本实验装置能否测氩原子第二激发电位为什么

⑴ 夫兰克赫兹实验灯丝电压对I(A)-U(G2K)图像的影响

夫兰克-赫兹实验【实验目的】本实验通过对氩原子第一激发电位的测量，了解夫兰克和赫兹在研究原子内部能量问题时所采用的基本实验方法；了解电子与氩原子碰撞和能量交换过程的微观图象和影响这个过程的主要物理因素，进一步理解玻尔理论；学习用计算机采集和处理数据。【实验原理】根据玻尔的原子理论，原子只能处于一系列不连续的稳定状态之中，其中每一种状态相应于一定的能量值Ei(i=1,2,3‥)，这些能量值称为能级。最低能级所对应的状态称为基态，其它高能级所对应的态称为激发态，如图1所示。当原子从一个稳定状态过渡到另一个稳定状态时就会吸收或辐射一定频率的电磁波，频率大小决定于原子所处两定态能级间的能量差，并满足普朗克频率选择定则：（为普朗克常数）本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的跃迁。 本实验采用充氩的夫兰克-赫兹管，基本结构见图2。电子由阴极发出，阴极和第一栅极之间的加速电压及与第二栅极之间的加速电压使电子加速。在板极和第二栅极之间可设置减速电压，注意：第一栅极和阴极之间的加速电压约1.5伏的电压，用于消除阴极电子散射的影响。设氩原子的基态能量为，第一激发态的能量为，初速为零的电子在电位差为的加速电场作用下，获得能量为，具有这种能量的电子与氩原子发生碰撞，当电子能量时，电子与氩原子只能发生弹性碰撞，由于电子质量比氩原子质量小得多，电子能量损失很少。如果，则电子与氩原子会产生非弹性碰撞，氩原子从电子中取得能量ΔE，而由基态跃迁到第一激发态，。相应的电位差即为氖原子的第一激发电位。在实验中，逐渐增加，由电流计读出板极电流，得到如图3所示的变化曲线。【现象解释】1、夫兰克-赫兹实验中曲线的解释如果我们先不考虑阴极K发射的热电子具有一定的初始能量分布，则：当加速电压时，电子在、空间被加速而获得的能量很低，穿过栅极的电子不能克服拒斥电压到达板极，因而（如图3的0o段）。当时，电子在、空间与氩原子将发生弹性碰撞，碰撞后电子只改变运动方向而无能量损失。因而能够穿过栅极到达板极，且板极电流随着的增大而增大（如图3所示oa段）。当时，电子在栅极附近与氩原子将发生非弹性碰撞，碰撞后电子能量损失耗尽，全部交给氩原子，使氩原子最外层电子跃迁到第一激发态。这些电子因损失能量不能克服拒斥电压，故板极电流将开始减小（如图3所示a处）。当时，在接近栅极但未到栅极处，电子已经获得了的能量，若跟氩原子碰撞将发生非弹性碰撞，电子交出能量使氩原子发生第一激发态的跃迁。碰撞后电子在到达栅极前还要加速一段，获得的动能。此时电子能量不能克服，不会到达极板，且由于的增加，与氩原子发生碰撞的电子会越来越多，故电流将会继续减小（如图所示3所示ab段）。当时，电子再次加速获得的能量，此时电子有足够的动能可以克服拒斥电压到达阳极，随着的增加，与氩原子发生碰撞后，到达阳极板的电子会越来越多，故电流将会随着再次增加（如图3所示bc段）。当时，在、空间的中部电子已经获得了的能量，此时若跟氩原子碰撞，电子将交出能量使氩原子跃迁。碰撞后，电子加速到栅极时再次获得了的能量，这时若跟另外一个氩原子碰撞，电子将再次交出能量使这一个氩原子从基态跃迁到第一激发态。经过两次碰撞后电子损失能量不能克服拒斥电压，板极电流开始减小（如图3所示c处）。再往后重复以上过程。由此可见：（1）、凡当，即加速电压等于氩原子第一激发电位的整数倍时，板流都会相应下跌，形成规则起伏的伏安曲线。（2）、任何两个相邻峰间的加速电位差都应是氩原子的第一激发态电位。所以，只要测出夫兰克-赫兹曲线，即可求出氩原子的第一激发电位，并由此证实原子确实有不连续的能级存在。2、实验中的一些其它现象（1）、接触电位差的影响。实际的F—H管，其阴极与采用不同的金属材料制成，它们的逸出功不同，因此会产生接触电位差。接触电位差的存在，使真正加在电子上的加速电压不等于，而是与接触电位差的代数和。使得整个曲线平移。（2）、由于阴极发射电子后，在阴极表面积聚了许多的电子。这些空间电荷的存在改变了、间的空间电位分布。当较小时，阴极附近会出现负电位，称为虚阴极。负电位的绝对值随的增大而减小。值较大时，虚阴极消失。虚阴极的存在使得曲线的前几个峰（2到3个）的峰间距减小，而对后面的峰无影响。灯丝电压越高，阴极发射的电子流越大，空间电荷的影响越严重。（3）、因为极发出的热电子能量服从麦克斯韦统计分布规律，因此图中的板极电流下降不是陡然的。在极大值附近出现的峰有一定宽度。（4）、当较大时，由于部分电子自由程大，可积累较多的能量。使氩原子跃迁到更高的激发态，甚至使氩原子电离。（5）、电离的发生引起电子繁流，产生电流放大作用。随着的增大，电子繁流迅速增长，使得曲线各峰高度迅速增加。但超过一定值时，将导致管内气体击穿，应避免发生这种情况，否则将使管损坏。【实验装置】ZHY-FH-2智能夫兰克-赫兹实验仪的实验装置如图4所示：【实验内容】（1）、用手动方式、计算机联机测试方式测量氩原子的第一激发电位，并做比较。（2）分析灯丝电压、拒斥电压的改变对F—H实验曲线的影响。（3）了解计算机数据采集、数据处理的方法。 【操作步骤】（1）正确认识电路连接及原理；（2）启动预热；（注：预热开始，就必须设定好以下几个值：V灯、VG1K、VG2A，根据仪器给定参数设定，VG2K=30v）（3）正式测量；手动测试；联机测试。 【注意事项】1、 不许拔下仪器前面板上的导线，进行违规连接，以免发生短路，损坏仪器。2、 在设定各电压值时，必须在给定的量程或范围之内设值，如果超出范围，可能会导致烧坏仪器。【数据处理】计算VC的公式为：相对误差： 【思考与讨论】1、能否用氢气代替氩气？为什么?2、为什么I-U曲线不是从原点开始?3、为什么 I不会降到零?4、为什么I的下降不是陡然的?5、在F-H实验中，得到的I-U曲线为什么呈周期性变化？6在F-H管内为什么要在板极和栅极之间加反向拒斥电压？7、在F-H管的I-U曲线上第一个峰的位置，是否对应于氩原子的第一激发电位？

