弗兰克—赫兹实验 一.实验目的 1 、了解弗兰克--赫兹试验的原理和方法； 2 、学习测定氩原子的第一激发电位的方法； 3 、证明原子能级的存在，加强对能级概念的理解。 二．实验原理 玻尔提出的原子理论指出：原子只能较长地停留在一些稳定的状态。原子在这种状态时，不发射或吸收能量。各定态有一定的能量，其数值是彼此分隔得。原子的能量不论通过什么方式改变，它只能从一个状态跃迁代另一个状态。原子从一个状态跃迁到另一个状态而发射或吸收能量时，辐射的频率是一定的。于是有如下关系： nEmEhv， 式中，h为普朗克常数。为了使原子从低能级想高能级跃迁，可以通过具有一定能量的电子与燕子相碰撞进行能量交换的办法来实现。 图1 弗兰克-赫兹管结构图 夫兰克一赫兹实验原理(如图1 所示)，阴极K ，板极A ，G 1 、G 2 分别为第一、第二栅极。 K -G 1-G 2 加正向电压，为电子提供能量。1G KU的作用主要是消除空间电荷对阴极电子发射的影响，提高发射效率。G 2-A 加反向电压，形成拒斥电场。 电子从 K 发出，在 K -G 2 区间获得能量，在 G 2-A 区间损失能量。如果电子进入 G 2-A 区域时动能大于或等于 e2GAU，就能到达板极形成板极电流 I. 电子在不同区间的情况： 1. K -G 1 区间 电子迅速被电场加速而获得能量。 2. G 1-G 2区间 电子继续从电场获得能量并不断与氩原子碰撞。当其能量小于氩原子第一激发态与基态的能级差E＝ E2E1 时，氩原子基本不吸收电子的能量，碰撞属于弹性碰撞。当电子的能量达到E，则可能在碰撞中被氩原子吸收这部分能量，这时的碰撞属于非弹性碰撞。E 称为临界能量。 3. G2-A 区间 电子受阻，被拒斥电场吸收能量。若电子进入此区间时的能量小于eU G2A 则不能达到板极。 由此可见，若 eUG2K<E，则电子带着 eUG2K的能量进入 G2-A 区域。随着 UG2K的增加，电流 I 增加（如图 2 中 Oa 段）。 若 eUG2K＝E 则电子在达到 G2 处刚够临界能量，不过它立即开始消耗能量了。继续增大 UG2K，电子能量被吸收的概率逐渐增加，板极电流逐渐下降（如图 2 中 ab 段）。 继续增大 UG2K，电子碰撞后的剩余能量也增加，到达板极的电子又会逐渐增多（如图 2 中 bc 段）。 若 eUG2K>nE 则电子在进入 G2-A 区域之前可能n 次被氩原子碰撞而损失能量。板极电流 I 随加速电压2G KU变化曲线就形成 n 个峰值，如图 2 所...
