1-4夫兰克一一赫兹实验 玻尔根据原子是稳定的原子光谱是线状的实验事实,于1913年提出原子的能量是量 子化的原子模型。1914年,夫兰克和赫兹用慢电子轰击稀薄气体的原子,研究碰撞前后 电子能量的改变情况,以间接了解原子能量的变化,在对结果的分析中,发现了原子量 子化吸收和原子的激发能态,并观察到原子由激发态跃迁到基态时辐射出的光谱线,验证 了原子能级的存在,为玻尔原子模型提供了有利的证明。为此夫兰克和赫兹二人于1925 年获得了诺贝尔物理奖。 、实验目的 1、学习夫兰克和赫兹研究原子内部能量的基本思想和实验设计方法。掌握测量原子 激发电势的实验方法。 2、测量汞原子的第一激发电势,从而验证原子能级的存在。 、实验原理 BK Gil A sb i 0 b/:1-+ Ve2-+-Ve-+o4-+ VGk 图1-4-1F-H实验原理图 1-4-2IA-VGk曲线 图1-4-1为夫兰克一赫兹实验原理图。图中上方为一个专用的充气管,称为F一H 管。管中充有稀薄的汞气体原子。管内有三个电极K、G、A。热阴极K用来发射电子, 栅极G相对于K加有正向可调节电压vGK。从被加热的阴极K发射大量的电子,这些电 子受到GK之间的电场作用,获得能量向栅极G加速运动,GK之间的空间又是电子与原 子相互碰撞的区域。板极A相对于栅极G加有一定的反向VAG,AG之间的阻滞场(称为 拒斥电场)使那些沿电场方向的动能小于eAG的电子不能到达板极A。电流计A用来测 量板流,根据板流的大小就可以确定到达板极的电子数 实验时,使V从零开始逐渐增加,电子的能量就随之增加,在开始阶段因加速电 压低,电子得到的能量小,与汞原子只能发生弹性碰撞,几乎没有能量损失,因而能克 服拒斥电场而达到板极,板流ⅠA将随V。κ的增大而增大。当V。达到原子的第一激发电 势vg,即Vκ=V时,电子与汞原子发生非弹性碰撞,原子吸收了电子的全部动能而 激发;电子因失去动能就不能克服VA而到达板极,ⅠA就明显减小,形成第一个谷点 再增加Vσκ时,电子获得的能量也随之增加,在与原子碰撞后,由于加速电场的作用 还有足够的能量克服拒斥电场作用而达到板极A,因而ⅠA将又随vκ的增加而增大。当1 1-4 夫兰克——赫兹实验 玻尔根据原子是稳定的,原子光谱是线状的实验事实，于 1913 年提出原子的能量是量 子化的原子模型。1914 年，夫兰克和赫兹用慢电子轰击稀薄气体的原子，研究碰撞前后 电子能量的改变情况，以间接了解原子能量的变化，在对结果的分析中，发现了原子量 子化吸收和原子的激发能态,并观察到原子由激发态跃迁到基态时辐射出的光谱线，验证 了原子能级的存在，为玻尔原子模型提供了有利的证明。为此夫兰克和赫兹二人于 1925 年获得了诺贝尔物理奖。 一、实验目的 1、学习夫兰克和赫兹研究原子内部能量的基本思想和实验设计方法。掌握测量原子 激发电势的实验方法。 2、测量汞原子的第一激发电势，从而验证原子能级的存在。 二、实验原理 图 1-4-1 F-H 实验原理图 1-4-2 IA—VGK 曲线 图 1-4-1 为夫兰克—赫兹实验原理图。图中上方为一个专用的充气管，称为Ｆ—Ｈ 管。管中充有稀薄的汞气体原子。管内有三个电极Ｋ、Ｇ、Ａ。热阴极Ｋ用来发射电子， 栅极Ｇ相对于Ｋ加有正向可调节电压ＶＧＫ 。从被加热的阴极Ｋ发射大量的电子，这些电 子受到 GK 之间的电场作用，获得能量向栅极 G 加速运动; GK 之间的空间又是电子与原 子相互碰撞的区域。板极Ａ相对于栅极Ｇ加有一定的反向 VAG，ＡＧ之间的阻滞场(称为 拒斥电场)使那些沿电场方向的动能小于|eVAG |的电子不能到达板极Ａ。电流计Ａ用来测 量板流，根据板流的大小就可以确定到达板极的电子数。 实验时，使ＶＧＫ从零开始逐渐增加，电子的能量就随之增加，在开始阶段因加速电 压低，电子得到的能量小，与汞原子只能发生弹性碰撞，几乎没有能量损失，因而能克 服拒斥电场而达到板极，板流ＩＡ将随ＶＧＫ的增大而增大。当ＶＧＫ达到原子的第一激发电 势Ｖg，即ＶＧＫ＝Ｖg 时，电子与汞原子发生非弹性碰撞，原子吸收了电子的全部动能而 激发；电子因失去动能就不能克服ＶＡＧ而到达板极，ＩＡ就明显减小，形成第一个谷点。 再增加ＶＧＫ时，电子获得的能量也随之增加，在与原子碰撞后，由于加速电场的作用， 还有足够的能量克服拒斥电场作用而达到板极Ａ，因而ＩＡ将又随ＶＧＫ的增加而增大。当