弗兰克赫兹实验原理，夫兰克赫兹实验原理简明扼要

大家在生活的过程中会遇到很多问题，比如有些小伙伴对弗兰克赫兹实验原理不是很懂，不过没有关系，小编今天就给大家详细讲解一下这个问题，具体内容如下。

弗兰克赫兹实验原理

弗兰克赫兹实验原理:原子只能处于一些不连续的能态E1和E2，这些能态的原子是稳定的，称为稳态。无论原子的能量如何变化，都只能使原子从一个稳态跃迁到另一个稳态。

弗兰克·赫兹实验证明原子内部结构存在离散的稳态能级。这一事实直接证明了汞原子具有玻尔设想的“完全确定和分离的能态”，这是玻尔原子定量模型的第一个决定性证据。

夫兰克赫兹实验原理简明扼要

弗兰克·赫兹实验验证了原子能级的存在。

原子能级意味着一个原子的能量不是连续的，而是离散的值。如果是这样，原子只能吸收一定量的能量(等于原子两个能级之差)，这是在弗兰克-赫兹实验中观察到的。

弗兰克-赫兹实验结果表明，当一个原子被激发到不同的态时，它吸收的能量是不连续的，即原子系统内部的能量是量子化的。这个实验有力地证实了原子中量子态的存在。

弗兰克赫兹实验实验报告

1。主要是不确定性效应，因为电子的受激跃迁是一个非常快的过程(2。与原子碰撞的电子会被电场再次加速，一部分会到达收集电极(没有完全湮灭)。随着施加电势的增加，碰撞后到达收集电极的电子数量增加。因此，谷电流增加。

3。如果由于热运动的激发，最低激发态的电子数等于或大于基态的电子数，那么

对应于第一峰值的电压不等于第一激励位。(在这个实验中，除了电子与气体原子的非弹性碰撞，还有气体原子之间由于热运动的碰撞而产生的弹性碰撞和能量交换。)

弗兰克赫兹实验的实验结论

弗兰克-赫兹管(简称F-H管)、加热炉、温控装置、F-H管电源组、扫描电源和微电流放大器、微机X-Y记录仪。

F-H管是一种特殊的充汞四极管，由阴极、第一栅极、第二栅极和极板组成。为了使F-H管中的汞蒸气保持一定的饱和蒸气压，实验时要将F-H管放在温控加热炉中。加热炉的温度由温度控制装置设定和控制。炉温高时，F-H管中汞的饱和蒸汽压高，平均自由程小，电子与汞原子碰撞的几率高。在与汞原子的两次碰撞间隔期间，由于栅极加速电压，电子不会积累高能量。当温度较低时，管中汞的蒸汽压较低，平均自由程较大，因此电子可能在两次碰撞的间隔期间积累高能量。当受到高能电子轰击时，汞原子可能被电离，管内可能发生辉光放电。辉光放电会降低管子的使用寿命，所以在实验中要注意防止。

F-H管电源组用于提供F-H管各极所需的工作电压。包括灯丝电压UF，DC 1V ~ 5V连续可调；第一栅极电压UG1，DC 0 ~ 5v连续可调；第二栅极电压UG2，DC 0 ~ 15v连续可调。

扫描电源和微电流放大器提供0 ~ 90V手动可调DC电压或自动慢扫描输出锯齿波电压作为F-H管加速电压，供手动测量或函数记录仪测量。微电流放大器用于检测F-H管的板极电流，其量程为10^-8A、10^-7A和10^-6A.

