弗蘭克赫茲實(shí)驗(yàn)思考題

1、1、夫蘭克夫蘭克赫茲實(shí)驗(yàn)中，發(fā)生什么過程導(dǎo)致赫茲實(shí)驗(yàn)中，發(fā)生什么過程導(dǎo)致UI曲線？曲線？玻爾原子模型理論指出：1.原子只能處在一些不連續(xù)的穩(wěn)定狀態(tài)（定態(tài)）中，其中每一定態(tài)相應(yīng)于一定的能量Ei(i=123…m…n)。2當(dāng)一個(gè)原子從某定態(tài)Em躍遷到另一定態(tài)En時(shí)，就吸收或輻射一定頻率的電磁波，頻率的大小決定于兩定態(tài)之間的能量差En—Em，并滿足以下關(guān)系：h=En—Em?式中普朗克常數(shù)h=6.631034Js。原子在正常情況下處于基態(tài)，當(dāng)原子

2、吸收電磁波或受到其他有足夠能量的粒子碰撞而交換能量時(shí)，可由基態(tài)躍遷到能量較高的激發(fā)態(tài)。從基態(tài)躍遷到第一激發(fā)態(tài)所需要的能量稱為臨界能量。當(dāng)電子與原子碰撞時(shí)，如果電子能量小于臨界能量，則發(fā)生彈性碰撞，電子碰撞前后能量不變，只改變運(yùn)動(dòng)方向。如果電子動(dòng)能大于臨界能量，則發(fā)生非彈性碰撞，這時(shí)電子可把數(shù)值為△E=En—E1的能量交給原子（En是原子激發(fā)態(tài)能量，E1是基態(tài)能量），其余能量仍由電子保留。如初始能量為零的電子在電位差為U0的加速電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)

3、，則電子可獲得的能量為eU0；如果加速電壓U0恰好使電子能量eU0等于原子的臨界能量，即eU0＝E2—E1，則U0稱為第一激發(fā)電位，或臨界電位。測(cè)出這個(gè)電位差U0，就可求出原子的基態(tài)與第一激發(fā)態(tài)之間的能量差E2—E1。原子處于激發(fā)態(tài)是不穩(wěn)定的。不久就會(huì)自動(dòng)回到基態(tài)，并以電磁輻射的形式放出以前所獲得的能量，其頻率可由關(guān)系式h=eU0求得。在玻爾?發(fā)表原子模型理論的第二年(1914)，夫蘭克(JamesFranck1882—1964)和赫茲

4、(GustavHertz1887—1975)參照勒納德創(chuàng)造反向電壓法，用慢電子與稀薄氣體原子（Hg；He）碰撞，經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)，獲得了圖2的曲線。實(shí)驗(yàn)原理如圖3所示，在充氬的夫蘭克赫茲管中，電子由陰極K發(fā)出，陰極K和第一柵極G1之間的加速電壓及與第二柵極G2之間KGV1的加速電壓使電KGV2隨第二柵極電壓的增加而增大（見圖2ab段）。AIKGV2當(dāng)達(dá)到氬原子的第一激發(fā)電位時(shí)，電子在第二柵極附近與氬原KGV2子相碰撞（此時(shí)產(chǎn)生非彈性碰撞）。

5、電子把從加速電場(chǎng)中獲得的全部能量傳遞給氬原子，使氬原子從基態(tài)激發(fā)到第一激發(fā)態(tài)，而電子本身由于把全部能量傳遞給了氬原子，它即使穿過第二柵極，也不能克服反向拒斥電壓而被折回第二柵極。所以板極電流將顯著減小（如圖2ab段）。AI氬原子在第一激發(fā)態(tài)不穩(wěn)定，會(huì)躍遷回基態(tài)，同時(shí)以光量子形式向外輻射能量。以后隨著第二柵極電壓的增加，電子的能量也隨之增加，KGV2與氬原子相碰撞后還留下足夠的能量，這就可以克服拒斥電壓的作用力而到達(dá)板極A，這時(shí)電流又開始

6、上升（如圖2bc段），直到是2倍KGV2氬原子的第一激發(fā)電位時(shí)，電子在G2與K間又會(huì)因第二次彈性碰撞失去能量，因而雙造成了第二次板極電流的下降（如圖2cd段），這種能AI量轉(zhuǎn)移隨著加速電壓的增加而呈周期性的變化。若以為橫坐標(biāo)，以KGV2板極電流值為縱坐標(biāo)就可以得到譜峰曲線，兩相鄰谷點(diǎn)（或峰尖）間AI的加速電壓差值，即為氬原子的第一激發(fā)電位值。這個(gè)實(shí)驗(yàn)就說明了夫蘭克赫茲管內(nèi)的電子緩慢地與氬原子碰撞，能使原子從低能級(jí)被激發(fā)到高能級(jí)，通過測(cè)量

7、氬的第一激發(fā)電位值（11.5V是一個(gè)定值，即吸收和發(fā)射的能量是完全確定，不連續(xù)的）說明了玻爾原子能級(jí)的存在。2.第一激發(fā)電位的物理含義是什么？有沒有第二激發(fā)電位？第一激發(fā)電位的物理含義是什么？有沒有第二激發(fā)電位？第一激發(fā)電位：如初始能量為零的電子在電位差為U0的加速電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，則電子可獲得的能量為eU0；如果加速電壓U0恰好使電子能量eU0等于原子的臨界能量，即eU0＝E2—E1，則U0稱為第一激發(fā)電位，或臨界電位。第二激發(fā)電位：電子碰

8、撞原子使其從基態(tài)到第二激發(fā)態(tài)所需的最低能量叫第二激發(fā)電位第二激發(fā)電位。怎樣測(cè)第二激發(fā)電位怎樣測(cè)第二激發(fā)電位：加速電壓Ug1k和U2A都是標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)，不能改變，而要測(cè)第二激發(fā)電位需要使電子獲得能量，必須增大Ug1k。3.3.管中還能充什么其它氣體，為什么？管中還能充什么其它氣體，為什么？汞蒸氣或其他稀有氣體。因?yàn)楣菃卧臃肿樱Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，而且在常溫下是液態(tài)，只要改變溫度就能大幅度改變汞原子的密度，同時(shí)還由于汞的原子量大，電子與其原子碰撞時(shí)，