大学物理实验报告-弗兰克赫兹实验

实验题目：弗兰克赫兹实验

实验器材：F－H实验管、恒温加热电炉、F－H实验装置、示波器。 实验内容：

1．熟悉实验装置，掌握实验条件。

该实验装置由F－H管、恒温加热电炉及F－H实验装置构成，其装置结构如下图所示：

F-V管中有足够的液态汞，保证在使用温度范围内管内汞蒸气总处于饱和状态。一般温度在100 ?C至250 ?C。并且由于Hg对温度的灵敏度高，所以温度要调好，不能让它变化太大。灯丝电压控制着阴极K发射电子的密度和能量分布，其变化直接影响曲线的形状和每个峰的位置，是一个关键的条件。

2．测量Hg的第一激发电位。

1）起动恒温控制器，加热地F-H管，使炉温稳定在157 ?C，并选择合适的灯丝电压，VG1K=2.5V，VG2p=1.5V，Vf=1.3V。

2）改变VG2k的值，并记录下对应的Ip值上（每隔0.2V记录一个数据）。

3）作数据处理，作出对应的Ip-VG2k图，并求出Hg的第一激发电位（用逐差法）。

3．测Ar原子的第一激发电位。

1）调节好相关的数据：Vp=8.36V，VG1=1.62V，VG2k=0~100V，Vf=2.64V；

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弗兰克-赫兹实验

【摘要】弗兰克-赫兹实验通过改变加速电场的电压控制电子的能量，并以电子撞击汞原子。观察通过的电流来判断原子对电子能量吸收了多少。并根据电子能量与通过电流的关系证明原子能级的存在。

【关键词】能级跃迁、第一激发能、平均自由程

【正文】

1．玻尔的原子理论

玻尔从研究氢原子出发，提出关于原子的两个基本假设：

（1）原子的量子化定态。原子只能处在某一些不连续的稳定状态（定态），每一状态对应一定的能量，能量数值是彼此分隔的。原子在这些状态时，不发射也不吸收能量。原子的能量不论通过什么方式改变，它只能使原子从一个定态跃迁到另一个定态。

（2）辐射的频率法则。原子从一个定态跃迁另一个定态而发射或吸收辐射能量时，辐

射的频率是一定的。

当原子与一定能量的电子发生碰撞可以使原子从低能级跃迁到高能级（激发）。如果是

基态和第一激发态之间的跃迁，则有：

2．电子与原子碰撞时的能量转移

电子与原子的相互作用通常有亲和、弹性碰撞与非弹性碰撞几种形式，亲和即指电子进

入原子的作用势区、被原子捕获而形成负离子，但这种现象一般出现在亲和势较大的负性原

子，如氧、氯等，对汞或其他金属、惰性气体等电正性的原子，这种现象一般不会出现。

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物理实验报告

国际软件学院 学院      软件工程国际班专业           20## 年  12月 11日

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惠州学院近代物理实验报告

电子科学  系   09物理2 班                  实验日期 2012 年 11 月 15 日

姓名           学号             同组姓名               指导老师  宋晋湘   

实验名称：弗兰克赫兹实验

实验目的：通过测定亚原子等元素的第一集发典韦，证明原子能级的存在。

实验原理

1、电子和气态汞原子碰撞

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弗兰克-赫兹实验

实验目的：

利用离子流探测法测量汞原子的电离能。

实验原理：

1、汞原子能级

原子是由原子核和核外电子所组成，原子核位于原子的中心，电子沿着以核为中心的各种不同直径的轨道运动；在一定轨道上运动的电子，具有一定的能量，轨道不同，则其能量大小不相同。当电子与原子发生相互作用时，如果电子的能量达到临界能量，便与原子发生非弹性碰撞，电子把能量传递给原子，使原子激发。

汞原子能量最低的状态6¹S₀称为基态，6³P_0，1，2是三重态中能量最低的一组激发态，6¹P₁是单重态中最低激发能级，最高者为电离能级，电离能是10.39eV。

2、离子流探测法

连接电路如图2，将开关置于a位置，电子在K-间加速，在-等势空间内碰撞。板极P对处于负电势，因此电子不能到达板极P，当汞原子发生电离时，板极收到离子流，由此可测得汞原子的电离电压。

我们不能把发生电离时的加速电压作为电离电压，应该扣除一个起始电压，即：

与很多因素有关,例如电子的热初速、由阴极与阳极不同的功函数产生的接触电势差、管内的电位势布等，在实验中应实测它的大小，即在实验曲线中定出特征点（能量已知的点），由它得出V_A0值：

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弗兰克-赫兹实验

一 实验目的

通过测定汞原子的第一激发电位，证明原子能级存在。

二 实验原理

1 激发电势

玻尔的原子能级理论

（1）原子只能长时间的停留在一些稳定的状态，（简称定态）。原子在这些状态时，不发射或吸收能量；各定态有一定的能量，其数值是彼此分隔的。原子的能量不论通过什么方式发生改变，它只能从一个定态跃迁到另一个定态。

（2） 原子从一个定态跃迁到了另一个定态而发射或吸收一定的能量，辐射频率是一定的，满足

       （1）

原子实现能级跃迁的途径之一，就是通过具有一定能量的电子与原子碰撞的方式来实现的。

设初速度为零的电子在电势差为U的加速电场作用下，获得的能量为eU，当具有这种能量的电子与稀薄气体中的原子发生碰撞时，就会发生能量交换，如以E1带表汞原子的基态能量，E2代表汞原子第一激发态的能量，那么当汞原子从电子传递来的能量恰好为

     （2）

时，汞原子就会从基态跃迁到第一激发态。相应的电势差称为汞的第一激发电势（中肯电势）。

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近代物理实验

题目   弗兰克赫兹实验  

            

班级     09物理   

             学号     09072053  

             姓名     张泽民   

指导教师 余云鹏  

弗兰克赫兹实验

实验背景：1914年，德国物理学家夫兰克和赫兹对勒纳用来测量电离电位的实验装置作了改进。他们采取慢电子(几个到几十个电子伏特)与单元素气体原子碰撞的办法，着重观察碰撞后电子发生什么变化(勒纳则观察碰撞后离子流的情况)。通过实验测量，电子和原子碰撞时会交换某一定值的能量，且可以使原子从低能级激发到高能级，独立证明了原子波尔理论的正确性，由此获得了1925年诺贝尔物理学奖。

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弗兰克赫兹实验

一、实验目的

1.       通过测定汞原子的第一激发点位，证明原子能记得存在。

2.       学习测量微电流的方法。

二、实验原理

（一）原子能级

根据玻尔理论，原子只能处在一些不连续的定态中，每一定态相应于一定的能量，常称为能级。受激原子在能级间跃迁时，要吸收或发射一定频率的光子。然而，原子若与具有一定能量的电子发生碰撞，也可使原子从低能级跃迁到高能级。夫兰克－赫兹实验正是利用电子与原子的碰撞实现这种跃迁的。电子在加速电压Ｕ的作用下获得能量，表现为电子的动能，当时，即可实现跃迁。若原子吸收能量。从基态跃迁到第一激发态，则称为第一激发电位或中肯电位。

汞原子基态之上的最低一组能级如右图所示。汞原子基态为由二个6s 电子组成的，较近的激发态为由一个6s 电子和一个6p 的电子构成的单能级和， 和组成的三能级。只有为允许自发跃迁态：,发出波长为253.7nm的紫外光，对应能量为。 和为亚稳态，因的跃迁属于禁戒跃迁，所以通常把态称为汞的第一激发态。

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