⑵ 弗兰克赫兹实验装置能否测亚原子第二激发电位为什么

不能，因为电子碰撞能量传递到氩原子的激发能量有限，其实有些原子激发是激发到了第二能级，但是很少，也根本测量不到

⑶ 做弗兰克赫兹实验 怎么测量原子的第一激发电位

当出现光滑曲线的时候，记录峰值或波谷值，五个以上。然后用逐差法v6＋v5＋.v4－v3－v2－v1 除以9 得出的就是激发电位。

氩原子第一激发电位现存多个值，公认值13.1V，较为认可的值11.8V，另有值11.72V。各数值间相差较大，但氩原子第一激发电位为一确定值。

(3)本实验装置能否测氩原子第二激发电位为什么扩展阅读：

通过测量电流与电压的关系（仪器上的显示屏上会有），记录许多组数据，画出I-U曲线图，如有六个峰值，则数据有效，再用逐差法（对六个峰值对应的电压）计算出的电压U即为第一激发电位，这只是一个大致过程。

当加速电压很低，小于 4.9伏特V时，随着电压的增加，抵达阳极的电流也平稳地单调递增。

当电压在 4.9 伏特时，电流猛烈地降低，几乎降至0安培。

继续增加电压。再一次，同样地，电流也跟随着平稳地增加，直到电压达到 9.80伏特。

⑷ 第二激发电势怎么求

(1)氩原子第一激发电位u1的测量。
(2)电子加速区域的构成。
(3)电子与氩原子碰撞区域的构成。
(4)板极电流ip随加速电压v1变化的ip-v1曲线的测绘。
(5)在接触电压和空间电荷存在时氩原子的第一激发电位u1′和第二激发电位u2′的确定。
(6)无接触电压和空间电荷存在时氩原子的第二激发电位u2与第一激发电位u1的电位差δu的确定。
(7)氩原子第二激发电位u2的确定。

⑸ 大学物理实验弗兰克赫兹实验思考题：1、本实验装置能否测氩原子第二激发电位为什么 2依据实验数据

高端

⑹ 弗兰克赫兹实验装置能否测亚原子第二激发电位为什么

不能,因为能量超过第一激发电位就被吸收了,然后能量就减小了.

