夫兰克--赫兹实验原理
弗兰克-赫兹实验理论解释
弗兰克-赫兹实验理论解释弗兰克-赫兹实验理论解释：弗兰克—赫兹实验证明原子内部结构存在分立的定态能级。
这个事实直接证明了汞原子具有玻尔所设想的那种“完全确定的、互相分立的能量状态”，是对玻尔的原子量子化模型的第一个决定性的证据。
使用弹性碰撞和非弹性碰撞的理论，法兰克和赫兹给予了这实验合理的解释。
当电压很低时，被加速的电子只能获得一点点能量。
他们只能与水银原子进行纯弹性碰撞。
这是因为量子力学不允许一个原子吸收任何能量，除非碰撞能量大于将电子跃迁至较高的能量量子态所需的能量。
由于是纯弹性碰撞，系统内的总动能大约不变。
又因为电子的质量超小于水银原子的质量，电子能够紧紧地获取大部分的动能。
增加电压会使电场增加，刚从阴极发射出来的电子，感受到的静电力也会加大。
电子的速度会加快，更有能量地冲向栅极。
所以，更多的电子会冲过栅极，抵达阳极。
因此安培计读到的电流也会单调递增。
水银原子的电子的最低激发能量是 4.9eV。
当加速电压升到4.9 伏特时，每一个移动至栅极的自由电子拥有至少 4.9eV动能（外加电子在那温度的静能）。
自由电子与水银原子可能会发生非弹性碰撞。
自由电子的动能可能被用来使水银原子的束缚电子从一个能量量子态跃迁至另一个能量量子态，从而增加了束缚电子的能极，称这过程为水银原子被激发。
但是，经过这非弹性碰撞，自由电子失去了 4.9eV 动能，它不再能克服栅极与阳极之间负值的电压。
大多数的自由电子会被栅极吸收。
因此，抵达阳极的电流会猛烈地降低。
假设加速电压超过 4.9 伏特，自由电子会在从阴极移动至栅极的路途中，遇到一个非弹性碰撞，失去 4.9 eV，然后继续被加速。
照着这方式，在电压超过 4.9V之后，电流重新单调递增。
当电压在 9.8 伏特时，情况又有改变。
每一个自由电子有足够的能量造成两次非弹性碰撞，失去 9.8eV 。
自由电子又无法抵达阳极。
安培计读到的电流再度会猛烈地降低。
电压每增加4.9 伏特，就会发生一次这种状况，电子累积足够能量(4.9eV 的整数倍)后，造成更多次的非弹性碰撞。
弗兰克赫兹实验原理
弗兰克赫兹实验原理
弗兰克-赫兹实验是由德国物理学家弗兰克和赫兹于1914年进
行的一系列实验，旨在研究气体中的原子能级和电子束的能量损失。
该实验通过在真空管中加入气体，并在管内施加电压，观察电子束在不同电压下的能量损失情况，从而揭示了原子的内部结构和量子力学理论的基本特征。
实验中，弗兰克-赫兹装置由真空管、热阴极、加速电极和收
集电极组成。
当施加一定的电压时，热阴极会发射出高速电子束，这些电子束被加速电极加速，并穿过气体分子，与气体分子发生碰撞。
碰撞过程中，电子束会损失能量，并且在经过一定距离后，电子束的能量足够小，无法再次与气体分子发生碰撞。
此时，收集电极上会出现一个电流峰值，用示波器可以观测到电流的变化。
通过实验，弗兰克和赫兹发现，在一定的电压下，电流会周期性地发生变化。
这是因为在气体分子中，原子的能级是离散的，当电子束的能量刚好等于某个原子的激发能级时，电子束与原子发生共振，从而能量发生最大损失，使得电流达到峰值。
随着电压的进一步增加，电子束的能量继续增加，可以与更多的原子发生共振，电流会再次出现峰值。
因此，实验结果证明了原子的能级是离散的，不连续的，符合量子力学理论的观点。
弗兰克-赫兹实验的结果对后来量子力学的发展起到了重要的
作用。