微机X-Y记录仪是以微机为基础，集数据采集、分析和结果显示于一体的仪器。用于自动慢扫描测量中的数据采集、图像显示和结果分析。玻尔的原子理论指出:①原子只能处于某些不连续的能态E1，E2……...，而这些状态下的原子是稳定的，称为稳态。无论原子的能量如何变化，都只能使原子从一个稳态跃迁到另一个稳态；②当一个原子从一个稳态跃迁到另一个稳态时，它将发射或吸收辐射的频率是一定的。如果Em和En分别代表原子的两个稳态的能量，则发射或吸收辐射的频率由以下关系式确定:

hv=|Em-En|(1)

其中:h是普朗克常数。

原子从低能级到高能级的跃迁也可以通过电子与具有一定能量的原子碰撞进行能量交换来实现。在这个实验中，电子在真空中与汞蒸气原子碰撞。设汞原子的基态能量为E1，第一激发态的能量为E2，从基态跃迁到第一激发态所需的能量为E2-E1。初速度为零的电子在电势差为u的加速电场作用下能量为eU，如果eU小于E2-E1的能量，电子和汞原子只能弹性碰撞，两者之间几乎没有能量转移。当电子的能量EU大于等于E2-E1时，电子和汞原子会发生非弹性碰撞，汞原子会从电子的能量中吸收相当于E2-E1的部分，使自己从基态跃迁到第一激发态，而多余的部分仍然留给电子。设使电子具有E2-E1能量所需的加速电场的电位差为U0，则

eu0=E2-E1(2)

其中U0为汞原子的第一激发电位(或中性电位)，是本实验中待测的物理量。

实验方法是在充汞F-H管中，电子从热阴极发射，阴极K和第二栅极G2之间的加速电压UG2K对电子进行加速。第一栅极在电子加速中起缓冲作用，以避免在加速电压过高时损坏阴极。在板P和G2之间施加反向排斥电压UpG2。电子通过KG2空间时，如果能量较大(≥eUpG2)，可以冲过反向排斥电场，到达平板，形成平板流，被微电流计pA检测到。如果电子在KG2空间与汞原子碰撞，一部分能量给予汞原子激发，剩余的能量太小，无法克服排斥电场，通过栅极后折回，那么通过检流计pA的电流就会显著减小。实验中栅极电压UG2K从零开始逐渐升高，观察pA表的板电流指示，会得到如图2所示的IP ~ ug2k关系曲线。它反映了KG2空间中汞原子和电子之间的能量交换。UG2K逐渐增大时，电子的能量在加速过程中逐渐增大，但在电压初始上升阶段，大部分电子达不到激发汞原子的动能，只是与汞原子弹性碰撞，基本不损失能量，所以通过网格到达平板，形成的平板流Ip随着UG2K的增大而增大，如曲线的oa段。当UG2K接近并达到汞原子的第一激发势U0时，电子与网格附近的汞原子发生碰撞，使得汞原子在获得能量后从基态跃迁到第一激发态。碰撞使电子失去大部分动能，即使穿过网格，也会因为无法克服反向排斥电场而返回网格。所以Ip明显降低，比如曲线的ab段。当UG2K超过汞原子的第一激发势时，电子可能在到达网格前与汞原子发生非弹性碰撞，然后继续加速。当到达网格时，它们通过排斥电场积累能量，到达板块，使电流上升(曲线的bc段)。直到栅电压UG2K接近两倍汞原子的第一激发电位(2U0)时，电子会在KG2之间与汞原子发生两次碰撞，使自身能量降低到无法克服排斥电场的程度，板电流第二次下降(曲线cd段)。同样，在任何地方(3)，Ip都会下降，形成有规律波动的IP ~ UG2K曲线。对应于两个相邻板电流的Ip压降的栅极电压之间的差是汞原子的第一激发电势U0。

处于第一激发态的汞原子会在极短的时间后回到基态，然后以电磁波的形式辐射出相当于eU0的能量。从公式(2)导出

eU0=hν=h c/λ(4)

其中:c是真空中的光速；λ是辐射光波的波长。

这种波长λ=253.7(nm)的紫外线可以用分光计从F-H管中分析出来。

附:几种常见元素的第一激发电势(U0)，钠(Na)，钾(K)，锂(Li)，镁(Mg)，汞(Hg)，氦(he)，氖(Ne)U0/v2 . 121 . 631 . 843 . 24 . 9 21.218 . 61)映射F-H管IP ~ UG2K。

