本實驗裝置能否測氬原子第二激發電位為什麼

⑴ 夫蘭克赫茲實驗燈絲電壓對I(A)-U(G2K)圖像的影響

夫蘭克-赫茲實驗【實驗目的】本實驗通過對氬原子第一激發電位的測量，了解夫蘭克和赫茲在研究原子內部能量問題時所採用的基本實驗方法；了解電子與氬原子碰撞和能量交換過程的微觀圖象和影響這個過程的主要物理因素，進一步理解玻爾理論；學慣用計算機採集和處理數據。【實驗原理】根據玻爾的原子理論，原子只能處於一系列不連續的穩定狀態之中，其中每一種狀態相應於一定的能量值Ei(i=1,2,3‥)，這些能量值稱為能級。最低能級所對應的狀態稱為基態，其它高能級所對應的態稱為激發態，如圖1所示。當原子從一個穩定狀態過渡到另一個穩定狀態時就會吸收或輻射一定頻率的電磁波，頻率大小決定於原子所處兩定態能級間的能量差，並滿足普朗克頻率選擇定則：（為普朗克常數）本實驗是通過具有一定能量的電子與原子碰撞，進行能量交換而實現原子從基態到高能態的躍遷。 本實驗採用充氬的夫蘭克-赫茲管，基本結構見圖2。電子由陰極發出，陰極和第一柵極之間的加速電壓及與第二柵極之間的加速電壓使電子加速。在板極和第二柵極之間可設置減速電壓，注意：第一柵極和陰極之間的加速電壓約1.5伏的電壓，用於消除陰極電子散射的影響。設氬原子的基態能量為，第一激發態的能量為，初速為零的電子在電位差為的加速電場作用下，獲得能量為，具有這種能量的電子與氬原子發生碰撞，當電子能量時，電子與氬原子只能發生彈性碰撞，由於電子質量比氬原子質量小得多，電子能量損失很少。如果，則電子與氬原子會產生非彈性碰撞，氬原子從電子中取得能量ΔE，而由基態躍遷到第一激發態，。相應的電位差即為氖原子的第一激發電位。在實驗中，逐漸增加，由電流計讀出板極電流，得到如圖3所示的變化曲線。【現象解釋】1、夫蘭克-赫茲實驗中曲線的解釋如果我們先不考慮陰極K發射的熱電子具有一定的初始能量分布，則：當加速電壓時，電子在、空間被加速而獲得的能量很低，穿過柵極的電子不能克服拒斥電壓到達板極，因而（如圖3的0o段）。當時，電子在、空間與氬原子將發生彈性碰撞，碰撞後電子只改變運動方向而無能量損失。因而能夠穿過柵極到達板極，且板極電流隨著的增大而增大（如圖3所示oa段）。當時，電子在柵極附近與氬原子將發生非彈性碰撞，碰撞後電子能量損失耗盡，全部交給氬原子，使氬原子最外層電子躍遷到第一激發態。這些電子因損失能量不能克服拒斥電壓，故板極電流將開始減小（如圖3所示a處）。當時，在接近柵極但未到柵極處，電子已經獲得了的能量，若跟氬原子碰撞將發生非彈性碰撞，電子交出能量使氬原子發生第一激發態的躍遷。碰撞後電子在到達柵極前還要加速一段，獲得的動能。此時電子能量不能克服，不會到達極板，且由於的增加，與氬原子發生碰撞的電子會越來越多，故電流將會繼續減小（如圖所示3所示ab段）。當時，電子再次加速獲得的能量，此時電子有足夠的動能可以克服拒斥電壓到達陽極，隨著的增加，與氬原子發生碰撞後，到達陽極板的電子會越來越多，故電流將會隨著再次增加（如圖3所示bc段）。當時，在、空間的中部電子已經獲得了的能量，此時若跟氬原子碰撞，電子將交出能量使氬原子躍遷。碰撞後，電子加速到柵極時再次獲得了的能量，這時若跟另外一個氬原子碰撞，電子將再次交出能量使這一個氬原子從基態躍遷到第一激發態。經過兩次碰撞後電子損失能量不能克服拒斥電壓，板極電流開始減小（如圖3所示c處）。再往後重復以上過程。由此可見：（1）、凡當，即加速電壓等於氬原子第一激發電位的整數倍時，板流都會相應下跌，形成規則起伏的伏安曲線。（2）、任何兩個相鄰峰間的加速電位差都應是氬原子的第一激發態電位。所以，只要測出夫蘭克-赫茲曲線，即可求出氬原子的第一激發電位，並由此證實原子確實有不連續的能級存在。2、實驗中的一些其它現象（1）、接觸電位差的影響。實際的F—H管，其陰極與採用不同的金屬材料製成，它們的逸出功不同，因此會產生接觸電位差。接觸電位差的存在，使真正加在電子上的加速電壓不等於，而是與接觸電位差的代數和。使得整個曲線平移。（2）、由於陰極發射電子後，在陰極表面積聚了許多的電子。這些空間電荷的存在改變了、間的空間電位分布。當較小時，陰極附近會出現負電位，稱為虛陰極。負電位的絕對值隨的增大而減小。值較大時，虛陰極消失。虛陰極的存在使得曲線的前幾個峰（2到3個）的峰間距減小，而對後面的峰無影響。燈絲電壓越高，陰極發射的電子流越大，空間電荷的影響越嚴重。（3）、因為極發出的熱電子能量服從麥克斯韋統計分布規律，因此圖中的板極電流下降不是陡然的。在極大值附近出現的峰有一定寬度。（4）、當較大時，由於部分電子自由程大，可積累較多的能量。使氬原子躍遷到更高的激發態，甚至使氬原子電離。（5）、電離的發生引起電子繁流，產生電流放大作用。隨著的增大，電子繁流迅速增長，使得曲線各峰高度迅速增加。但超過一定值時，將導致管內氣體擊穿，應避免發生這種情況，否則將使管損壞。【實驗裝置】ZHY-FH-2智能夫蘭克-赫茲實驗儀的實驗裝置如圖4所示：【實驗內容】（1）、用手動方式、計算機聯機測試方式測量氬原子的第一激發電位，並做比較。（2）分析燈絲電壓、拒斥電壓的改變對F—H實驗曲線的影響。（3）了解計算機數據採集、數據處理的方法。 【操作步驟】（1）正確認識電路連接及原理；（2）啟動預熱；（註：預熱開始，就必須設定好以下幾個值：V燈、VG1K、VG2A，根據儀器給定參數設定，VG2K=30v）（3）正式測量；手動測試；聯機測試。 【注意事項】1、 不許拔下儀器前面板上的導線，進行違規連接，以免發生短路，損壞儀器。2、 在設定各電壓值時，必須在給定的量程或范圍之內設值，如果超出范圍，可能會導致燒壞儀器。【數據處理】計算VC的公式為：相對誤差： 【思考與討論】1、能否用氫氣代替氬氣？為什麼?2、為什麼I-U曲線不是從原點開始?3、為什麼 I不會降到零?4、為什麼I的下降不是陡然的?5、在F-H實驗中，得到的I-U曲線為什麼呈周期性變化？6在F-H管內為什麼要在板極和柵極之間加反向拒斥電壓？7、在F-H管的I-U曲線上第一個峰的位置，是否對應於氬原子的第一激發電位？