量子力学的提出对于解释和理解微观粒子的行为具有重要意义，并成为现代物理学的基石之一。
夫兰克赫兹实验原理
夫兰克赫兹实验原理夫兰克-赫兹实验原理。
夫兰克-赫兹实验是由德国物理学家詹姆斯·弗兰克和恩斯特·赫兹于1914年进行的实验，他们通过这一实验首次证实了原子的量子理论。
该实验是对原子结构和能级理论的重要验证，对后来量子力学的发展产生了深远影响。
夫兰克-赫兹实验的原理基于原子的能级结构。
根据量子理论，原子的能级是离散的，即只能取一些特定的数值，而不能取得其它数值。
在实验中，弗兰克和赫兹使用了汞蒸气管，通过加热汞蒸气，使其发射出电子。
这些电子经过加速后，撞击到一个带有正电荷的阳极上。
他们发现，当电子的动能达到一定数值时，会出现电流的急剧下降，这表明电子的动能被吸收，使得电子无法到达阳极，从而无法产生电流。
这一现象可以用量子理论来解释。
根据量子理论，原子的能级是分立的，当电子的动能达到一定数值时，会与原子的能级相匹配，从而被原子吸收。
这就导致了电流的急剧下降。
通过实验测量电子的动能和电流的变化，弗兰克和赫兹成功地验证了量子理论对原子能级的描述。
夫兰克-赫兹实验的原理深化了人们对原子结构的理解，为后来量子力学的发展奠定了基础。
实验结果也证实了玻尔的原子模型，即电子围绕原子核旋转的轨道是分立的，而且电子只能在这些轨道上运动。
这一实验的成功，标志着量子理论在物理学中的确立，为后来的量子力学的发展奠定了基础。
总之，夫兰克-赫兹实验的原理是基于量子理论的，通过实验验证了原子的能级结构是离散的。
这一实验为量子力学的发展奠定了基础，深化了人们对原子结构的理解，对现代物理学产生了深远的影响。
弗兰克赫兹实验报告结论
一、实验概述弗兰克-赫兹实验是由德国物理学家W.弗兰克和G.赫兹于1914年进行的。
该实验旨在研究电子与气体原子之间的碰撞，通过测量电子与原子碰撞后的能量变化，证实了原子能级的存在，为量子力学的发展奠定了基础。
二、实验原理根据量子理论，原子只能处在一系列不连续的能量状态，称为定态。
相应的定态能量称为能级。
原子的能量要发生变化，必须在两个定态之间以跃迁的方式进行。
当基态原子与带一定能量的电子发生碰撞时，可以使原子从基态跃迁到高能态。
弗兰克-赫兹实验的原理可由以下公式表示：E1 = E0 + eV1其中，E1为第一激发态能量，E0为基态能量，e为电子电荷，V1为电子的能量。
三、实验方法1. 实验装置：实验采用了一个真空管，其中充满了低压气体（如氩气或汞气）。
管中设有阴极、栅极和阳极，通过调节电压使电子在电场作用下加速，并与气体原子发生碰撞。
2. 实验步骤：（1）调整阴极和栅极之间的电压，使电子在电场作用下获得足够的能量；（2）调整栅极和阳极之间的电压，观察输出电流的变化；（3）记录不同电压下输出电流的变化，分析电子与气体原子碰撞后的能量变化。
四、实验结果与分析1. 实验结果表明，当电子能量达到一定值时，输出电流出现明显的峰值。
这表明，电子与气体原子发生了有效的碰撞，使原子从基态跃迁到第一激发态。
2. 通过对实验数据的分析，我们可以得到氩原子和汞原子的第一激发电位。
实验结果显示，氩原子的第一激发电位约为4.9V，汞原子的第一激发电位约为13.6V。
3. 实验结果与波尔理论预测的能级结构相吻合，进一步证实了原子能级的存在。
五、结论1. 弗兰克-赫兹实验证实了原子能级的存在，为量子力学的发展奠定了基础。
