弗兰克-赫兹实验Franck-Hertz experiment
近代物理实验弗兰克-赫兹实验历史背景■卢瑟福原子核结构模型行星绕太阳模型英新新西兰物理学家卢嘉福(E.Rutherford,1871-1937)（核式结构模型）电子发现后，人们认识到电子是原子的组成部分。既然原子是电中性的，那么可以肯定原子中还有带正电的部份。于是描写原子结构的各种模型被提出来了。1911年，卢瑟福用高速飞行的a粒子做炮弹去轰击原子，发现大多数a粒子的偏折角度不大，可是有少数a粒子发生了大角度的散射，有的甚至完全折回去了，说明a粒子一定是碰到了某种质量大而坚硬的东西。他提出了一个原子有核模型，认为原子的中心有一个带正电的核心一一原子核，它集中了原子的全部正电荷和原子的几乎全部质量；电子很轻、很小，它们分布在原子核外的空间里绕核运动，仿佛是一个小太阳系，史称“行星原子模型
弗兰克-赫兹实验 近代物理实验 历史背景 ◼ 卢瑟福原子核结构模型 电子发现后，人们认识到电子是原子的组成部分。既然原子是电中性的，那么可以肯定 原子中还有带正电的部份。于是描写原子结构的各种模型被提出来了。 1911年，卢瑟福用高速飞行的ａ粒子做炮弹去轰击原子，发现大多数ａ粒子的偏折角度 不大，可是有少数ａ粒子发生了大角度的散射，有的甚至完全折回去了，说明ａ粒子一定是 碰到了某种质量大而坚硬的东西。他提出了一个原子有核模型，认为原子的中心有一个带正 电的核心——原子核，它集中了原子的全部正电荷和原子的几乎全部质量；电子很轻、很小， 它们分布在原子核外的空间里绕核运动，仿佛是一个小太阳系，史称“行星原子模型
近代物理实验弗兰克-赫兹实验历史背景同古典理论发生尖锐的矛盾1.按照麦克斯韦电磁理论，绕核运动的电子在做向心加速运动的过程中要以发射电磁波的方式放出能量，原子的能量将逐渐减少，频率也将逐渐改变，因而所发生的光谱将是连续的但事实上原子的光谱是不连续的2.按照麦克斯韦电磁理论，原子自动辐射时，由于能量不断减少，电子运动轨道半径也将逐渐靠近原子核，最后将坠落到原子核上。因此原子应是非常不稳定的，而事实上原子是一个稳定的系统古典理论不适于微观系统，也说明卢瑟福的模型是不完善的！
弗兰克-赫兹实验 近代物理实验 历史背景 ◼ 同古典理论发生尖锐的矛盾 1. 按照麦克斯韦电磁理论，绕核运动的电子在做向心加速运动的过程中要以发射电磁波的 方式放出能量，原子的能量将逐渐减少，频率也将逐渐改变，因而所发生的光谱将是连续的。 但事实上原子的光谱是不连续的。 2. 按照麦克斯韦电磁理论，原子自动辐射时，由于能量不断减少，电子运动轨道半径也将 逐渐靠近原子核，最后将坠落到原子核上。因此原子应是非常不稳定的，而事实上原子是一 个稳定的系统。 古典理论不适于微观系统，也说明卢瑟福的模型是不完善的！
近代物理实验弗兰克-赫兹实验定态假设联迁假设hv=E.-E,EE.历史背景EsEsnE2E玻尔（Bohr）原子理论喷EtE,丹麦物理学家波尔(N,Bohr,1885-1962)1913年玻尔将量子概念用到了卢瑟福的原子模型中，并且将原子结构与光谱联系起来，提出了玻尔原子模型。这个模型基于玻尔关于原子理论的两个基本假设：1：定态假设：原子只能较长久地停留在一些稳定状态（定态），其中每一状态对应一定的能量，其数值是彼此分立的，相应的能量分别为E，，E2，E3，.….2.跃迁假设：原子从一个定态E，跃迁到另一个定态E，时，要发射出一个确定频率的光子，满足：hV=E2-E
弗兰克-赫兹实验 近代物理实验 历史背景 ◼ 玻尔（Bohr）原子理论 1913年玻尔将量子概念用到了卢瑟福的原子模型中，并且将原子结构与光谱联系起来， 提出了玻尔原子模型。这个模型基于玻尔关于原子理论的两个基本假设： 1．定态假设：原子只能较长久地停留在一些稳定状态（定态），其中每一状态对应一定的能 量，其数值是彼此分立的，相应的能量分别为E1，E2，E3，.。 2. 跃迁假设：原子从一个定态E2跃迁到另一个定态E1时，要发射出一个确定频率的光子， 满足：hν=E2－E1
