弗兰克-赫兹实验李松讲师理学院物理实验教学中心

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实验目的 1.本实验通过对氩原子第一激发电位的测量，了解弗兰克和赫兹研究原子内部能量量子化的基本思想和方法； 2.了解电子与原子碰撞和能量交换过程的微观图像，以及影响这个过程的主要物理因素．

玻尔理论建立的三个物理学基础： 1、以实验为基础的原子的核式结构模型； 2、光谱的实验资料和经验规律； 3、从黑体辐射的事实发展出来的量子论。在这个基础上，玻尔推究原子内部的情况，在原子物理学上跨进了一大步。

玻尔提出的原子理论有两个基本假设： (1)原子只能较长久地停留在一些稳定状态，简称“定态”，原子在这些状态时不发射也不吸收能量，各定态的能量是彼此分隔的．原子的能量不论通过什么方式发生改变，只能使原子从一个定态跃迁到另一个定态；

(2)原子从一个定态跃迁到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．如果用 Em 和 En 代表有关二定态的能量，辐射的频率决定于如下关系： hυ = Em –En 式中h为普朗克常量．

在玻尔提出原子结构的量子理论后， 弗兰克(J．Franck)和赫兹(G．Hertz)在1914年在用慢电子轰击稀薄气体原子做原子电离电位测定时，偶然地发现了原子的激发能态和量子化的吸收现象，并观察到原子由激发态跃迁到基态时辐射出的光谱线，从而直接证明了玻尔原子结构的量子理论，为此他们获得了1925年的诺贝尔物理奖。

实验原理 1. 实验原理图 2. 物理过程 3. I-UGK 曲线

ＵＧ２Ａ c ＵＧ１Ｋ d b ＵＧ２Ｋ板极A 栅极G2 栅极G1 a 热阴极K 弗兰克-赫兹管 IA - UGK 曲线（接触电位差和空间电流对IA - UGK 曲线存在影响）弗兰克-赫兹实验装置图

F-H实验装置面板图

电压显示 电流显示启动按钮工作方式按钮电流档位切换按钮电压选择按钮电源开关电压调节按钮手动增加电压

实验内容 1、联机显示 a.手动测量氩原子的曲线，每变化 0.5V测量一个点，机器采集数据作图，标出波峰或者波谷值对应的电压值，利用逐差法计算出氩原子的平均第一激发电位，和参考值比较； b.根据不确定度公式计算：； c.根据公认值计算相对误差：； d.根据仪器标签确定：灯丝电源电压、、、。注意不得超过80V。

2、联机测试 根据仪器给定参数在计算机辅助实验系统中的参数设置的对话框中进行参数设定（电流档位I、灯丝电压UF、UG1K、UG2A），微机自动调节UG2K，实验过程中每改变UG2K得电压值，F-H管的极板电流值随之改变。在显示器上会有相应I-U曲线绘制。记录曲线对应的波峰电压值于显示器数据检验的表格内，由计算机算出第一激发电压。打印出I-U曲线、数据表格及第一激发电压。

注意： 1、各电压值须按照给定值进行设置； 2、UG2K设定终止值不要超过80V。 3、当UG2K增大到10伏时，电流仍然没有增加的趋势，应立即关闭电源，请老师帮助检查。 4、当电压电流变化正常，而显示区无图像显示时，请退出计算机辅助实验系统，重新进入系统开始实验即可。

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