(1)加热炉加热温度控制。将温度计插入炉子顶部的小孔中。温度计棒上有一个固定夹，可以调节棒插入炉内的深度。固定夹的位置已经调整好了，所以体温计可以插进小孔里。温度计杆末端的电缆连接到“传感器”的专用插头上，这个传感器插头插入温度控制器后面板上的专用插座中。打开温控电源，调节温控旋钮，设定加热温度(本实验为180℃左右)，让加热炉升温30分钟。当温度控制继电器跳动时(指示灯同时跳动)，已经达到预定的炉温。

(2)测量F-H管的IP ~ UG2K曲线。实验仪器的整体连接见图3。将电源部分的UF调节电位器旋钮和扫描电源部分的“手动调节”电位器旋钮旋至最小(逆时针)。扫描选项设置为“手动”。微电流放大器的测量范围可以设置为10-7A或10-8A(对于充汞管)。炉温达到预定温度后，打开两台仪器的电源。根据F-H管的参考工作电压数据，分别调整UF、UG1、UG2，预热3 ~ 5min。

(a)手动工作模式测量。慢慢调节“手动调节”电位器，提高加速电压，注意观察微电流放大器中出现的峰谷电流信号。当加速电压达到50 V ~ 60 V时，大约出现10个峰值。在测量过程中，如果加速电压增大到较大值时电流表突然大范围过载，应立即降为零，然后检查灯丝电压是否过大，或适当降低灯丝电压(每次降低0.1V~0.2V为宜)重新进行一次全程测量。逐点测量IP ~ UG2K的变化关系，然后在毫米见方的纸上画出适当比例的IP ~ UG2K曲线。从曲线中确定对应于Ip的每个峰和谷的两组UG2K值。用逐差法计算两组数据，然后将汞原子第一激发电位U0的两个值取平均值，与标准值4.9V比较，求百分差。如果整个测量过程中电流表指示过小，可适当提高灯丝电压(每次提高0.1V~0.2V为宜)。

(b)自动扫描测量。将“手动调节”电位器旋至零，功能记录仪不会先上电。调节“自动上限”电位计，设置锯齿波加速电压的上限。先将电位器逆时针旋转至最小，然后输出锯齿加速电压上限约为50V，再将“扫描选择”开关旋至“自动”位置。当输出锯齿波加速电压时，从电流表观察到峰谷信号。锯齿波扫描电压达到上限后，会归零，开始新的扫描。在数字电压表和电流表上观察到正常的自动扫描和信号后，可以使用功能记录器进行记录。记录仪的x输入范围可以设置为5V/cm，y输入范围可以根据电流信号选择，一般可以先设置为0.1V/cm。打开记录仪，就可以画出完整的Ip变化曲线。(1)实验装置采用220V交流单相电源，电源进线中接地线应接触良好，防止干扰，确保安全。

