实验装置图复杂

❶ 夫兰克赫兹实验

夫兰克-赫兹实验被认为是对原子的玻尔模型的实验证明，但有趣的是直到夫兰克和赫兹发表了他们的实验结果之后，他们才知道玻尔模型。这看起来是非常有趣的，夫兰克后来解释道：

We had not read it because we were negligent to read the literature well enough -- and you know how that happens. On the other hand, one would think that other people would have told us about it. For instance, we had a colloquium at that time in Berlin at which all the important papers were discussed. Nobody discussed Bohr's theory. Why not? The reasons is that fifty years ago, one was so convinced that nobody would, with the state of knowledge we had at that time, understand spectral line emission, so that if somebody published a paper about it, one assumed, Probably it is not right. So we did not know it.

当时的人们根本就不相信看上去复杂无比的原子光谱可能会被某个理论解释，如果有人声称解释了原子的发射谱线，当时的物理学家会本能地认为这个理论是错误的。

夫兰克-赫兹实验的装置如下图所示：

水银（汞，Hg）蒸汽被放在真空管内，电子从阴极射出后，被电势V加速，然后到达阳极，阳极是栅栏状的，阳极后面还有一个微弱的反向电压，反向电压比加速电压（V）弱的多，再后面是个集电极。（类似真空三极管，发射极，基极和集电极）

测量的是加速电压（V）和通过集电极电流（I）之间的关系，实验结果如下图：

可见这里存在一个约4.9伏的周期，每4.9伏周期，集电极电流会周期性的变大，达到峰值，然后陡峭地变小。

这4.9伏的周期性可被玻尔模型所解释。根据玻尔模型，原子中存在一系列的定态（stationary states），当原子由一个定态跃迁到另一定态时，可相应地吸收或放出一个光子，并满足频率关系（frequency relation）：。4.9伏的周期性说明在汞原子的第一激发态与基态间能量差是4.9eV。

当加速电压处于0-4.9伏区间时，电子将获得0-4.9eV的动能，电子可能与汞原子发生弹性碰撞或非弹性碰撞，如发生非弹性碰撞电子将损失部分能量，而汞原子将获得部分能量。但根据玻尔模型，小于4.9eV的能量是不足以使汞原子发生跃迁的，因此只能发生弹性散射，电子在弹性散射的过程中并不损失能量，因此当电子达到阳极时具有大于0的动能，可以可以克服反向电压达到集电极，因此表现为有电流，并且随着加速电压的增大，电流也相应增大。

当加速电压正好为4.9伏时，电子具有4.9eV的动能，可与汞原子发生非弹性散射，汞原子被激发到激发态，电子损失4.9eV后动能为0，无法克服反向电压，因此表现为电流急剧下跌。

当加速电压达到两倍4.9伏时，则有可能发生两次电子与汞原子的非弹性散射，因此将出现第二个峰。如果继续增大加速电压，还可能出现更多的峰。如果电子能量大到足以把汞原子激发到更高激发态的能量，则可以出现不是4.9伏周期的峰。

观察夫兰克-赫兹实验的实验曲线，另一特征是电流波谷取值是逐渐变大的，这可以解释为总有部分电子未发生与汞原子的非弹性散射就到达了阳极，从而肯定会到达集电极。发生N+1次非弹性散射的几率要小于只发生N次非弹性散射的几率，因此随着加速电压的增大会有更多的电子以非零动能到达阳极，体现为电流波谷取值越来越高。

还可以考虑更多因素，比如无规则热运动对夫兰克-赫兹实验曲线的影响，将使曲线更加圆滑等等。但这些已经属于实验中不太重要的细节了。

1925年夫兰克和赫兹因夫兰克-赫兹实验共同获得诺贝尔物理学奖。

参考

1. The Franck-Hertz experiment supports Bohr's model
2. Hyperphysics: The Franck-Hertz Experiment
3. The Nobel Prize in Physics 1925

❷ 如何制作安全漂亮的实验装置

安全漂亮化学实验：

1、铁棒与硫酸铜

原理：将除锈处理后的铁棒放入硫酸铜溶液中，铁单质比铜更加活泼，置换出来的铜形成漂亮的松散沉淀。

溶液原本是蓝色的（水合铜离子颜色），随着反应进行，蓝色逐渐变淡。

铜离子本身并没有蓝色，无水硫酸铜是白色粉末。水溶液中蓝色的是六水合铜离子。

2、暗之柱

原理：黑咖啡可不会变成这东西。杯中是对硝基苯胺和浓硫酸的混合物，加热后发生非常复杂的反应——事实上，我们还不完全清楚反应的详细过程。最后得到的黑色泡沫物原子比例为C6H3N1.5S0.15O1.3，几乎肯定是对硝基苯胺交联后的多聚物。整个反应有时被称为“爆炸式聚合”。膨胀成这么大这么长是反应生成二氧化碳等气体的功劳。

