大学物理-实验报告-夫兰克-赫兹实验.docx
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1、大学物理-实验报告-夫兰克-赫兹实验成都信息工程学院物理实验报告姓名:专业:班级:学号:实验日期:实验教室:指导老师:【实验名称】夫兰克-赫兹实验【实验目的】1把握夫兰克-赫兹实验的原理和方法,理解该实验的物理构思和设计技巧。2测量氩原子的第一激发电位,证实原子能级的存在。3研究原子能级的量子特性,观察其特殊的伏安特性现象。)【实验仪器】1夫兰克-赫兹实验仪仪器型号ZKY-HZ-2资产编号2示波器编号512【实验原理】一、玻尔提出的原子理论指出:(1原子只能较长久地停留在一些稳定状态简称为定态,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,其数值是相互分隔的。原子的能量无论通过什么方
2、式发生改变,它只能使原子从一个定态跃迁到另一个定态。2当电子从一个轨道跃迁到另一个轨道时,会产生能量的变化。若原子吸收能量,则电子从低能级跃迁到高能级;而当电子从高能级跃迁到低能级时,要发射频率为的光子,且fiEEh-=1式中:普朗克常量秒焦尔?=-SJh341063.63电子的角动量知足nmvrL=量子化条件。原子从低能级向高能级的跃迁,能够通过具有一定能量的电子与原子相碰撞进行能量交换的办法来实现。设初速度为零的电子在电位差为0U的加速电场作用下,获得能量0eU。当具有0eU能量的电子与稀薄气体的原子本实验是氩原子发生碰撞时,就会发生能量交换。假如被碰撞原子获得从电子传递来的能量恰好为12
3、0EEeU-=2式中1E为被碰撞原子的基态能量。2E为被碰撞原子的第一激发态的能量。则被碰撞原子就会从基态跃迁到第一激发态,而相应的电位差0U被称为原子的第一激发电位。测出这个电位差0U,就能够根据2式求出被碰撞原子的基态和第一激发态之间的能量差了。一般情况下,原子在受激状态如第一激发态所处的时间不会太长,就自动回到基态,并以电磁辐射的形式放出以前所获得的能量,其辐射频率或波长由下式确定0eUh=3二、夫兰克-赫兹实验的原理在充氩的夫兰克-赫兹管中,电子由阴极K发出,阴极K和第一栅极1G之间的加速电压KGV1及与第二栅极2G之间的加速电压KGV2使电子加速。在板极A和第二栅极2G之间设置反向拒
4、斥电压AGV2,管内空间电位分布如图一所示:其中:1第一栅极1G和阴极K之间的加速电压KGV1约伏的电压,主要用于消除阴极电子散射的影响。2各电压值大小遵守仪器讲明,否则可能损坏管子。图1夫兰克-赫兹实验原理图&图2夫兰克-赫兹管的IAVGK曲线当灯丝加热时,阴极的外层即发射电子,电子在1G和2G间的电场作用下被加速而获得越来越大的能量。但在起始阶段,由于电压KGV2较低,电子的能量较小,即便在运动经过中,它与原子相碰撞为弹性碰撞也只要微小的能量交换。这样,穿过第二栅极的电子所构成的电流AI随第二栅极电压KGV2的增加而增大见图二oa段。当KGV2到达氩原子的第一激发电位时,电子在第二栅极附近
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