夫蘭克赫茲實驗

1、1實驗題目：實驗題目：夫蘭克赫茲實驗【實驗目的】【實驗目的】1、通過實驗測定氬原子等元素的第一激發(fā)電位（即中肯電位）。2、理解原子能級的存在及如何躍遷。【實驗儀器】【實驗儀器】夫蘭克赫茲實驗儀【實驗原理】【實驗原理】玻爾提出的原子理論指出：①原子只能較長地停留在一些穩(wěn)定狀態(tài)（簡稱為定態(tài)）。原子在這些狀態(tài)時，不發(fā)射或吸收能量：各定態(tài)有一定的能量，其數(shù)值是彼此分隔的。原子的能量不論通過什么方式發(fā)生改變，它只能從一個定態(tài)躍遷到另一個定態(tài)。②原

2、子從一個定態(tài)躍遷到另一個定態(tài)而發(fā)射或吸收輻射時，輻射頻率是一定的。如果用Em和En分別代表有關兩定態(tài)的能量的話，輻射的頻率ν決定于如下關系：hν＝|Em－En|（1）式中，普朗克常數(shù)h=6.631034Js為了使原子從低能級向高能級躍遷，可以通過具有一定能量的電子與原子相碰撞進行能量交換的辦法來實現(xiàn)。設初速度為零的電子在電位差為U0的加速電場作用下，獲得能量eU0。當具有這種能量的電子與稀薄氬氣的原子發(fā)生碰撞時，就會發(fā)生能量交換。如以E

3、1代表氬原子的基態(tài)能量、E2代表氬原子的第一激發(fā)態(tài)能量，那么當氬原子吸收從電子傳遞來的能量恰好為eU0=E2－E1（2）時，氬原子就會從基態(tài)躍遷到第一激發(fā)態(tài)。而且相應的電位差稱為氬的第一激發(fā)電位（或稱氬的中肯電位）。測定出這個電位差U0，就可以根據(jù)（2）式求出氬原子的基態(tài)和第一激發(fā)態(tài)之間的能量差了（其他元素氣體原子的第一激發(fā)電位亦可依此法求得）。夫蘭克一赫茲實驗的原理圖如圖一所示。在充氬氣的夫蘭克一赫茲管中，電子由熱陰極發(fā)出，陰極K和第

4、二柵極G2之間的加速電壓UG2K使電子加速。第一柵極對電子加速起緩沖作用，避免加速電壓過高時將陰極損傷。在板極A和第二柵極G2之間加有反向拒斥電壓UG2A。管內(nèi)空間電位分布如圖二所示。當電子通過KG2空間進入G2A空間時，如果有較大的能量（≥eUG2A），就能沖過反向拒斥電場而到達板極形成板極電流（即用“拒斥電壓”篩去小能量電子的方法），為微電流計μA表檢出。如果電子在KG2空間與氬原子碰撞，把自37柵極電壓的增加，電子的能量也隨之增加

5、，在與氬原子相碰撞后還留下足夠的能量，可以克服反向拒斥電場而達到板極A，這時電流又開始上升（bc段）。直到KG2間電壓是二倍氬原子的第一激發(fā)電位時，電子在KG2間又會因二次碰撞而失去能量，因而又會造成第二次板極電流的下降（cd段），同理，凡在UGK2＝nUo（n＝1，2，3……）（3）的地方板極電流IA都會相應下跌，形成規(guī)則起伏變化的IA～UG2K曲線。而各次板極電流IA下降相對應的陰、柵極電壓差Un1一Un應該是氬原子的第一激發(fā)電位U

6、o。.本實驗就是要通過實際測量來證實原子能級的存在，并測出氬原子的第一激發(fā)電位（公認值為Uo＝11.61V）。原子處于激發(fā)態(tài)是不穩(wěn)定的。在實驗中被慢電子轟擊到第一激發(fā)態(tài)的原子要跳回基態(tài)，進行這種反躍遷時，就應該有eUo電子伏特的能量發(fā)射出來。反躍遷時，原子是以放出光量子的形式向外輻射能量。這種光輻射的波長為（4）??chheUo??對于氬原子10815.11106.11000.31063.619834??????????meUhco?【

7、實驗內(nèi)容】【實驗內(nèi)容】1、手動測量氬元素的第一激發(fā)電位（1）按要求連接夫蘭克赫茲管各組工作電源線，檢查無誤后開機。將實驗儀預熱20～30分鐘。并確認開機后的初始狀態(tài)(具體內(nèi)容請見自行下載的ZKYFH2夫蘭克赫茲實驗儀實驗指導及操作說明書)。（2）設置儀器為“手動”工作狀態(tài)，設定電流量程、設定電壓源的電壓值（需設定的電壓源有：燈絲電壓VF、第一加速電壓VG1K、拒斥電壓VG2A）。（3）按下“啟動”鍵，實驗開始。用↓↑，←／→鍵完成VG2

8、K電壓值的調(diào)節(jié)，從0.0V起，按步長1V的電壓值調(diào)節(jié)電壓源VG2K，同步記錄VG2K值和對應的IA值，同時仔細觀察夫蘭克一赫茲管的板極電流值IA的變化（可用示波器觀察）。切記為保證實驗數(shù)據(jù)的唯一性切記為保證實驗數(shù)據(jù)的唯一性VG2K電壓必須從小到大單向調(diào)節(jié)，不可在過程中反復；記錄完成最后一組數(shù)據(jù)后，立即將電壓必須從小到大單向調(diào)節(jié)，不可在過程中反復；記錄完成最后一組數(shù)據(jù)后，立即將VG2K電壓快速歸零。電壓快速歸零。2、自動測量氬元素的第一激