(2)功能记录仪x输入的负极端子不能与y输入的负极端子连接，也不能与记录仪的地线(⊥)连接，否则会损坏仪器。

(3)如果实验过程中发生电离击穿(即电流表严重过载)，应立即将加速电压降至零。以免损坏管道。

(4)加热炉外壳温度高。移动时注意手柄，电线不要靠在炉壁上，以免烫伤，使塑料线变软。

弗兰克赫兹实验相关问题

在丹麦物理学家N .玻尔首次发表原子稳态跃迁的量子理论后的第二年(1914年)，德国物理学家J .弗兰克和G.L .赫兹发现，当电子和原子发生非弹性碰撞时，电子会将一定的能量转移到原子上并激发原子，从而证明，同年，在应时制作的F-H管中，拍摄到了汞原子激发所需最小能量对应的谱线，从而验证了玻尔理论中的频率定律。1920年，弗兰克和他的合作者在一个改进的装置中测量了原子的亚稳态能级和更高的激发能级，进一步证实了原子具有分立能级的概念。显然，他们的实验为玻尔的理论提供了直接而有力的实验基础，而玻尔的理论是独立于光谱研究方法的。正因如此，他们获得了1925年的诺贝尔物理学奖，他们的实验方法至今仍是探索原子结构的重要手段之一。【实验目的】1。测量汞原子的电离势。2.确定汞原子的第一激发势，证明原子能级的存在。3.通过这个实验，我们可以了解实验中的宏观量是如何与电子和原子碰撞的微观过程联系起来的，然后利用它们来研究原子的内部结构(通过这个实验，我们可以了解弗兰克-赫兹实验的物理思想和方法)。【实验原理】根据玻尔的量子理论，原子处于一系列不连续的能量状态，称为稳态，具有确定的能量值。原子从一个稳态到另一个稳态的跃迁常常伴随着电磁波(光)的吸收或辐射。光的频率取决于跃迁发生的两个稳态en和Em之间的能量差。根据能量守恒定律，在下面的频率定律中可以得出H是普朗克常数。正常情况下，大部分原子处于基态(最低能态)。当原子吸收电磁波或被其他能量足够的粒子碰撞时，可以从基态跃迁到一系列能量更高的激发态。从基态跃迁到第一激发态所需的能量称为临界能量，这是最低的能量。从基态到电离所需的能量称为电离能，是最高的能量。弗兰克和赫兹利用低能电子和原子之间的能量交换定律来研究原子的能级结构。1.关于激发电势本实验中，电子被电场加速，与稀有气体中的汞原子发生碰撞。一个初速度为零的电子在一个电势为u的加速电场作用下会获得能量eU，当这个能量小于汞原子激发的临界能量时，电子与汞原子的碰撞就是弹性碰撞。由于电子的质量远小于汞原子的质量，碰撞后电子的能量几乎没有损失。如果电子的能量是汞原子激发所需的临界能量，汞原子将有一定概率从电子获得能量，从基态E1跃迁到第一激发态E2，即电子与汞原子发生非弹性碰撞，电子损失一定的能量E2-E1 = eU0，汞原子获得这个能量，跃迁到更高的能态。这个电势差U0称为汞原子的第一激发态电势，通过测量U0可以得到汞原子基态和第一激发态之间的能量。实验中，电子与原子的碰撞是在一个密封的玻璃管中进行的，密封前抽真空后充入水银(或其他物质)。该管配有阴极、栅极和极板(阳极)。实验中使用的这种真空三极管叫做弗兰克-赫兹管(F-H管)。目前四极F-H管也很常见，常用于测量汞(或其他)原子的一系列较高激发能级。这里我们只解释三极管F-H管的工作原理。图5.11-1弗兰克-赫兹实验示意图图5.11-2 IA~UGK曲线

