-原子定态能级的观测实验报告

实验 30 原子定态能级的观测实验报告【背景资料】1914 年,夫兰克（J。Franck ）和赫兹(G。Hertz)用慢电子和稀薄气体原子碰撞的方法，成功地使原子从低能级激发到高能级；通过测量电子和原子碰撞时传递的能量值,得出了原子发生跃变时吸收和发射的能量是不连续的，而且是完全确定的结论。从而玻尔的量子能态的假设，被夫兰克和赫兹作出了最直接的实验验证.【实验目的】1.通过汞原子第一激发电位的测量,了解弗兰克和赫兹在讨论原子内部能级问题时所采纳的基本实验方法.2。了解电子与原子碰撞和能量交换的微观图像和影响这个过程的主要物理因素。【实验装备】弗兰克-赫兹管 弗兰克-赫兹试验 WMZK 型温度指示控制仪 Tektronix TDS3012B 数字荧光示波器 Keithley 2700 数据采集/程控开关/数字多用表【实验原理】原子从低能级向高能级跃迁，可以通过具有一定能量的电子与原子相碰撞进行能量交换来实现.设汞原子的基态能量为 E，第一激发态的能量为 E'，从基态跃迁到第一激发态所需的能量就是E’－E。初速度为零的电子在电位差为 U 的加速电场作用下具有能量ｅ U，若ｅ U 小于 E’－E，则电子与汞原子只能发生弹性碰撞，二者之间几乎没有能量转移.当电子的能量ｅ U≥E'－E 时，电子与汞原子就会发生非弹性碰撞，汞原子将从电子的能量中吸收相当于Ｅ'－Ｅ的那一部份，使自己从基态跃迁到第一激发态，而多余的部分仍留给电子.原子定态能级的观测实验的原理如图 1 所示，电子由热阴极 K 发射,阴极 K和棚极 G 之间的加速电压 VGK使电子加速，在阳极 A 与棚极 G 见加有反向拒斥电压 VAG，管内空间电位分布如图 2 所示。当电子通过 KG 空间进入 GA 空间时,假如能量 E≥eVAG，就能冲过反向电场而到达阳极 A 而形成阳极电流,由微电流计检出。假如电子在 KG 空间与汞原子碰撞,而使后者激发的话，则水银蒸汽发出一条明线光谱，同时电子也有可 图 1F—H 实验原理图 能剩余能量与不足以克服反向电场而被折回到棚极，这时通过微电流计的电流将显著减少.图 3 所示的曲线就是测得的电子在 KG 空间与汞原子进行能量传递的情况。该曲线的明显特征是：（1)随 VGA的增加,板流 IA显示出一系列极大值和微小值；（ 2)各极大值(或微小值)之间的间距为4。9V。【【实验内容】F—H 管的工作原理如图 4。F-H 外形图示与图 5，每个控制部件的作用为：前面板，包括:1.电源-电源开关接通时，指示灯亮。2.加速—手动调节加...