夫蘭克赫茲實(shí)驗(yàn)資料

1、夫蘭克赫茲實(shí)驗(yàn)思考題1、伏安特性曲線奇異性來源，即伏安特性曲線奇異性來源，即FHFH管內(nèi)到底發(fā)生了什么物理過程？管內(nèi)到底發(fā)生了什么物理過程？Ｆ—Ｈ管是特別的充入特殊氣態(tài)物質(zhì)（如氬）的四極管，它由陰極、第一柵極、第二柵極及板極組成。在Ｆ—Ｈ管中，電子由熱陰極發(fā)出，陰極Ｋ和第二柵極Ｇ２之間的加速電壓ＵＧ２Ｋ使電子加速。第一柵極對(duì)電子加速起緩沖作用，避免加速電壓過高時(shí)將陰極損傷。在板極Ｐ和Ｇ２間加反向拒斥電壓ＵｐＧ２。當(dāng)電子通過ＫＧ２空間，如

2、果具有較大的能量（≥ｅＵｐＧ２）就能沖過反向拒斥電場(chǎng)而達(dá)到板極形成板流，被微電流計(jì)ｐＡ檢測(cè)出來。如果電子在ＫＧ２空間因與原子碰撞，部分能量給了原子，使其激發(fā)，本身所剩能量太小，以致通過柵極后不足以克服拒斥電場(chǎng)而折回，通過電流計(jì)ｐＡ的電流就將顯著減小。實(shí)驗(yàn)時(shí)，使柵極電壓ＵＧ２Ｋ由零逐漸增加，觀測(cè)ｐＡ表的板流指示，就會(huì)得出如圖2所示Ｉｐ～ＵＧ２Ｋ關(guān)系曲線。它反映了原子在ＫＧ２空間與電子進(jìn)行能量交換的情況。當(dāng)ＵＧ２Ｋ逐漸增加時(shí)，電子在加速過程

3、中能量也逐漸增大，但電壓在初升階段，大部分電子達(dá)不到激發(fā)原子的動(dòng)能，與原子只是發(fā)生彈性碰撞，基本上不損失能量，于是穿過柵極到達(dá)板極，形成的板流Ｉｐ隨ＵＧ２Ｋ的增加而增大，如曲線的ｏａ內(nèi)物質(zhì)能吸收的最小能量，不隨FH管測(cè)量條件的變化而變化。玻爾的原子理論指出：①原子只能處于一些不連續(xù)的能量狀態(tài)Ｅ１、Ｅ２……，處在這些狀態(tài)的原子是穩(wěn)定的，稱為定態(tài)。原子的能量不論通過什么方式發(fā)生改變，只能是使原子從一個(gè)定態(tài)躍遷到另一個(gè)定態(tài)；②原子從一個(gè)定態(tài)躍

4、遷到另一個(gè)定態(tài)時(shí)，它將發(fā)射或吸收輻射的頻率是一定的。如果用Ｅｍ和Ｅｎ分別代表原子的兩個(gè)定態(tài)的能量，則發(fā)射或吸收輻射的頻率由以下關(guān)系決定：ｈｖ＝｜Ｅｍ－Ｅｎ｜（１）式中：ｈ為普朗克常量。原子從低能級(jí)向高能級(jí)躍遷，也可以通過具有一定能量的電子與原子相碰撞進(jìn)行能量交換來實(shí)現(xiàn)。本實(shí)驗(yàn)即讓電子在真空中與氬蒸氣原子相碰撞。設(shè)氬原子的基態(tài)能量為Ｅ１，第一激發(fā)態(tài)的能量為Ｅ２，從基態(tài)躍遷到第一激發(fā)態(tài)所需的能量就是Ｅ２－Ｅ１。初速度為零的電子在電位差為Ｕ的

5、加速電場(chǎng)作用下具有能量ｅＵ，若ｅＵ小于Ｅ２－Ｅ１這份能量，則電子與氬原子只能發(fā)生彈性碰撞，二者之間幾乎沒有能量轉(zhuǎn)移。當(dāng)電子的能量ｅＵ≥Ｅ２－Ｅ１時(shí)，電子與氬原子就會(huì)發(fā)生非彈性碰撞，氬原子將從電子的能量中吸收相當(dāng)于Ｅ２－Ｅ１的那一份，使自己從基態(tài)躍遷到第一激發(fā)態(tài)，而多余的部分仍留給電子。設(shè)使電子具有Ｅ２－Ｅ１能量所需加速電場(chǎng)的電位差為Ｕ０，則eu0＝Ｅ２－Ｅ１（２）式中：Ｕ０為氬原子的第一激發(fā)電位。3、夫蘭克夫蘭克赫茲實(shí)驗(yàn)的歷史（正確的實(shí)

6、驗(yàn)，錯(cuò)誤的解釋）赫茲實(shí)驗(yàn)的歷史（正確的實(shí)驗(yàn)，錯(cuò)誤的解釋）1914年J.夫蘭克和G.L.赫茲用低速電子碰撞原子的方法證實(shí)了原子分立能態(tài)的存在。弗蘭克－赫茲實(shí)驗(yàn)為能級(jí)的存在提供了直接的證據(jù)，對(duì)玻爾的原子理論是一個(gè)有力支持。弗蘭克擅長(zhǎng)低壓氣體放電的實(shí)驗(yàn)研究。1913年他和G.赫茲在柏林大學(xué)合作，研究電離電勢(shì)和量子理論的關(guān)系，用的方法是勒納德創(chuàng)造的反向電壓法，由此他們得到了一系列氣體，例如氦、氖、氫和氧的電離電勢(shì)。后來他們又特地研究了電子和惰性