近代物理实验弗兰克-赫兹实验历史背景弗兰克-赫兹实验1914年德国科学家弗兰克（J.Franck）和赫兹（G.Hertz）用慢电子去轰击汞蒸气原子，发现原子吸收能量是不连续，从而证明了原子能级的存在，给玻尔的原子理论提供了直接的实验证据，为量子力学的发展奠定了重要的实验基础。由于这一杰出的贡献他们获得1925年的诺贝尔物理学奖弗兰克G.赫兹(JamesFranck,1882-1964)(GustavHertz,1887-1975)
弗兰克-赫兹实验 近代物理实验 历史背景 ◼ 弗兰克-赫兹实验 1914年德国科学家弗兰克（J.Franck）和赫兹（G.Hertz）用慢电子去轰击 汞蒸气原子，发现原子吸收能量是不连续，从而证明了原子能级的存在，给玻 尔的原子理论提供了直接的实验证据，为量子力学的发展奠定了重要的实验基 础。由于这一杰出的贡献他们获得1925年的诺贝尔物理学奖
近代物理实验弗兰克-赫兹实验实验目的了解弗兰克-赫兹实验的设计思想和实验方法；通过测定（氩）原子的第一激发电位U。，证明玻尔原子能级的存在了解原子能级的量子化结构
弗兰克-赫兹实验 近代物理实验 实验目的 ◼ 了解弗兰克-赫兹实验的设计思想和实验方法； ◼ 通过测定（氩）原子的第一激发电位Uo，证明玻尔原子能级的存在， 了解原子能级的量子化结构
近代物理实验弗兰克-赫兹实验联迁假设实验原理N3Es2■第一激发电位E思考：为了实现原子从低能态向高能态的跃迁，可以通过什么办法来实现？E1.通过吸收光子来实现hV-Em一E，（v是吸收光子的频率）2.通过一定能量的电子与原子发生碰撞0 =mou? =E,-EoeU.2当原子吸收电子能量从基态跃迁到第一激发态时，相应的电位差U.就称为原子的第一激发电位
弗兰克-赫兹实验 近代物理实验 实验原理 ◼ 第一激发电位 思考：为了实现原子从低能态向高能态的跃迁，可以通过什么办法来实现？ 1. 通过吸收光子来实现 hν=Em－En （ν是吸收光子的频率） 2. 通过一定能量的电子与原子发生碰撞 2 0 0 1 0 1 e 2 U m u E E = = − 当原子吸收电子能量从基态跃迁到第一激发态时，相应的电位差U0就称为原子的第一激发电位
近代物理实验弗兰克-赫兹实验电子损失能量阶梯性变化IA实验原理电流阶梯性变化F阴极K?栅极G板极AUGKIA-UGk曲线UGAE损=0()UGK4.9eV(3)UGK>4.9 V弗兰克-赫兹实验原理图E摄=9.8eV=9.8eVIE(4)UGk~9.8
弗兰克-赫兹实验 近代物理实验 实验原理 弗兰克-赫兹实验原理图 IA-UGK 曲线
近代物理实验弗兰克-赫兹实验实验装置改进UFUF改进后A阴极K栅极G板极A阴极控制栅极加速栅极2板极州UGAUG2AUGIKUG2KUGKUG1K第一栅压：抵消K附件电子云形成的负电位影响U-灯丝电压：控制发射电子的强度UG2k扫描电压：提供加速电场，使电子具有足够的能量。UG2A拒斥电压：反向电压，使失去能量电子无法到达板极
弗兰克-赫兹实验 近代物理实验 实验装置改进 改进后 UF灯丝电压：控制发射电子的强度。 UG1K第一栅压：抵消K附件电子云形成的负电位影响。 UG2K扫描电压：提供加速电场，使电子具有足够的能量。UG2A拒斥电压：反向电压，使失去能量电子无法到达板极
近代物理实验弗兰克-赫兹实验实验仪器DH4507B智能型弗兰克-赫实验仪；EDS102E数字示波器HZIHFraeck-HeuaTube(Ar)HZANO-MMR阳ILAMENT
弗兰克-赫兹实验 近代物理实验 实验仪器 ◼ DH4507B智能型弗兰克-赫兹实验仪； ◼ EDS102E数字示波器