这个反应是70年代NASA研究者发现的，他们当时考虑过把它用作灭火剂——因为生成的黑色泡沫状物非常稳定，隔热性能也极好。

3、锌火

原理：这种液体是二乙基锌。它是一种极易燃烧的有机锌化合物，接触氧气便自燃。真正的二乙基锌如此图所示是蓝色火焰，但是网上流传最广的视频/动图来自2008年诺丁汉大学，他们拍到了黄色的火焰——照他们自己的说法，这是钠污染所致。

二乙基锌于1848年发现，是第一个有机锌化合物。它在有机合成中的应用极其广泛，也曾被早期火箭研究者用作液体燃料。

4、滴水生火

过氧化钠和水反应产生氧气并放出大量的热，使白磷着火生成大量的五氧化二磷白烟。

操作：在600毫升烧杯的底部铺一层细砂，砂上放一个蒸发皿。取2克过氧化钠放在蒸发皿内，再用镊子夹取2块黄豆大小的白磷，用滤纸吸去水分后放在过氧化钠上。用滴管向过氧化钠滴1～2滴水，白磷便立即燃烧起来，产生浓浓的白烟．

5、液中星火

高锰酸钾和浓硫酸接触会产生氧化性很强的七氧化二锰，同时放出热量。七氧化二锰分解出氧气，使液中的酒精燃烧。但由于氧气的量较少，只能发出点点火花，而不能使酒精连续燃烧。

操作：取一个大试管，向试管里注入5毫升酒精，再沿着试管壁慢慢地加入5毫升浓硫酸，不要振荡试管。把试管垂直固定在铁架台上。这时，试管里的液体分为两层，上层为酒精，下层为浓硫酸。用药匙取一些高锰酸钾晶体，慢慢撒入试管，晶体渐渐落到两液交界处。不久，在交界处就会发出闪闪的火花。如果在黑暗的地方进行，火花就显得格外明亮。

注意事项：高锰酸钾的用量不可过多，否则，反应太剧烈，试管里的液体会冲出来。

6、冰块着火

水和钾反应剧烈，使生成的氢气燃烧。氢气的燃烧使电石和水反应生成的乙炔着火。燃烧所产生的热进一步使冰融化成水，水和电石作用不断地产生乙炔，因此火焰就越烧越旺，直到电石消耗完，火焰才渐渐熄灭。

操作：取一大块冰放在大瓷盘里，在冰上挖一个浅坑，放入一小块电石和一小块钾。然后向浅坑里滴几滴水，立即冒出一团烈火和浓烟，好像冰块着火似的。

❸ 根据米勒的实验性装置图，回答下列问题：（1）实验装置中将水加热成沸水的目的是什么（2）用正负极的用

如图，在米勒的模拟实验，一个盛有水溶液的烧瓶代表原始的海洋，其上部球型空间里含有氢气、氨气、甲烷和水蒸汽等“还原性大气”．
（1）米勒实验的目的是验证无机物可以生成有机小分子物质，因此，在实验时，要模拟大气的环境，左下角的烧瓶中盛放的是蒸馏水，加热的目的是产生大量的水蒸气，使空气中有水蒸气这一成分，同时提高气体的温度，促进气体的流动．
（2）装置内电极的作用是火花放电，为原始大气相互反应合成有机物提供能量．模拟自然界里的闪电．
（3）图中右上角的烧瓶模拟的是模拟原始地球环境（原始大气环境），因为原始大气中没有氧气．
（4）C处为取样活塞，若取样鉴定，可检验到其中含有氨基酸等有机小分子物质，共生成20种有机物，其中11种氨基酸中有4种（即甘氨酸、丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸）是生物的蛋白质所含有的．米勒的实验试图向人们证实，生命起源的第一步，即从无机小分子物质形成有机小分子物质，在原始地球的条件下是完全可能实现的．
（5）米勒的实验试图向人们证实，生命起源的第一步，从无机小分子物质形成有机小分子物质，在原始地球的条件下是完全可能实现的．
（6）原始地球的温度很高，地面环境与现在完全不同：天空中赤日炎炎、电闪雷鸣，地面上火山喷发、熔岩横流；从火山中喷出的气体，如水蒸气、氨、甲烷等构成了原始的大气层，与现在的大气成分明显不同的是原始大气中没有游离的氧；原始大气在高温、紫外线以及雷电等自然条件的长期作用下，形成了许多简单的有机物，随着地球温度的逐渐降低，原始大气中的水蒸气凝结成雨降落到地面上，这些有机物随着雨水进入湖泊和河流，最终汇集到原始的海洋中．原始的海洋就像一盆稀薄的热汤，其中所含的有机物，不断的相互作用，形成复杂的有机物，经过及其漫长的岁月，逐渐形成了原始生命．可见生命起源于原始海洋．
故答案为：（1）使空气中有水蒸气这一成分，同时提高气体的温度，促进气体的流动．
（2）自然界里的闪电；
（3）原始大气环境
（4）从无机小分子物质形成有机小分子物质，在原始地球的条件下是完全可能实现的．
（5）从无机小分子物质形成有机小分子物质，在原始地球的条件下是完全可能实现的；
（6）原始大气在高温、紫外线以及雷电等自然条件的长期作用下，形成了许多简单的有机物．