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夫兰克--赫兹实验原理.doc
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1、实验原理 根据玻尔理论,原子只能较长久地停留在一些稳定状态(即定态),其中每一状态对应于一定的能量值,各定态的能量是分立的,原子只能吸收或辐射相当于两定态间能量差地能量。如果处于基态的原子要发生状态改变,所具备的能量不能少于原子从基态跃迁到第一激发态时所需要地能量。夫兰克赫兹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地跃迁。电子与原子碰撞过程可以用以下方程表示:;其中 是电子质量, 是原子质量, 是电子的碰撞前的速度, 是原子的碰撞前的速度, 是电子的碰撞后速度, 是原子的碰撞后速度, 为内能项。因 为 ,所以 电子的动能可以转变为原子的内能。因为原子的内能
2、是不连续的,所以电子的动能小于原子的第一激发态电位时,原子与电子发生弹性碰撞 ;当电子的动能大于原子的第一激发态电位时,电子的动能转化为原子的内能 ,为原子的第一激发电位。夫兰克赫兹实验原理如图 1 所示,充氩气的夫兰克赫兹管中, 电子由热阴极发出,阴极 和栅极 之 间的加速电压 使电子加速,在板极 和栅极 之间有减速电压 。当电子通过栅极 进入空间时,如果能量大于 ,就能到达板极形成电流 。电子在空间与氩原子发生了弹性碰撞,电子本身剩余的能量小于 ,则电子不能到达板极,板极电流将会随着栅极电压的增加而减少。实验时使 逐渐增加,观察板极电流的变化将得到如图 2 所示的曲线。 随着 的增加,电子
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