夫蘭克-赫茲實(shí)驗(yàn)

1、云南大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心云南大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)報(bào)告課程名稱：課程名稱：近代物理實(shí)驗(yàn)近代物理實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目：實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目：夫蘭克夫蘭克赫茲實(shí)驗(yàn)赫茲實(shí)驗(yàn)學(xué)生姓名：學(xué)生姓名：朱江醒朱江醒學(xué)號(hào)：學(xué)號(hào)：2005105014820051050148物理科學(xué)技術(shù)物理科學(xué)技術(shù)學(xué)院學(xué)院物理物理系20052005級(jí)數(shù)理基礎(chǔ)科學(xué)數(shù)理基礎(chǔ)科學(xué)專業(yè)專業(yè)成績成績指導(dǎo)教師：導(dǎo)教師：葛茂茂葛茂茂實(shí)驗(yàn)時(shí)間：實(shí)驗(yàn)時(shí)間：20072007年1212月2日8時(shí)3030分

2、至分至1212時(shí)3030分實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)：實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)：四合院四合院實(shí)驗(yàn)類型：教學(xué)實(shí)驗(yàn)類型：教學(xué)(演示演示□驗(yàn)證驗(yàn)證□綜合綜合□設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)□)□)學(xué)生科研學(xué)生科研□課外開放課外開放□測試測試□其它其它□云南大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心云南大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)報(bào)告2柵極G2而飛向板極P。由于陰極K到柵極G2之間的距離比較大，在適當(dāng)?shù)墓蚬魵鈮合拢@些電子與氣體原子可以發(fā)生多次碰撞。電源在G2與板極P之間形成一個(gè)減速電RU場。在穿越G2的電子中，

3、只有能量大于的電子才能到達(dá)板極P而形成板極電流。ReUPI板極電流用微電流測試儀A測量，其值大小反PI應(yīng)了從陰極達(dá)到板極的電子數(shù)。在保持和不RUGU變的情況下，改變加速電壓的大小，測出相應(yīng)aU的板極電流，將得到如圖2所示的特性PIaPUI~曲線。當(dāng)加速電壓從零開始增大時(shí)，板極電流aU也隨之增大，表示電子動(dòng)能增加，到達(dá)板極的PI電子數(shù)目必隨之增多。這說明電子在飛行途中盡管會(huì)與管內(nèi)的汞原子碰撞，但不損失能量，是彈性碰撞。圖2充汞的FH管的特

4、性曲線aPUI~當(dāng)增大到汞原子的第一激發(fā)電位時(shí)，這時(shí)在柵極G2附近的電子與汞原子發(fā)生aU0U非彈性碰撞，把幾乎全部的能量傳遞給汞原子，使汞原子激發(fā)。這些損失了能量的電子不能穿越減速電場到達(dá)板極，即到達(dá)板極的電子數(shù)目減少，所以開始下降。PI繼續(xù)增大，板極電流又逐漸回升，這說明電子與汞原子碰撞后的剩余能量尚能aUPI使電子穿越減速電場而到達(dá)板極。當(dāng)增大到時(shí)，又轉(zhuǎn)為下降，說明電子與汞原aU02UPI子發(fā)生了第二次非彈性碰撞而失去能量，并且受到

5、減速電場的阻擋而不能達(dá)到板極，電流再度下降。同樣的道理，隨著加速電壓的繼續(xù)增大，電子會(huì)在柵極G2附近發(fā)生第三PIaU次、第四次、…非彈性碰撞，從而引起板極電流的相應(yīng)下跌，形成具有規(guī)則起伏的PI曲線?？梢?，加速電壓凡滿足aPUI~(3))321(0???nnUUa時(shí)，板極電流都會(huì)相應(yīng)下跌，而與相鄰兩板極電流極大值(或極小值)所對應(yīng)的加速電壓PI的差值就是汞原子的第一激發(fā)電位，它的公認(rèn)值為V。0U9.4從特性曲線可見，板極電流并不是突然下降

6、的，有一個(gè)變化過程，這是因aPUI~PI為陰極發(fā)射出來的電子，它們的初始能量不是完全相同的，服從一定的統(tǒng)計(jì)規(guī)律。另外，由于電子與汞原子的碰撞有一定的幾率，在大部分電子與汞原子碰撞而損失能量的時(shí)候，還會(huì)存在一些電子沒有參與碰撞而到達(dá)了板極，所以不會(huì)降到零。PI原子處于激發(fā)態(tài)是不穩(wěn)定的。在上述實(shí)驗(yàn)中，被電子碰撞的汞原子從基態(tài)躍遷到第一激發(fā)態(tài)，吸收了電子伏特的能量；當(dāng)它再跳回基態(tài)時(shí)，就應(yīng)該有電子伏特的能量0eU0eU以電磁輻射形式發(fā)射出來，輻

7、射的頻率由式(2)決定。取，?sJ1063.634????h，，V，算得。紫外光譜儀測ms1000.38??cC1060.119???e9.40?Unm105.22???量確實(shí)觀察到了波長為的紫外譜線。nm7.253??1914年夫蘭克和赫茲所用的是一支充汞的三極管，只有陰極、加速柵極和板極。1920年，他們對實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行了改進(jìn)，使電子在加速區(qū)獲得高于的能量，從而測量出汞eV9.4原子的一系列較高的激發(fā)電位，進(jìn)一步證實(shí)了原子內(nèi)部能量狀態(tài)