⑵ 弗蘭克赫茲實驗裝置能否測亞原子第二激發電位為什麼

不能，因為電子碰撞能量傳遞到氬原子的激發能量有限，其實有些原子激發是激發到了第二能級，但是很少，也根本測量不到

⑶ 做弗蘭克赫茲實驗 怎麼測量原子的第一激發電位

當出現光滑曲線的時候，記錄峰值或波谷值，五個以上。然後用逐差法v6＋v5＋.v4－v3－v2－v1 除以9 得出的就是激發電位。

氬原子第一激發電位現存多個值，公認值13.1V，較為認可的值11.8V，另有值11.72V。各數值間相差較大，但氬原子第一激發電位為一確定值。

(3)本實驗裝置能否測氬原子第二激發電位為什麼擴展閱讀：

通過測量電流與電壓的關系（儀器上的顯示屏上會有），記錄許多組數據，畫出I-U曲線圖，如有六個峰值，則數據有效，再用逐差法（對六個峰值對應的電壓）計算出的電壓U即為第一激發電位，這只是一個大致過程。

當加速電壓很低，小於 4.9伏特V時，隨著電壓的增加，抵達陽極的電流也平穩地單調遞增。

當電壓在 4.9 伏特時，電流猛烈地降低，幾乎降至0安培。

繼續增加電壓。再一次，同樣地，電流也跟隨著平穩地增加，直到電壓達到 9.80伏特。

⑷ 第二激發電勢怎麼求

(1)氬原子第一激發電位u1的測量。
(2)電子加速區域的構成。
(3)電子與氬原子碰撞區域的構成。
(4)板極電流ip隨加速電壓v1變化的ip-v1曲線的測繪。
(5)在接觸電壓和空間電荷存在時氬原子的第一激發電位u1′和第二激發電位u2′的確定。
(6)無接觸電壓和空間電荷存在時氬原子的第二激發電位u2與第一激發電位u1的電位差δu的確定。
(7)氬原子第二激發電位u2的確定。

⑸ 大學物理實驗弗蘭克赫茲實驗思考題：1、本實驗裝置能否測氬原子第二激發電位為什麼 2依據實驗數據

高端

⑹ 弗蘭克赫茲實驗裝置能否測亞原子第二激發電位為什麼

不能,因為能量超過第一激發電位就被吸收了,然後能量就減小了.