弗兰克-赫兹实验的工作原理如图5.11-1所示。将F-H管置于温控加热炉中，温度控制器可使实验温度在80~220℃。在实验温度下，管内部分汞由液态变为气态，热阴极发射电子，通过阴极K和栅极G之间的可调电压UGK加速获得能量。测量汞原子第一激发电位时，在A端打开开关(相当于微电流测量放大器面板上的“工作状态”开关转到“R”位置)，实验温度应大于130℃，电子在向栅极移动的过程中会不断与气体原子发生碰撞。实验装置的巧妙之处在于，在极板A和栅极G之间设置了约2V的反向电压用于收集电子，这种电压称为排斥电压UGA。这个电压屏蔽了在K-G空间中与汞原子碰撞的电子。穿过栅极进入GA之间碰撞的电子的剩余动能必须大于eUGA才能克服电场的阻力到达板A形成电流，所以板电流(板电流)IA的大小与电子在与气体原子碰撞过程中的能量损失有关。实验中，栅极与阴极之间的栅极(加速)电压UGK逐渐增大，测得板电流IA随UGK的变化，可得到如图5.11-2所示的IA~UGK曲线。这条曲线的明显特征是，随着UGK的增加，板流IA整体上逐渐增大，但却清晰地呈现出一系列的极大值和极小值，每个极大值或极小值之间的间隔约为4.9V V，接下来我们将解释上述曲线的形状以及影响曲线的因素。当加速电压UGk从零开始上升，直到接近汞原子的第一激发电位U0时，由于电子与汞原子的碰撞是弹性的，电子几乎不损失能量，板电流IA随着UGK的增加而增加。当UGK等于或略大于U0时，一些电子开始与网格附近的汞原子发生非弹性碰撞，几乎所有的能量都给了汞原子来激发它们。这些已经失去能量的电子不能克服排斥电压势垒并返回到栅极，使得板电流IA开始减小。随着UGK的增加，更多的电子与汞原子发生非弹性碰撞，失去eU0的能量。由于排斥电压的负势垒，这些已经失去能量的电子无法到达板极形成电流，所以板极电流IA继续减小。直到UGK≥U0+UGA，部分经过非弹性碰撞的电子剩余动能略大于eUGA，能克服排斥电压到达板，即板电流IA开始上升。当UGK≥2U0时，部分电子可能经历K-G空间的第二次非弹性碰撞(此时第一次非弹性碰撞明显不在网格附近)而耗尽能量，板电流IA将第二次下降。当UGK≥2U0+UGA时，一些失去2eU0能量的电子因为有足够的能量而开始到达板极，于是板极电流IA又开始上升。同样，得到多峰(谷)的IA~UGK曲线，如图5.11-2所示。峰值处的电压UGK大约等于nU0，谷值处的电压UGK大约等于nU0+UGA，并且峰值(谷值)之间的距离正好是U0。这种周期曲线的出现，说明原子和电子非弹性碰撞时，原子吸收的能量是一定的，即原子内部存在一个量子化的能级。从上面的分析我们也可以理解，排斥电压UGA对IA~UGK曲线的影响很大:当UGA过小时，它无法屏蔽经历过非弹性碰撞的热电子，导致最小值过大，峰谷差变小；UGA太大，大部分电子会被屏蔽掉，导致最大值太小，峰谷现象不明显。实验表明，UGA取2V左右的适中值为好。需要指出的是，每个电子的能量在任何时候都不是完全相等的，而是按照一定的统计规律分布的。电子与原子的碰撞也是一个偶然的微观事件，因为原子与具有足够能量的电子碰撞时被激发到某一能态的概率既与激发态的能级有关，也与碰撞电子的能级有关。例如，当一个电子的能量略大于eU0时，汞原子被激发到第一激发态的概率很高，而被激发到其他能级的概率为零；当电子的能量明显大于eU0时，汞原子被激发到第一激发态的几率明显减小，而被激发到其他允许能态的几率明显增大。当电子的能量大于汞原子的电离能时，碰撞的结果主要是电离汞原子。当然，很多其他允许的事件还是有不相等的概率。我们还必须注意到，在从阴极向栅极移动的过程中，由于与汞原子的频繁碰撞，电子向KG方向曲折前进。很容易理解，电子的加速过程(获得能量的过程)是以其自由程为区间分段进行的，电子的平均自由程与汞原子的密度有关。当温度升高时，饱和汞蒸气的原子数密度明显增加，电子的平均自由程很小，碰撞频率很高。应该记住，即使在弹性碰撞中，当电子与汞原子碰撞时，仍然有大约10-5的原始能量损失。不要小看这个数字，因为一个电子的平均自由程也很小(10-7~10-5m)。只有当电子在自由路径中从电场中获得的能量大于弹性碰撞损失的能量时，它才能积累足够的能量。