⑺ 简述弗兰克赫兹本实验中的能量转化过程

原发布者:allevvi

弗兰克－赫兹实验1．实验目的（1）用实验的方法测定汞或氩原子的第一激发电位，从而证明原子分立态的存在；（2）练习使用微机控制的实验数据采集系统。2．实验原理根据玻尔的原子模型理论，原子是由原子核和以核为中心沿各种不同轨道运动的一些电子构成的。对于不同的原子，这些轨道上的电子束分布各不相同。一定轨道上的电子具有一定的能量。当同一原子的电子从低能量的轨道跃迁到较高能量的轨道时，原子就处于受激状态。若轨道1为正常态，则较高能量的2和3依次称为第一受激态和第二受激态，等等。但是原子所处能量状态并不是任意的，而是受到玻尔理论的两个基本假设的制约：（1）定态假设。原子只能处在稳定状态中，其中每一状态相应于一定的能量值Ei（i＝1，2，3，…），这些能量值是彼此分立的，不连续的。（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，就吸收或放出一定频率的电磁辐射。频率的大小取决于原子所处两定态之间的能量差，并满足如下关系：其中称作普朗克常数。原子状态的改变通常在两种情况下发生，一是当原子本身吸收或放出电磁辐射时，二是当原子与其他粒子发生碰撞而交换能量时。本实验就是利用具有一定能量的电子与汞原子相碰撞而发生能量交换来实现汞原子状态的改变。由玻尔理论可知，处于基态的原子发生状态改变时，其所需能量不能小于该原子从基态跃迁到第一受激态时所需的能量，这个能量称作临界能量。当电子与原子碰撞时，如果电子能量小于临界能

⑻ 弗兰克-赫兹实验思考题

我也是上理的，呵呵。答案是能，因为随着电压的逐渐加速，电子得能量，先从第一激发态开始跃迁，至第二激发态时即可测得氩原子的第二激发电位

⑼ 夫兰克赫兹实验中出现多个波峰波谷反应了电子与氩原子是怎样的

充氩气的F—H管中，电子由热阴极发出，阴极K栅极1G之间的加速电压1GV使电子加速，在板极P和栅极2G之间有减速电压PV。当电子通过栅极2G进入2GP空间时，如果剩余能量大于PeV，就能到达极板P，极形成电流PI。

电子在12GG空间与氩原子发生碰撞，电子把一部分能量给了氩原子，本身剩余的能量小于PeV，则电子不能到达板极P，如果发生这样情况的电子很多，电流表中电流将显著下降。

实验时，把2GV的电压逐渐增加，电子在12GG空间的电场作用下被加速而获得越来越大的能量。但在起始阶段，电压2GV较低，电子的能量较小，即使在运动过程中与氩原子相碰撞（为弹性碰撞）也只有微小的能量交换。

这样，穿过第二栅极2G的电子所形成的电流PI随第二栅极电压2GV的增加而增大（如图5-2oa段）。当2GV达到氩原子的第一激发电位时，电子在第二栅极附近与氩原子相碰撞（此时产生非弹性碰撞）。

电子把从加速电场中获得的全部能量传递给氩原子，使氩原子从基态激发到第一激发态，而电子本身由于把全部能量传递给了氩原子，它即使穿过第二栅极，也不能克服反向拒斥电压PV而被折回第二栅极。

所以电流PI将显著减小。氩原子在第一激发态不稳定，会跃迁回基态，同时以光子形式向外辐射能量。以后随着第二栅极电压2GV的增加，电子的能量也随之增加。

实验结果诠释

使用弹性碰撞和非弹性碰撞的理论，法兰克和赫兹给并蔽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，抵达谈闷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含蔽弯中，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 4.9eV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。

⑽ 弗兰克—赫兹实验 如何测氩原子的第二激发电位

该实验只能测第一激发电位,只能作出一条Ukg I曲线.