2. 实验结果与波尔理论预测的能级结构相吻合，进一步证实了量子理论在原子物理领域的正确性。
3. 弗兰克-赫兹实验对于理解原子结构、电子与原子相互作用以及量子力学的发展具有重要的意义。
4. 该实验方法为后续的原子物理和量子力学实验提供了借鉴和参考。
弗兰克赫兹实验原理
弗兰克赫兹实验原理弗兰克-赫兹实验原理。
弗兰克-赫兹实验是由德国物理学家詹姆斯·弗兰克和恩斯特·赫兹于1914年进行的一项重要实验，通过该实验，他们观察到了原子的量子特性，为量子力学的发展做出了重要贡献。
本文将介绍弗兰克-赫兹实验的原理及其重要性。
在弗兰克-赫兹实验中，实验装置主要由真空管、加热丝、阴极、阳极等组成。
实验过程中，通过加热丝使阴极发射出电子，电子经过加速后撞击氩原子，然后通过测量电子的动能和氩原子的电离能来研究原子的结构和性质。
弗兰克-赫兹实验的原理主要包括以下几个方面：首先，加热丝产生电子。
在实验装置中，加热丝受到加热后会发射出电子，这些电子被加速电场加速后形成电子束。
其次，电子束撞击氩原子。
电子束经过加速后会撞击氩原子，这些撞击过程中，电子会失去一部分能量，这部分能量被用来激发氩原子内部的电子。
然后，观察电子的动能变化。
通过改变电子的加速电压，可以观察到电子束的动能发生变化，当电子束的动能等于氩原子的电离能时，会出现电流的突变现象。
最后，测量电子的动能和氩原子的电离能。
通过测量电子的动能和氩原子的电离能，可以得到氩原子内部电子的能级结构，从而揭示原子的量子特性。
弗兰克-赫兹实验的重要性在于，通过该实验，人们首次观察到了原子的量子特性，验证了玻尔提出的原子能级理论，为量子力学的发展奠定了重要基础。
此外，弗兰克-赫兹实验也为后来的原子物理研究提供了重要的实验方法和手段。
总之，弗兰克-赫兹实验是一项具有重要意义的实验，它揭示了原子的量子特性，为量子力学的发展做出了重要贡献。
通过对弗兰克-赫兹实验原理的深入理解，可以更好地认识原子结构和性质，推动原子物理学的发展。
弗兰克赫兹实验报告文库
一、实验背景弗兰克-赫兹实验是由德国物理学家W.弗兰克和G.赫兹于1914年进行的，该实验旨在研究电子在电场作用下的运动规律，并证明原子能级的存在。
实验通过测量电子与原子碰撞时的能量交换，揭示了原子内部结构的量子化特性。
二、实验目的1. 测量氩原子的第一激发电势，证明原子能级的存在；2. 加深对量子化概念的认识；3. 学习电子与原子碰撞微观过程与宏观物理量相结合的实验设计方法。
三、实验原理1. 原子能级理论：根据玻尔理论，原子只能长时间地处于一些稳定的状态，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，其数值是彼此分隔的。
原子的能量只能从一个定态跃迁到另一个定态。
2. 电子与原子碰撞：当电子在电场作用下加速时，会获得动能。
当具有一定能量的电子与原子碰撞时，会发生能量交换。
若电子传递给原子的能量恰好等于原子从一个定态跃迁到另一个定态所需的能量，则原子会被激发。
3. 激发电势：原子从一个定态跃迁到另一个定态所需的能量称为激发电势。
在本实验中，测量氩原子的第一激发电势，即从基态跃迁到第一激发态所需的能量。
四、实验装置1. 夫兰克-赫兹管：由阴极、阳极、栅极和充有氩气的真空管组成。
阴极发射电子，阳极接收电子，栅极控制电子流。
2. 加速电压：通过调节加速电压，使电子在电场作用下获得不同动能。
3. 电流计：测量电子流过夫兰克-赫兹管时的电流。