因此，为了激发汞原子，饱和气体的温度不能太高，电场也不能太小。当温度合适时(一般在140℃~ 220℃之间)，电子的累积能量可以大于eU0。但此时由于自由程小，与汞原子的(非)弹性碰撞频繁，电子很难达到远大于eU0的能量。当温度低至70~90℃时，由于电子平均自由程的明显增加，一些电子可能积累更多的能量，将汞原子激发到更高能级，甚至使其电离。可见在实验中保持F-H管在一定的温度下是非常重要的。需要特别注意的是，阴极发射的热电子初始动能大于零，阴极与栅极因材料不同而产生的接触电位差使得整个IA~UGK曲线发生偏移，每个峰(谷)都不在原来的位置，但任意两个相邻峰(谷)之间的距离仍为U0。实际上，由于汞原子亚稳态能级的存在，原子的顺序(分步)激发(即处于激发态的原子与电子再次碰撞，在去激发前被激发到更高能级)，光电效应，光致激发和光电离，整个过程变得非常复杂，同时相当数量的汞原子被激发到更高能级甚至电离。在能量交换频繁的几个区域会看到淡蓝色的环，这明显反映了水星的光谱特征。这是被激发到高能级的汞原子回到低能态时发出的可见光。当然，实验室使用的F-H管大部分是玻璃，对紫外线是不透明的，所以无法捕捉到临界能量对应的紫外线，其波长为nm。但弗兰克-赫兹在用应时制成的能透射紫外光的F-H管做实验时，发现加速电压UGK小于4.9V时没有辐射，UGK稍大于4.9V时，水银有辐射，辐射的谱线是波长为2.5×102nm的紫外光。最后，我们指出灯丝电压对曲线也有很大影响:灯丝电压过大，导致阴极温度过高，阴极发射的电子过多，会使微电流放大器饱和，堵塞IA~UGK曲线，也使F-H管更容易完全击穿；灯丝电压太小，参与碰撞的电子数量太少，导致曲线峰谷较弱。实验中灯丝电压一般在6.3V V. 2左右。关于电离势当电子的能量达到或超过汞原子的电离能WZ = eUZ(UZ称为原子的电离势)时，汞原子会因与汞原子碰撞而电离。用F-H管测量汞原子电离势有两种方法，我们只介绍离子电流检测法。图5.11-3离子电流IA~UGK曲线离子电流检测法的工作原理如图5.11-1所示。此时开关K转到B端(相当于微电流测量放大器面板上的“工作状态”开关转到“I”位置)，触发器A相对于阴极K处于负电位，从阴极出来的电子加速到栅极，被较大的减速电压阻挡，但不能到达极板A，只有带正电的粒子才能到达极板A，形成离子电流IA。此时需要将炉温降至80~90℃，汞原子的密度很小，电子的平均自由程很大。从阴极出来，经历碰撞最少的电子，在加速电压UGK的作用下，会获得能量eUGK。当该能量达到或超过汞原子的电离能WZ时，汞原子将被电离，并且离子流将在板电极处被收集。因为电离是雪崩，所以不受控制时，离子电流随着UGK的增加而迅速增加。实验结果大致如图5.11-3所示，曲线的拐点为电离势，汞的电离势约为10.4V V【实验仪器】一套FH-1A弗兰克-赫兹实验仪器，包括加热炉、弗兰克-赫兹管和微电流测量放大器。【实验内容】1。预热和调整(1)打开装有充汞F-H管的温控加热炉电源，选择一定的温度(由实验室确定)，调节温控旋钮，预热15~30分钟，以获得合适的汞蒸气密度。(2)同时打开微电流测量放大器的电源进行预热。将仪器的“栅压选择”开关拨到“m”(锯齿波自动扫描电压)，此时电压表指针会慢慢上升到某一值，突然下降然后又慢慢上升。然后将“电网电压Ug”旋钮逆时针旋转到最小，将“电网电压选择”开关旋转到“DC”，预热20分钟后，将“工作状态”旋转到“R”，将电流表校准到“零”和“满”。零点调整和满量程有细微的联系，需要反复调整。(3)用万用表调节UGA，使其约为2.2V DC，并记下UGA。(4)将“栅极电压Ug”旋钮旋至最小，将“栅极电压选择”和“工作状态”旋至“0”，用附带的专用连接线连接测量放大器加热炉面板上的相应电极(注意！千万不要让G、K、H接反或短路)，用万用表检查K、H的灯丝电压是否为6.3V. 2。测量汞原子UZ的电离势。加热炉稳定在所需温度(80℃左右)，微电流测量放大器稳定工作，弗兰克-赫兹管充分预热后，可先逐点测量电离电位。(1)先做一个粗略的观察。将“工作状态”转到“I(电离)”，“放大倍数”为× 10-5。转动“电网电压调节”旋钮，慢慢增加UGK的数值，全面观察IA的变化。