弗兰克赫兹实验仪器

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

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

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

实验仪器设备清单

序号 仪器名称 配置 一、产品特点： 1. 整机经不锈钢抛光处理，方便清洁； 2. 搅拌刀和杯体一体化设计，保证密闭无泄漏； 3. 全硅胶密封件，适合高温灭菌，无废弃物，无污染； 4. 转速和定时均可根据需要调节，直观可靠。 5. 采用微型大功率高速电机工作，制备供试液快速，减轻工作强度，检品适用范围大； 6. 独特的综合搅拌刀设计，匀浆均匀，实用性强； 7. 设有安全保护装置，安全可靠； 8. 采用降噪工艺进行静音处理，噪声低。 二、技术参数： 1. 电源：AC 220V/50Hz 2. 功率：65W 3. 转速：1000-20000r/min 4. 定时：10-300s 5. 匀浆杯容量：≤300ml 三、仪器配置： 1.主机一台， 2.配套不锈钢匀浆杯16套。 一、技术特点：独特的外形设计可防止出现不必要的空气湍流，从而将假阳性风险降到最低；超大液晶屏显示，运转状态指示功能，时钟功能；四档直接调速，具有转速记忆功能；可旋转角度排液槽，使用更方便；采用最新型的蠕动泵头，导管直放，装管极为方便；转轮采用四滚轮结构，运行平稳，噪音更低。二、技术参数：工作电源：AC220V/50Hz功率：90W蠕动泵转速：15～240rpm转

1号柜编号 名称 酸性腐蚀品 77001 硝酸 77003 硫酸 77004 硫酸 77011 盐酸 77012 盐酸 77021 甲酸 77026 乙酸 76 76001 草酸 75 75001 过氧化氢 低闪点易燃液体 73005 丙酮 一般有机 72027 煤油 71 汞 甲醛 71042 氨水 3 3009 漏斗架 2083 列管式烘干器 2123 实验用品提蓝 2005 手摇钻孔器 2121 塑料洗瓶 3008 试管架 集气瓶架 250mL 支架 个 台 个 台 个 个 5/校 1/校 2/校 1/校 4/校 25/50人 试剂 毫升 500/校 一般无机(二) 毫升 500/校 试剂 毫升 250/校 氧化剂 试剂，30% 毫升 1500/校 有毒品 试剂 克 100/校 试剂 试剂 工业 试剂 工业 试剂 试剂 毫升 毫升 毫升 毫升 毫升 毫升 毫升 500/校 1000/校 2000/校 1500/校 3000/校 250/校 100/校 规格 型号 功能 单位 配备标准 现有数量 备注

500 1000 1500 1500 1500 0 100

100

1500

0

500

500 2500

1 1 2 1 4 20 20个

2号柜编号

篇一：关于夫兰克-赫兹实验灯丝电压对曲线影响的研究报告

关于夫兰克-赫兹实验灯丝电压对曲线影响的研究报告

【摘要】：夫兰克-赫兹实验是近代物理的实验之一,对物理学有深远影响。本文介绍灯丝电源电压在夫兰克—赫兹实验中对IA-UG2K曲线的影响,得出灯丝电源电压变化时实验曲线的变化规律，分析了原因,并总结出为减小测量误差的改进方法。

【关键词】：夫兰克-赫兹实验，灯丝电压,……曲线

【Abstract】: Frank-Haze experiment is one of the most important experiments in modern physics, and it has great effect on the physics. In this paper, filament voltage affecting the curve shape in Frank-Haze experiment is introduced. The transform regularity of the curve affected by above mentioned factor is presented, and the reason is analy

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弗兰克-赫兹实验中氩管温度对实验曲线的影响

关键词：弗兰克-赫兹实验，温度，第一激发能

摘 要：在弗兰赫兹实验中测氩的第一激发能时，在其他实验参数不变

的情况下，研究温度的变化会对Ip VG2K 曲线产生的影响。

实验原理：

实验的装置如下图所示：

图中：管中充氩蒸气，旁热式热阴极K 发射电子，G1与K之间的电压把电子吸过来，经加速电压加速，这个过程中电子与被测气体原子发

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生碰撞，当电子能量较小时，电子与原子只能发生弹性碰撞，而当电子的能量达到氩蒸气原子的第一激发电位时，电子与原子就会发生非弹性碰撞，电子碰撞后将动能部分或全部传递给氩原子气体，使氩原子跃迁到第一激发态，即电子的动能损失一个第一激发能。这样电子不断被加速、碰撞、再加速……反复进行。栅极与P之间有减速电压，其目的是拦截掉一部分能量较小的电子，若电子因为碰撞损失能量，又没有加速到足够能量，就不能到达P形成电流。

电子在加速过程中与原子发生碰撞前所移动的距离是用电子的平均自由程λ来代替.自由电子在F2H 管G1 和G2 两极(加速部分) 中能量E 与离G1 极距离x 之间的关系.

电学实验仪器和电路的选择

在中学电学实验中，如用伏安法测电阻，测电源的电动势和内阻，测某一用电器的伏安特性曲线，都存在如何选择电学实验仪器，合理地设计电路。如何使学生学会电路设计和顺利进行实验，应从下面几方面考虑。 1、实验仪器的选择

根据中学教学大纲要求，电学仪器的选择主要是：电表、滑动变阻器、电源等仪器。

（1）电表的选择原则是：不使电表受损和尽量减少误差。首先保证流过电流表的电流和加在电压表的电压均不超过使用量程，然后考虑电压表、电流表在使用时，指针有较大偏转（一般取满偏度的2/3左右）。

（2）滑动变阻器选择原则：考虑被测对象要求的电流或电压变化范围，并且方便、节能。注意流过滑动变阻器的电流不超过它的额定值。对高阻值的变阻器，如果滑动头稍有移动，电流、电压变化很大的，不宜采用，应选用阻值小的变阻器。 例1 有一电阻Rx，其阻值大约在40Ω-50Ω之间，需进一步测定其阻值，现有下列器材：

电池组ε（电动势为12V，内阻约0.5Ω） 电压表V（量程0-3-15V，内阻20KΩ） 电流表A1（0-50mA，内阻20Ω） 电流表A2（0-300mA，内阻4Ω）

1

电流表A3（0-1A，内阻0.1Ω）

滑动变阻器R1（0-100Ω，额定电流1