⑺ 簡述弗蘭克赫茲本實驗中的能量轉化過程

原發布者:allevvi

弗蘭克－赫茲實驗1．實驗目的（1）用實驗的方法測定汞或氬原子的第一激發電位，從而證明原子分立態的存在；（2）練習使用微機控制的實驗數據採集系統。2．實驗原理根據玻爾的原子模型理論，原子是由原子核和以核為中心沿各種不同軌道運動的一些電子構成的。對於不同的原子，這些軌道上的電子束分布各不相同。一定軌道上的電子具有一定的能量。當同一原子的電子從低能量的軌道躍遷到較高能量的軌道時，原子就處於受激狀態。若軌道1為正常態，則較高能量的2和3依次稱為第一受激態和第二受激態，等等。但是原子所處能量狀態並不是任意的，而是受到玻爾理論的兩個基本假設的制約：（1）定態假設。原子只能處在穩定狀態中，其中每一狀態相應於一定的能量值Ei（i＝1，2，3，…），這些能量值是彼此分立的，不連續的。（2）頻率定則。當原子從一個穩定狀態過渡到另一個穩定狀態時，就吸收或放出一定頻率的電磁輻射。頻率的大小取決於原子所處兩定態之間的能量差，並滿足如下關系：其中稱作普朗克常數。原子狀態的改變通常在兩種情況下發生，一是當原子本身吸收或放出電磁輻射時，二是當原子與其他粒子發生碰撞而交換能量時。本實驗就是利用具有一定能量的電子與汞原子相碰撞而發生能量交換來實現汞原子狀態的改變。由玻爾理論可知，處於基態的原子發生狀態改變時，其所需能量不能小於該原子從基態躍遷到第一受激態時所需的能量，這個能量稱作臨界能量。當電子與原子碰撞時，如果電子能量小於臨界能

⑻ 弗蘭克-赫茲實驗思考題

我也是上理的，呵呵。答案是能，因為隨著電壓的逐漸加速，電子得能量，先從第一激發態開始躍遷，至第二激發態時即可測得氬原子的第二激發電位

⑼ 夫蘭克赫茲實驗中出現多個波峰波谷反應了電子與氬原子是怎樣的

充氬氣的F—H管中，電子由熱陰極發出，陰極K柵極1G之間的加速電壓1GV使電子加速，在板極P和柵極2G之間有減速電壓PV。當電子通過柵極2G進入2GP空間時，如果剩餘能量大於PeV，就能到達極板P，極形成電流PI。

電子在12GG空間與氬原子發生碰撞，電子把一部分能量給了氬原子，本身剩餘的能量小於PeV，則電子不能到達板極P，如果發生這樣情況的電子很多，電流表中電流將顯著下降。

實驗時，把2GV的電壓逐漸增加，電子在12GG空間的電場作用下被加速而獲得越來越大的能量。但在起始階段，電壓2GV較低，電子的能量較小，即使在運動過程中與氬原子相碰撞（為彈性碰撞）也只有微小的能量交換。

這樣，穿過第二柵極2G的電子所形成的電流PI隨第二柵極電壓2GV的增加而增大（如圖5-2oa段）。當2GV達到氬原子的第一激發電位時，電子在第二柵極附近與氬原子相碰撞（此時產生非彈性碰撞）。

電子把從加速電場中獲得的全部能量傳遞給氬原子，使氬原子從基態激發到第一激發態，而電子本身由於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PV而被折回第二柵極。

所以電流PI將顯著減小。氬原子在第一激發態不穩定，會躍遷回基態，同時以光子形式向外輻射能量。以後隨著第二柵極電壓2GV的增加，電子的能量也隨之增加。

實驗結果詮釋

使用彈性碰撞和非彈性碰撞的理論，法蘭克和赫茲給並蔽予了這實驗合理的解釋。當電壓很低時，被加速的電子只能獲得一點點能量。

他們只能與水銀原子進行純彈性碰撞。這是因為量子力學不允許一個原子吸收任何能量，除非碰撞能量大於將電子躍遷至較高的能量量子態所需的能量。

由於是純彈性碰撞，系統內的總動能大約不變。又因為電子的質量超小於水銀原子的質量，電子能夠緊緊地獲取大部分的動能。

增加電壓會使電場增加，剛從陰極發射出來的電子，感受到的靜電力也會加大。電子的速度會加快，更有能量地沖向柵極。所以，更多的電子會沖過柵極，抵達陽極。因此安培計讀到的電流也會單調遞增。

水銀原子的電子的最低激發能量是 4.9eV。當加速電壓升到 4.9 伏特時，每一個移動至柵極的自由電子擁有至少 4.9eV動能（外加電子在那溫度的靜能）。

自由電子與水銀原子可能會發生非彈性碰撞。自由電子的動能可能被用來使水銀原子的束縛電子從一個能量量子態躍遷至另一個能量量子態，從而增加了束縛電子的能極，稱這過程為水銀原子被激發。但是，經過這非彈性碰撞，自由電子失去了 4.9eV 動能。

它不再能克服柵極與陽極之間負值的電壓。大多數的自由電子會被柵極吸收。因此，抵達談悶陽極的電流會猛烈地降低。

假設加速電壓超過 4.9 伏特，自由電子會在從陰極移動至柵極的路途含蔽彎中，遇到一個非彈性碰撞，失去 4.9 eV，然後繼續被加速。照著這方式，在電壓超過 4.9eV之後，電流重新單調遞增。當電壓在 9.8 伏特時，情況又有改變。

⑽ 弗蘭克—赫茲實驗 如何測氬原子的第二激發電位

該實驗只能測第一激發電位,只能作出一條Ukg I曲線.