）系统误差，应另选方法。 （5）随机误差。

（6）系统误差，应该使用合格的基准物进行标定或提纯。 4．如何减少随机误差？如何减少系统误差？

答：随机误差难以找到具体形成原因，难以测量它的确切数值。在实验中尽量按操作规程操作，保持实验条件一致，可减小随机误差。

减少系统误差的方法：尽量选用标准方法避免方法误差；对仪器、试剂进行校正或提纯，或使用高一级纯度的试剂；各操作步骤要求规范。

5．某铁矿石中含铁39.16 %，若甲分析得结果为39.12 %，39.15 %和39.18%，乙分析得39.19 %，39.24 %和39.28 %。

九下历史思考题解答

第一课：《俄国向何处去》

1、P4想一想：十月革命在人类历史发展进程中有什么影响？

——十月革命是人类历史上一个划时代的事件，它建立了世界上第一个社会主义国家，它的胜利开辟了人类由资本主义向社会主义、共产主义过渡的新时代。十月革命的胜利不仅激励着各国无产阶级的斗争，而且鼓舞着被压迫人民、被压迫民族的民族解放斗争。十月革命使人类进入探索社会主义发展道路的新时期。 2、P4说一说：举出列宁在探索社会主义道路方面坚持实事求是原则的例子。 ——提出依靠科学技术和专家建设社会主义，苏维埃国家要充分利用西欧资本主义国家的科学技术成就和大生产管理经验等主张，以及“战时共产主义”政策向新经济政策的转变等。

3、P6材料阅读：说一说，以粮食税代替余粮收集制为什么能调动农民的积极性？ ——粮食税的税额比余粮收集制大为减少。农民缴纳粮食税后，剩余的粮食等农产品可以到市场交换物品，明显改善了生活水平。

4、P6自我测评：人们认为十月革命是“震撼世界”的历史事件，请谈谈你的看法。（答案同P4想一想答案。）

第二课：苏联的崛起

1、P9议一议：斯大林模式有何利弊？

——斯大林模式创立时是和当时苏联社会生产力的发展水平相适应的，在苏联迅速赶上和超过了西