4. 数据采集系统：用于记录电流与加速电压的关系。
五、实验步骤1. 将夫兰克-赫兹管接入实验电路，调整加速电压，使电子获得不同动能。
2. 测量电子流过夫兰克-赫兹管时的电流，记录数据。
3. 改变加速电压，重复步骤2，得到一系列电流与加速电压的关系曲线。
4. 分析数据，确定氩原子的第一激发电势。
六、实验结果与分析1. 实验结果显示，电流与加速电压的关系曲线呈阶梯状。
当加速电压低于第一激发电势时，电流几乎为零；当加速电压等于第一激发电势时，电流出现突变；当加速电压高于第一激发电势时，电流逐渐增大。
弗兰克赫兹实验揭示电子的运动规律
弗兰克赫兹实验揭示电子的运动规律弗兰克-赫兹实验是由德国物理学家James Franck和Gustav Hertz于1914年发现的一项重要实验，通过该实验，他们揭示了电子在原子中的运动规律，为量子力学的发展做出了重要贡献。
本文将详细介绍弗兰克-赫兹实验的原理、装置和实验结果，以及对电子运动规律的启示。
实验原理弗兰克-赫兹实验的原理是通过在真空中加入高压气体，然后通过一对电极建立电压差，使得电子能够穿过气体。
通过测量电流与电压的关系，可以得到有关电子在气体中的运动规律的信息。
实验装置弗兰克-赫兹实验通常采用一个玻璃管，管内充有气体（通常为汞蒸气），管的两端设有相距一定距离的两个电极。
其中一个电极称为阴极，用于释放电子；另一个电极称为阳极，用于收集电子。
在实验过程中，可以通过改变阳极的位置，来研究电子在不同位置的行为。
实验结果在实验中，当加入适当电压时，会观察到电流的变化。
弗兰克和赫兹发现，当电压较小时，电流随电压的增加而线性增加，这是因为电子受到的阻力较小，能够通过气体较为容易。
当电压进一步增大时，电流突然下降，这是因为电子在经过气体分子碰撞时损失能量，无法再到达阳极。
随着电压继续增加，电流再次上升，但仍然无法恢复到最初的水平。
通过这些电流曲线，可以推断出电子在气体中的运动规律。
电子运动规律的启示弗兰克-赫兹实验的结果表明，电子在原子中的运动不是连续的，而是量子化的。
电子只能在具有特定能量的状态下存在，并且在不同能级之间跃迁。
当电子能量低于某个阈值时，无法克服气体分子的阻力到达阳极，从而导致电流下降。
这一发现支持了波尔的原子模型，并为后来量子力学的发展打下了基础。
结论弗兰克-赫兹实验是揭示电子在原子中运动规律的重要实验之一。
通过观察电流与电压的关系，我们可以了解到电子在气体中的运动方式，并且得出了电子能量量子化的结论。
这一实验的发现为量子力学的发展提供了重要的实验依据，不仅对科学研究有着重要的意义，也为我们深入理解原子结构和电子运动提供了重要的启示。
弗兰克赫兹实验原理简述
弗兰克赫兹实验原理简述
弗兰克-赫兹实验是由德国物理学家弗兰克和赫兹于1914年发
现的一种实验现象。
该实验主要利用了气体分子电离与激发的特性，验证了电子在气体中的离散能级结构。
其原理如下：
在实验中，气体原子与电子束碰撞后，电子将会经历两种情况：碰撞后仅转移能量给原子，或者碰撞后电子会激发或电离原子。
当电子通过一个加速电压与气体原子碰撞时，电子的能量逐渐增加。
当电子能量达到气体原子的第一激发能级时，部分能量会被原子吸收，但电子的能量仍然较大，因此电子不会停止，继续前行。
然后电子会再次碰撞到原子，此时电子剩余的能量可能与原子的第二激发能级相匹配，此时部分能量再次被原子吸收。
此后电子可能会经历多次碰撞并且在每次碰撞中失去能量。
