夫蘭克—赫茲實(shí)驗(yàn)論文

1、<p><b>　　夫蘭克—赫茲實(shí)驗(yàn)</b></p><p>　　Cardiff frank - hz experiment</p><p>　　作者姓名：石業(yè)駿（學(xué)號(hào)090102237）</p><p>　　Author's name：Shi Ye Jun （Registration number:090102237）<

2、;/p><p>　　摘要：本實(shí)驗(yàn)從基本實(shí)驗(yàn)入手，測(cè)量了第一激發(fā)態(tài)電位，然后進(jìn)一步分析不同條件下I-U的曲線圖形變化，測(cè)量電離電位。討論其圖形呈現(xiàn)橄欖狀的原因。</p><p>　　Summary: This experiment from basic experiment of measuring the first, and then further analysis time-evolut

3、ion-operator potential under various conditions Ug1g2 curve Ia - graphics changes, measuring ionization potential. Discuss the graphics present olive shape reasons. </p><p>　　關(guān)鍵詞:激發(fā) 夫蘭克—赫茲試驗(yàn)儀 </p><

4、;p>　　Key words : Stimulate Cardiff frank - hz tester</p><p><b>　　引言：</b></p><p>　　1914年夫蘭克（F.Frank）和他的助手赫茲（G.Hertz）在研究氣體放電現(xiàn)象中電子與原子間相互作用時(shí)，在充汞的放電管中發(fā)現(xiàn)：透過(guò)汞蒸氣的電子流隨電子能量呈現(xiàn)周期性變化，間隔為4.9eV，

5、并拍攝到與能量4.9eV相對(duì)應(yīng)的光譜線253.7nm，即采用慢電子與稀薄氣體中原子碰撞的方法，簡(jiǎn)單而巧妙地直接驗(yàn)證了原子能級(jí)的存在，證實(shí)了原子內(nèi)部能量是量子化的，從而為玻爾原子理論提供了有力的證據(jù)。由于此項(xiàng)工作卓越的成就，1925年夫蘭克和赫茲共同獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。</p><p>　　1900年是量子論的誕生之年，它標(biāo)志著物理學(xué)由經(jīng)典物理邁向近代物理。量子論的基本觀念是能量的不連續(xù)性，即能量是量子化的。夫蘭克

6、—赫茲實(shí)驗(yàn)充分證明了原子內(nèi)部能量是量子化的。通過(guò)這一實(shí)驗(yàn)可以了解到原子內(nèi)部能量量子化的情況，學(xué)習(xí)和體驗(yàn)夫蘭克和赫茲研究氣體放電現(xiàn)象中低能電子和原子間相互作用的實(shí)驗(yàn)思想和方法。夫蘭克—赫茲實(shí)驗(yàn)至今仍是探索原子內(nèi)部結(jié)構(gòu)的主要手段之一。</p><p><b>　　Preface:</b></p><p>　　In1914 F.F Cardiff frank (rank)

7、and his assistant Hertz (ertz) in the study G.H gas discharge in electronics and phenomenon of interaction of atoms, mercury in filling of discharge tube found: through mercury steam stream with electronic energy present

8、 cyclical change, the interval to 4.9 eV, and photographed and energy 4.9 eV corresponding spectra of 253.7 nm, i.e. use a slow electronics and rarefied gas in the atomic collision method, simple and direct ably proved t

9、he existence of the atomic e</p><p>　　In 1900 is the birth of the quantum years, it marks the physics by classical physics towards modern physics. The basic ideas of quantum theory is energy of discontinuity

10、, namely the energy is quantization. Cardiff frank - hz experiment fully demonstrated atomic internal energy is quantizing. Through this experiment can learn atomic internal energy of quantizing circumstance, study and e

11、xperience frank and captains of gas discharge phenomenon in Hertz research low-energy electron and interaction </p><p><b>　　【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?lt;/b></p><p>　　1．通過(guò)測(cè)定氬原子的第一激發(fā)電位，證明原子能級(jí)的存在。了解夫蘭克—赫茲是用什

12、么方法直接證明了原子內(nèi)部量子化能級(jí)的存在。</p><p>　　2．分析燈絲電壓、拒斥電壓等因素對(duì)F-H實(shí)驗(yàn)曲線的影響。</p><p>　　3．分析溫度、燈絲電流等對(duì)夫蘭克—赫茲實(shí)驗(yàn)的影響。</p><p><b>　　【實(shí)驗(yàn)儀器】</b></p><p>　　WS-FH-2型智能夫蘭克-赫茲試驗(yàn)儀</p>

13、<p><b>　　【實(shí)驗(yàn)原理】</b></p><p>　　根據(jù)玻爾理論，原子只能處在某一些狀態(tài)，每一狀態(tài)對(duì)應(yīng)一定的能量，其數(shù)值彼此是分立的，原子在能級(jí)間進(jìn)行躍遷時(shí)吸收或發(fā)射確定頻率的光子，當(dāng)原子與一定能量的電子發(fā)生碰撞，可以使原子從低能級(jí)躍遷到高能級(jí)（激發(fā)）。如果是基態(tài)和第一激發(fā)態(tài)之間的躍遷則有：</p><p>　　電子在電場(chǎng)中獲得的動(dòng)能在和原子碰

14、撞時(shí)交給原子，原子從基態(tài)躍遷到第一激發(fā)態(tài)，V1稱為原子第一激發(fā)電勢(shì)（位）。</p><p>　　進(jìn)行F-H實(shí)驗(yàn)通常使用的碰撞管是充汞的，充汞管需要配加熱爐用于改變汞的蒸氣壓。除用充汞的外，還常用充惰性氣體的，如充氖，氬等的碰撞管。而這些碰撞管，溫度對(duì)于氣壓影響不大，并且只需在常溫下就可以進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。其中為燈絲加熱電壓，為正向小電壓，為加速電壓,為減速電壓。</p><p>　　電子由陰極發(fā)出

