实验3-2 夫兰克-赫兹实验教案.pptxVIP

实验3-2 夫兰克-赫兹实验 ——南开大学近代物理实验 一、实验背景 1914年，德国科学家夫兰克和他的助手赫兹采用慢电子与稀薄气体中原子碰撞的方法，简单而巧妙地直接证实了原子能级的存在，并且实现了对原子的可控激发，为玻尔原子理论提供了有力的证据。1925年，夫兰克和赫兹共同获得了诺贝尔物理学奖。 Frank Hertz 二、实验原理 （一）玻尔理论 1.两条基本假设： (1)定态假设。原子只能处在一些不连续的稳定状态中，每一状态相应于一定的能量值 (2)频率定则。当原子从一个稳定状态过渡到另一个稳定状态时，就吸收或辐射一定频率的电磁波，其频率满足 2、 临界能量：处于正常状态的原子发生状态改变时，电子给予该原子的能量不能少于该原子从正常状态跃迁到第一受激态所需的能量，这个能量称为临界能量。 电子能量临界能量，非弹性碰撞 电子能量临界能量，弹性碰撞 3、原子状态通常在以下两种情况发生改变： （1）电子本身吸收或放出电磁波辐射； （2）原子与其他粒子发生碰撞交换能量。 4、用电子轰击原子以进行能量交换，此时，假设初速度为零的电子在电位差V的加速下具有激发速度 满足 5、实验装置 如图所示，F-H管中封有灯丝F，栅极G1、 G2和板极P。被灯丝F加热的阴极K发出大量的 电子作为慢电子的来源。在加速电压V的作用 下，这些电子穿过汞蒸气朝栅极加速，使电 子获得能量。由于管子阴极到栅极的距离较 大，在适当地汞蒸气下，这些电子与汞原子 有足够的机会发生多次碰撞。栅极G2和板极 P之间加一“拒斥”电位VG2P，能量小于eVG2P 不能到达极板。 5、实验装置 用电流计测量电子流Ip，其值的大小反映了从阴极到达板极的电子数。vg1k的作用是克服阴极附近的“电子云”，使电子能顺利地发射。 如图，作出IP-V曲线。 三、实验装置 四、实验内容 （一）仔细阅读实验室预备的实验说明书，熟悉实验装置，按照电路图连接实验电路。 （二）加热控温部分： 1、将温度计插入炉顶，温度计棒上有一固定夹用来调节炉中的温度。固定夹的位置已调整好，温度计棒直接插入即可。 2、温度计棒尾端有电缆连到“传感器”专用插头上，将此“传感器”插头插入控温仪后面板专用插座上。 3、用电源线夹将加热炉和控温仪连接起来。 4、打开控温仪电源，指示灯亮，旋动仪器右侧的控温旋钮，设置所需的温度。 5、加热炉升温约30分钟，待温控继电器跳变时，表示达到预定的炉温。 （三）其他部分 1、将电源的“Vf”调节电位器、扫描电源部分的“手动调节”电位器都旋到最小（逆时针方向）。扫描选择置“手动”档。微电流放大器量程对充汞管可置10-7或10-8A挡。待炉温达到预定温度后，接通两台仪器的电源。 2、根据所提供的F-H管参考工作数据分别调节好VF、VG1和VG2，预热3-5分钟，Vf一般在2V左右；VG1的调整范围为0-5V，一般工作在2V左右；VG2的调节范围为0-15V，一般工作在2V左右。 3、手动工作方式粗测。缓慢调节“手动调节”电位器，增大加速电压，并注意观察微放大器的指示，电流大小的变化即表明峰谷信号的变化。对充汞管，加速电压达到50-60V时，约有10个峰出现。 4、自动扫描方式粗测。 将“手动调节”电位器旋到零，X-Y函数记录仪先不通电。调节“自动上限”电位器，设定锯齿波加速电压的上限值。 将汞灯管的电位器逆时针旋到最小，此时输出锯齿波加速电压的上限值约为50V.然后将“扫描选择”开关拨到“自动”位置，片刻后，开始输出锯齿波加速电压，从表上可观察到峰谷信号。锯齿波加速电压达到上限值后，会重新回到零，开始新一次的扫描。 在数字电压表和表上观察到正常的自动扫描信号后，可采用X-Y函数记录仪进行记录。记录仪的X输入量程置于5V/cm挡，Y输入量程可按信号的大小来选定，一般可置于0.1V/cm挡。开启记录仪，即可绘出完整的Ip-VG曲线。 五、注意事项 1、连接加热炉和控温仪时应先将连线接到控温仪后面板专用接线柱上，再将插头插入加热炉的插座上，最后将单相电源插入电源插座。 2、在手动测量过程中，若发现电流表大幅度量程过载，应立即将加速电压减小到零，减小灯丝电压，再进行一次全过程测量；若电流指示偏小，则应增大灯丝电压。 3、注意正确连接X-Y函数记录仪，避免损坏仪器。 4、自动扫描实验中，如产生电离击穿，要立即将加速电压