最终，当电子的能量减小到无法激发或电离气体原子时，电子束将不再传输到检测电路中，电流值降为零。
通过测量电压与电流的关系，可以得到一系列的电流峰，每个峰代表了一种特定能量的电子。
根据能量差值和电压的关系，可以推断出气体原子的离散能级结构。
弗兰克-赫兹实验的结果验证了量子力学的基本原理，为后来
的原子和分子物理研究奠定了基础。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
[实验原理]
根据玻尔理论，原子只能较长久地停留在一些稳定状态（即定态），其中每一状态对应于一定的能量值，各定态的能量是分立的，原子只能吸收或辐射相当于两定态间能量差地能量。
如果处于基态的原子要发生状态改变，所具备的能量不能少于原子从基态跃迁到第一激发态时所需要地能量。
夫兰克—赫兹实验是通过具有一定能量的电子与原子碰撞，进行能量交换而实现原子从基态到高能态地跃迁。
电子与原子碰撞过程可以用以下方程表示：
；
其中是电子质量，是原子质量，是电子的碰撞前的速度，是原子的碰撞前的速度，是电子的碰撞后速度，是原子的碰撞后速度，为内能项。
因为，所以电子的动能可以转变为原子的内能。
因为原子的内能是不连续的，所以电子的动能小于原子的第一激发态电位时，原子与电子发生弹性碰撞；当电子的动能大于原子的第一激发态电位时，电子的动能转化为原子的内能，为原子的第一激发电位。
夫兰克—赫兹实验原理如图1所示，充氩气的夫兰克—赫兹管中，电子由热阴极发出，阴极和栅极之间的加速电压使电
子
加速，在板极和栅极之间有减速电压。
当电子通过栅极进入空间时，如果能量大于，就能到达板极形成电流。
电子在空间与氩原子发生了弹性碰撞，电子本身剩余的能量小于，则电子不能到达板极，板极电流将会随着栅极电压的增加而减少。
实验时使逐渐增加，观察板极电流的变化将得到如图2所示的曲线。
随着的增加，电子的能量增加，当电子与氩原子碰撞后仍留下足够的能量，可以克服空间的减速电场而到达板极时，板极电流又开始上升。
如果电子在加速电场得到的能量等于时，电子在空间会因二次非弹性碰撞而失去能量，结果板极电流第二次下降。
在加速电压较高的情况下，电子在运动过程中，将与氩原子发生多次非弹性碰撞，在关系曲线上就表现为多次下降。
对氩来说，曲线上相邻两峰（或谷）之间的之差，即为氩原子的第一激发电位。
这即证明了氩原子能量状态的不连续性。
[实验内容与步骤]
一、示波器演示
1、分别用线将主机正面板上“输出”和“输出”与示波器上的“”和“”相连，将电源线插在主机后面板的插孔内，打开电源开关；
2、把扫描开关调至“自动”档，扫描速度开关调至“快速”，把电流增益波段开关拨至“”；
3、打开示波器的电源开关，并分别将“”、“”电压调节旋钮调至“”和“”，“”工作方式开关按下，“”全部打到“”；
4、分别调节、、电压至主机上部厂商标定数值，将调节至最大，此时可以在示波器上观察到稳定的氩的曲线；
二、手动测量
1、将扫描开关拨至“手动”档，调节至最小，然后逐渐增大其值，寻找值的极大和极小值点，以及相应的值，即找出对应的极值点（，），也即关系曲线中波峰和波谷的位置，相临波峰或波谷的横坐标之差就是氩的第一激发电位；（注：实验记录数据时，电流值为表头示值“”，；实际测量值为：表头示值）
2、每隔记录一组数据，列出表格，然后描画氩的关系曲线图。
（实验中可以在波峰和波谷位置周围多记录几组数据，以提高测量精度）。