当电流IA变化明显(注意“速率”档的更换)，从玻璃窗看到加热炉内F-H管的K-G空间出现微弱的蓝光时，说明管内的汞原子已经电离。此时不应增加UGK，以免过度电离(过度电离时F-H管发出强烈的蓝光)，对管造成严重损伤，应立即降为零。(2)小心地从零开始调整UGK，并测量和记录一系列对应于UGK的IA值。当电流明显变化时，测量结束，将“电网电压Ug”调整到最小。注意多测量电流开始变化的点，这样可以更准确的找出曲线的拐点。3.测量汞原子的第一激发电势U0。测量电离电位后，将“工作状态”开关拨到“R(激发)”，然后调节加热炉温控开关，使炉温升至180℃。稳定后，可以测量激发电位。(1)进行全面观察。暂时将“放大倍数”设置为×10-6或×10-5，慢慢增加UGK的数值，综合观察IA的变化。注意及时改变放大倍数，以适应当前的变化。(2)测量IA～UGK曲线。使UgK从零开始缓慢增加，记录电流IA和UGK (UG)对应的电压值。特别是要仔细查找和读取IA的峰谷值和对应的UGK值。为了方便绘图，应该在每个峰谷值附近多测点，记录测试条件。(3)改变炉温(如140℃和220℃)或(稍微)改变排斥电压，然后测量几条IA ~ UGK曲线的影响。4.用示波器观察IA ~ UGK图形(本实验内容可根据实验室条件选择)(1)将示波器的Y轴连接到微电流测量放大器后盖的输出端，用“×1”作为Y轴的增益，这样扫描速度较慢。(2)炉温应提高到200℃以上，以避免F-H管严重损坏。(3)放大倍数在×10-4或10-3范围内，即电表的灵敏度不必太高。(4)将“栅极电压选择”旋至“m”，在示波器屏幕上可以看到IA~UGK图。记录的波形与逐点测量的图形扭曲(扫描时间尽量短)。5.用X ~ Y函数记录仪画IA ~ UGK曲线(本实验内容可根据实验室条件选择)(1)将示波器的开关接到记录仪的输入端，将记录仪的X轴接到微电流放大器的GK端。记录仪Y轴的量程为5mV/cm，X轴的量程为5V/cm。(2)函数记录仪预热后，用锯齿波电压扫描，可在记录纸上画出完整的IA ~ UGK曲线(扫描时间尽量短，以免F-H管严重击穿)。【数据处理】1。计算汞原子的电离势UZ。根据测量结果，绘制出离子电流IA随加速电压UGK变化的曲线，从曲线的拐点计算出汞原子的电离势。2.根据测量结果计算出汞原子的第一激发电位U0，画出电子流IA随栅压UGK变化的曲线图，根据微分法由曲线的峰谷值分别计算出相邻峰谷间电压的平均值，然后平均计算出汞原子的第一激发电位U0的测量结果。【注意事项】1。在测量过程中，当IA迅速增加或F-H管显示强烈的蓝光时，立即将UGK减小到零。2.加热炉外壳温度高，注意避免烫伤。3.由于炉内温度场不均匀，温度计的水银泡必须与F-H管栅极阴极的中段在一条直线上。4.当炉温过低时，不要加灯丝电压和栅极电压。5.如果要测IA ~ UGK曲线的第一个峰谷值，炉温要低(140℃左右)，但要注意此时F-H管容易被完全击穿。6.实验结束后，将“栅压选择”和“工作状态”切换到“0”，将“栅压调节”调到最小。暂时不要拆下K、H、G连接线，不要切断微电流放大器的电源。应先切断加热炉电源，小心松开加热炉面板，使其迅速冷却。只有当温度降到120℃以下时，才能切断放大器和各种连接，以延长管道的使用寿命。【预习题】1。假设汞原子的第一激发势为4.9V，能量分别为4.0eV和5.2eV的电子与汞原子碰撞会损失多少能量？2.排斥电压如何影响IA ~ UGK曲线？3.汞的电离电位应在90℃±10℃左右测量。为什么？4.当温度较高时，IA ~ UGK曲线的第一个峰和谷不易出现。为什么？5.弗兰克-赫兹管阴极与栅极的接触电位差对IA ~ UGK曲线和电离势的测定有什么影响？如何从实验结果估计它的大小？【分析讨论题】1。测量汞原子的第一激发势时，观察浅蓝色晕的特征及其与UGK的关系并解释为什么？2.一般IA ~ UGK曲线的谷值不为零，随着加速电压UGK的增大而增大，这是由于原子电离形成背景电流的各种原因。根据实验结果，解释背景电流与UGK的关系及其对峰谷测量的影响。如何消除这种影响？3.从汞原子的电离势和第一激发势，获得汞原子的基态和第一激发态的能量值。

