夫蘭克赫茲實驗資料

1、夫蘭克赫茲實驗思考題1、伏安特性曲線奇異性來源，即伏安特性曲線奇異性來源，即FHFH管內到底發(fā)生了什么物理過程？管內到底發(fā)生了什么物理過程？Ｆ—Ｈ管是特別的充入特殊氣態(tài)物質（如氬）的四極管，它由陰極、第一柵極、第二柵極及板極組成。在Ｆ—Ｈ管中，電子由熱陰極發(fā)出，陰極Ｋ和第二柵極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Ｐ和Ｇ２間加反向拒斥電壓ＵｐＧ２。當電子通過ＫＧ２空間，如

2、果具有較大的能量（≥ｅＵｐＧ２）就能沖過反向拒斥電場而達到板極形成板流，被微電流計ｐＡ檢測出來。如果電子在ＫＧ２空間因與原子碰撞，部分能量給了原子，使其激發(fā)，本身所剩能量太小，以致通過柵極后不足以克服拒斥電場而折回，通過電流計ｐＡ的電流就將顯著減小。實驗時，使柵極電壓ＵＧ２Ｋ由零逐漸增加，觀測ｐＡ表的板流指示，就會得出如圖2所示Ｉｐ～ＵＧ２Ｋ關系曲線。它反映了原子在ＫＧ２空間與電子進行能量交換的情況。當ＵＧ２Ｋ逐漸增加時，電子在加速過程

3、中能量也逐漸增大，但電壓在初升階段，大部分電子達不到激發(fā)原子的動能，與原子只是發(fā)生彈性碰撞，基本上不損失能量，于是穿過柵極到達板極，形成的板流Ｉｐ隨ＵＧ２Ｋ的增加而增大，如曲線的ｏａ內物質能吸收的最小能量，不隨FH管測量條件的變化而變化。玻爾的原子理論指出：①原子只能處于一些不連續(xù)的能量狀態(tài)Ｅ１、Ｅ２……，處在這些狀態(tài)的原子是穩(wěn)定的，稱為定態(tài)。原子的能量不論通過什么方式發(fā)生改變，只能是使原子從一個定態(tài)躍遷到另一個定態(tài)；②原子從一個定態(tài)躍

4、遷到另一個定態(tài)時，它將發(fā)射或吸收輻射的頻率是一定的。如果用Ｅｍ和Ｅｎ分別代表原子的兩個定態(tài)的能量，則發(fā)射或吸收輻射的頻率由以下關系決定：ｈｖ＝｜Ｅｍ－Ｅｎ｜（１）式中：ｈ為普朗克常量。原子從低能級向高能級躍遷，也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來實現(xiàn)。本實驗即讓電子在真空中與氬蒸氣原子相碰撞。設氬原子的基態(tài)能量為Ｅ１，第一激發(fā)態(tài)的能量為Ｅ２，從基態(tài)躍遷到第一激發(fā)態(tài)所需的能量就是Ｅ２－Ｅ１。初速度為零的電子在電位差為Ｕ的

5、加速電場作用下具有能量ｅＵ，若ｅＵ小于Ｅ２－Ｅ１這份能量，則電子與氬原子只能發(fā)生彈性碰撞，二者之間幾乎沒有能量轉移。當電子的能量ｅＵ≥Ｅ２－Ｅ１時，電子與氬原子就會發(fā)生非彈性碰撞，氬原子將從電子的能量中吸收相當于Ｅ２－Ｅ１的那一份，使自己從基態(tài)躍遷到第一激發(fā)態(tài)，而多余的部分仍留給電子。設使電子具有Ｅ２－Ｅ１能量所需加速電場的電位差為Ｕ０，則eu0＝Ｅ２－Ｅ１（２）式中：Ｕ０為氬原子的第一激發(fā)電位。3、夫蘭克夫蘭克赫茲實驗的歷史（正確的實

6、驗，錯誤的解釋）赫茲實驗的歷史（正確的實驗，錯誤的解釋）1914年J.夫蘭克和G.L.赫茲用低速電子碰撞原子的方法證實了原子分立能態(tài)的存在。弗蘭克－赫茲實驗為能級的存在提供了直接的證據(jù)，對玻爾的原子理論是一個有力支持。弗蘭克擅長低壓氣體放電的實驗研究。1913年他和G.赫茲在柏林大學合作，研究電離電勢和量子理論的關系，用的方法是勒納德創(chuàng)造的反向電壓法，由此他們得到了一系列氣體，例如氦、氖、氫和氧的電離電勢。后來他們又特地研究了電子和惰性