弗兰克弗兰克- -赫兹实验赫兹实验大学物理实验大学物理实验海南大学物理实验室海南大学物理实验室弗兰克 G.赫兹 (James Franck ,1882-1964) (Gustav Hertz ,1887-1975) 1925年诺贝尔物理学奖授予德国格丁根大学的弗兰克和哈雷大学的G.赫兹以表彰他们发现原子受电子碰撞的定律.l尼尔斯尼尔斯玻尔玻尔 （Niels Bohr,1885-1962）丹麦物理学家，哥本哈根学派的创始人。丹麦物理学家，哥本哈根学派的创始人。1885年年10月月7日生于哥本哈根，日生于哥本哈根，1903年入年入哥本哈根大学数学和自然科学系，主修哥本哈根大学数学和自然科学系，主修物理学。物理学。1907年以有关水的表面张力的年以有关水的表面张力的论文获得丹麦皇家科学文学院的金质奖论文获得丹麦皇家科学文学院的金质奖章，并先后于章，并先后于1909年和年和1911年分别以关年分别以关于金属电子论的论文获得哥本哈根大学于金属电子论的论文获得哥本哈根大学的科学硕士和哲学博士学位。随后去英的科学硕士和哲学博士学位。随后去英国学习，先在剑桥国学习，先在剑桥JJ汤姆孙主持的汤姆孙主持的卡文迪什实验室，几个月后转赴曼彻斯卡文迪什实验室，几个月后转赴曼彻斯特，参加了以特，参加了以E卢瑟福为首的科学集卢瑟福为首的科学集体，从此和卢瑟福建立了长期的密切关体，从此和卢瑟福建立了长期的密切关系。系。 背背 景景 知知 识识 1.1.波尔简介波尔简介2.玻尔的氢原子理论：玻尔的氢原子理论：.电子轨道半径的量子化：电子轨道半径的量子化：.原子能量的量子化：原子能量的量子化：pmS 3.3.玻尔假设：玻尔假设：(1) (1) 原原子子只只能能较较长长久久地地停停留留在在一一些些稳稳定定状状态态，简简称称“定定态态”，原原子子在在这这些些状状态态时时不不发发射射也也不不吸吸收收能能量量，各各定定态态的的能能量量是是彼彼此此分分隔隔的的原原子子的的能能量量不不论论通通过过什什么么方方式式发发生生改改变变，只只能能使原子从一个定态跃迁到另一个定态；使原子从一个定态跃迁到另一个定态；(2) (2) 原子从一个定态跃迁到另一个定态而发射或吸收辐射能原子从一个定态跃迁到另一个定态而发射或吸收辐射能量时，辐射的频率是一定的如果用量时，辐射的频率是一定的如果用 和和 代表有关二定代表有关二定态的能量，辐射的频率决定于如下关系：态的能量，辐射的频率决定于如下关系：式中式中 为普朗克常量为普朗克常量 在玻尔提出原子结构的量子理论后，在玻尔提出原子结构的量子理论后， 弗兰弗兰克克( (J JFranck)Franck)和赫兹和赫兹( (G GHertz)Hertz)在在19141914年在用慢年在用慢电子轰击稀薄气体原子做原子电离电位测定时，电子轰击稀薄气体原子做原子电离电位测定时，偶然地发现了原子的激发能态和量子化的吸收现偶然地发现了原子的激发能态和量子化的吸收现象，并观察到原子由激发态跃迁到基态时辐射出象，并观察到原子由激发态跃迁到基态时辐射出的光谱线，测定了汞的中肯电压的光谱线，测定了汞的中肯电压U U0 0=4.9V,=4.9V,从而直从而直接证明了玻尔原子结构的量子理论，为此他们获接证明了玻尔原子结构的量子理论，为此他们获得了得了19251925年的诺贝尔物理奖。年的诺贝尔物理奖。4.4.弗兰克弗兰克- -赫兹杰出贡献赫兹杰出贡献实实 验验 目目 的的 1. 1. 了解了解 F-HF-H四极管基本结构与工作原理，四极管基本结构与工作原理， 2. 2.了解电子与原子碰撞和能量交换过程的微观图像，了解电子与原子碰撞和能量交换过程的微观图像， 3.3.测绘氩原子的测绘氩原子的IA-UG2K曲线。实实 验验 仪仪 器器 1. 1. FB808AFB808A夫兰克夫兰克- -赫兹实验仪一台，赫兹实验仪一台， 2. 2.双踪是波器一台。双踪是波器一台。实实 验验 原原 理理1. 实实 验验 原原 理理 图图2. 物物 理理 过过 程程3. IA-UG2K 曲曲 线线四极管示意图UG1K:第一栅极电压； UG2K:加速电压；UG2A：反向拒斥电压；当电子的加速电压当电子的加速电压UG2K原子第一激发电势原子第一激发电势U0电子与原子碰撞没有发生动能与内能的交换。电子与原子碰撞没有发生动能与内能的交换。为为“弹性碰撞弹性碰撞”电子碰撞前后速度不变电子碰撞前后速度不变物理过程当电子的加速电压当电子的加速电压U2k U0时管中时管中子与原子碰撞发生子与原子碰撞发生“非弹性碰撞非弹性碰撞”有有动能与内能的交换！动能与内能的交换！电子碰撞后速度变慢，原子会辐射光子电子碰撞后速度变慢，原子会辐射光子物理过程U1U1U1U1U1KG2AUG2IAU1:原子的第一激发电势原子的第一激发电势(电位电位11.5V)实验仪器U1U1U1U1U1UG2I IA A A A1、FB808A微机型弗兰克-赫兹实验仪 2、双踪示波器实实 验验 内内 容容1、仪仪器器加加热热1010分分钟钟后后，开开机机时时仪仪器器默默认认为为“手手动动”工工作作状状态态，此时，对应的此时，对应的“手动手动”指示灯亮。指示灯亮。2 2、设定夫兰克一赫兹管的各工作参数：按标签设置。、设定夫兰克一赫兹管的各工作参数：按标签设置。4、 测量氩原子的测量氩原子的 曲线，曲线，注意：注意：1 1、各电压值须按照给定值进行设置；、各电压值须按照给定值进行设置；2 2、U UG2KG2K设定终止值不要超过设定终止值不要超过8585V V。3 3、手动测试完毕后，尽快将手动测试完毕后，尽快将U UG2KG2K减为零。减为零。【数据与数据与结结果果】1 1、根据表格表、根据表格表2 2，详细记录实验详细记录实验条件和相条件和相应应的的 值值， 2 2、在方格纸上作出曲线图，分别用逐差法处理数据，求得氩在方格纸上作出曲线图，分别用逐差法处理数据，求得氩的第一激发电位值及计算相对误差（）的第一激发电位值及计算相对误差（）10.010.511.011.5.85.0.求相对误差求相对误差Er，理论值，理论值.实验曲线实验曲线-用坐标纸用坐标纸思考题思考题灯丝温度对实验结果有何影响？灯丝温度对实验结果有何影响？波尔是丹麦物理学家。他由于研究了氢原子的量子轨波尔是丹麦物理学家。他由于研究了氢原子的量子轨道理论而获得诺贝尔物理学奖。他的学生海森堡、朗道理论而获得诺贝尔物理学奖。他的学生海森堡、朗道等道等1010多位科学家都获得过诺贝尔奖。波尔的儿子也多位科学家都获得过诺贝尔奖。波尔的儿子也获得了诺贝尔奖，他们都应该感谢获得了诺贝尔奖，他们都应该感谢F-HF-H两人的。两人的。