15、，經(jīng)電場(chǎng)加速趨向陽(yáng)極，只要電子能量達(dá)到能克服減速電場(chǎng)就能穿過(guò)柵極到達(dá)板極形成電流，由于管中充有氣體原子，電子前進(jìn)的途中要與原子發(fā)生碰撞。如果電子能量小于第一激發(fā)能，它們之間的碰撞是彈性的，根據(jù)彈性碰撞前后系統(tǒng)動(dòng)量和動(dòng)能守恒原理不難推得電子損失的能量極小，電子能如期的到達(dá)陽(yáng)極。如果加速到柵極的電子獲得等于或大于的能量，電子與原子將發(fā)生非彈性碰撞，電子把能量傳給氣體原子，要是非彈性碰撞發(fā)生在附近，損失了能量的電子將無(wú)法克服減速場(chǎng)到達(dá)極板。這

16、樣，從陰極發(fā)出的電子隨著從零開始增加，極板上將有電流出現(xiàn)并增加，如果電子能量小于第一激發(fā)能，將出現(xiàn)非彈性碰撞而出現(xiàn)的第一次下降，隨著的增加，電子與原子發(fā)生非彈性碰撞的區(qū)域向陰極移動(dòng)，經(jīng)碰撞損失能量的電子在趨向陽(yáng)極的途中又得到加速，又開始有足夠的能量克服減速電壓而到達(dá)陽(yáng)極，隨著增機(jī)又開始增加，而如果的增加使那些經(jīng)歷過(guò)非彈性碰撞的電子能量又達(dá)到則電子又將與原子發(fā)生非彈性碰撞造成的又一次下降。在較高的情況下，電子在趨向陽(yáng)極的路途中會(huì)與電子發(fā)生

17、多次非彈性碰撞。每當(dāng)造成的最后一次非彈性碰撞區(qū)落在柵極附近就會(huì)使曲線出現(xiàn)下降，隨變大出現(xiàn)如此反復(fù)下跌將出現(xiàn)</p><p><b>　　【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟】</b></p><p>　?、匍_機(jī)預(yù)熱。開機(jī)后，實(shí)驗(yàn)儀器板狀態(tài)應(yīng)有如下顯示：</p><p>　　實(shí)驗(yàn)儀的“10uA”電流檔位指示燈亮，此時(shí)電流量程為10uA；電流顯示值00.00；試驗(yàn)儀“

18、燈絲電壓”檔位指示燈亮，表明此時(shí)修改的電壓為燈絲電壓；電壓顯示值為000.0V；最后一位閃動(dòng)，表明現(xiàn)在的修改為最后一位；“手動(dòng)”綠指示燈亮，表明此時(shí)實(shí)驗(yàn)操作方式為手動(dòng)操作。</p><p>　?、谠O(shè)定各電壓值。每個(gè)夫蘭克—赫茲 實(shí)驗(yàn)管都有燈絲電壓 需要設(shè)定。這些電壓的建議值，標(biāo)注在儀器上蓋板上?？梢哉{(diào)節(jié)。</p><p>　?、墼O(shè)定電流量程。用區(qū)<4>選擇鍵設(shè)定適的電流量程（

19、10 uA 或100 uA）</p><p>　?、茉O(shè)定工作狀態(tài)為“手動(dòng)”狀態(tài)，此時(shí)綠燈亮。 </p><p>　?、轀y(cè)量與記錄數(shù)據(jù)。改變值，夫蘭克—赫茲管的板極電流會(huì)隨之改變，分別將他們記下來(lái)。掃描電壓最高可達(dá)100V，但使用時(shí)，不要超過(guò)80V</p><p>　?、迶?shù)據(jù)記完，作圖和處理</p><p>　　⑦用示波器顯示輸出。<

20、/p><p>　?、喔淖儏?shù)重新測(cè)量。改變溫度、燈絲電壓，重新測(cè)量，就可以研究這些參量對(duì)該試驗(yàn)的影響。</p><p><b>　　【注意事項(xiàng)】</b></p><p>　　1．燈絲電壓不宜放得過(guò)大，一般在2V左右，如電流偏小再適當(dāng)增加。</p><p>　　2．不同的實(shí)驗(yàn)條件，有不同的擊穿值，要防止F-H管擊穿（電流急劇增

21、大），如發(fā)生擊穿應(yīng)立即調(diào)低 以免F-H管受損。</p><p><b>　　【結(jié) 論 】</b></p><p>　　此實(shí)驗(yàn)事實(shí)可以用來(lái)證實(shí)玻爾的原子理論。通過(guò)實(shí)驗(yàn),可以了解夫蘭克和赫茲研究氣體放電現(xiàn)象中低能電子間相互作用的實(shí)驗(yàn)思想和方法,了解電子與原子碰撞的微觀過(guò)程是怎樣與實(shí)驗(yàn)中的宏觀量相聯(lián)系,并可用于研究原子內(nèi)部的能量狀態(tài)與能量交換的微觀過(guò)程.如今已經(jīng)有了許多方法

22、對(duì)影響實(shí)驗(yàn)的因素進(jìn)行改進(jìn)，我們?cè)趯W(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中要多多思考將可能的解決實(shí)驗(yàn)誤差的原因進(jìn)行解決達(dá)到物理學(xué)研究的重要意義！</p><p><b>　　【參考文獻(xiàn)】</b></p><p>　　姚安居，郭宏志等.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教程。北京兵器工業(yè)出版社，1996</p><p>　　李斌，趙維義等夫蘭克—赫茲實(shí)驗(yàn)理論分析[J].佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院報(bào)2003