弗兰克赫兹实验通过什么实验现象说明原子内部的能量是量子化的

弗兰克·赫兹实验表明，用低速电子轰击原子，使原子内部的能量量子化。

为了研究原子中的能量时间问题，弗兰克和赫兹用一种简单有效的方法，用低速电子轰击原子，观察它们之间的相互作用和能量转移过程，从而证明了原子中量子化能级的存在。

弗兰克-赫兹实验证明，原子内部结构存在离散的稳态能级。这一事实直接证明了汞原子具有玻尔设想的“完全确定和分离的能态”，这是玻尔原子量子化模型的第一个决定性证据。

弗兰克赫兹实验逐差法处理数据

用差分法分别划分波峰和波谷。。。然后描图。。

弗兰克赫兹实验说明了什么

弗兰克-赫兹实验证明原子内部结构存在离散的稳态能级，验证了原子能级的存在。

原子能级的含义是指原子的能量不是连续的，而是一些离散的值。如果是这样的话，原子只能吸收一定量的能量(等于原子两个能级之差)，这是在弗兰克-赫兹实验中观察到的。

这一事实直接证明了汞原子具有玻尔所设想的“完全确定和分离的能态”，这是玻尔原子量子化模型的第一个决定性证据。

弗兰克赫兹实验能否用氢气或氧气

不，氢比氩更活泼，更不稳定，更危险。它可以燃烧，密度较低。为了安全和可行性，实验中不考虑氢气。

弗兰克-赫兹实验证明，原子内部结构存在离散的稳态能级。这一事实直接证明了汞原子具有玻尔设想的“完全确定和分离的能态”，这是玻尔原子量子化模型的第一个决定性证据。

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弗兰克·赫兹实验结果的解释:

利用弹性碰撞和非弹性碰撞理论，Frank和Hertz对这个实验给出了合理的解释。当电压很低时，被加速的电子只能获得一点点能量。它们只能在纯弹性下与汞原子碰撞。这是因为量子力学不允许原子吸收任何能量，除非碰撞能量大于将电子跃迁到更高能量量子态所需的能量。

因为纯弹性碰撞，系统中的总动能差不多。因为电子的质量远小于汞原子的质量，所以电子可以紧紧地获得大部分动能。提高电压会增加电场，刚从阴极发射出来的电子也会感受到静电力。电子会加速，带着更多的能量冲向网格。

因此，更多的电子将冲过栅极，到达阳极。因此，电流表读取的电流也将单调增加。汞原子的电子最低激发能是4.9eV，当加速电压上升到4.9伏时，每个移动到栅极的自由电子至少有4.9eV的动能(加上该温度下电子的静能)。

自由电子和汞原子之间可能发生非弹性碰撞。自由电子的动能可能被用来使汞原子的束缚电子从一个能量量子态跃迁到另一个能量量子态，从而增加束缚电子的能量极点，这被称为汞原子被激发的过程。

然而，在这种非弹性碰撞之后，自由电子失去了4.9eV的动能，它不再能够克服栅极和阳极之间的负电压。大部分自由电子会被栅极吸收。因此，到达阳极的电流将急剧减少。

假设加速电压超过4.9伏，自由电子在从阴极到栅极的途中会遇到非弹性碰撞，损失4.9 eV，然后继续被加速。这样，在电压超过4.9eV之后，电流再次单调增加。当电压为9.8伏时，情况又发生了变化。

每个自由电子有足够的能量引起两次非弹性碰撞，损失9.8eV，自由电子无法到达阳极。电流表的读数将再次急剧下降。每当电压增加4.9伏时，就会发生这种情况。电子积累了足够的能量(4.9eV的整数倍)后，引起更多的非弹性碰撞。

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