近代物理实验3-2 弗兰克-赫兹实验

弗兰克-赫兹实验方啸（南开大学物理科学学院，天津 300071）【摘要】本文介绍了弗兰克-赫兹实验的基本原理，并介绍了如何利用实验测量汞原子的第一激发电位，从而证明了原子分立态的存在，进而揭示了与原子

弗兰克-赫兹实验 方啸 （南开大学物理科学学院，天津300071） 【摘要】 本文介绍了弗兰克-赫兹实验的基本原理，并介绍了如何利用实验测 量汞原子的第一激发电位，从而证明了原子分立态的存在，进而揭示了与原子内 部能量量子化效应。 【关键字】 弗兰克-赫兹实验玻尔原子模型汞原子激发电位 1. 引言 FrankHertz1914 弗兰克（）和赫兹（）于年采用了简单的实验方法，用慢电 子轰击稀薄气体的原子，研究碰撞前后电子能量的变化情况，测量了汞原子的第 一激发电位，从而证明了原子分立态的存在，揭示了原子内部能量量子化效应。 在实验中，他们还分析了受激汞原子的光辐射，测量了辐射光的频率，发现它们 Bohr- 很好地满足玻尔（）假设的频率定则。弗兰克赫兹实验为玻尔原子模型的 1925 理论提供了有力的实验依据。年，弗兰克和赫兹共同获得了诺贝尔物理学 奖。 2. 原理 （一） 玻尔原子模型 1. 定态假设：原子只能处在一些不连续的稳定状态中 2. 频率定则：当原子从一个稳定状态到另一个稳定状态时，就吸收或辐射一 定频率的电磁波 3.V<Vg 当时，由于电子的能量不足以让原子的能级改变，所以电子和原子 只能发生弹性碰撞，又由于碰撞遵循动量守恒，电子质量很小，导致电子损失能 量极小。 4.V>Vg 当时，电子与汞原子将发生非弹性碰撞，（如果汞原子跃迁至第一 eVg 激发态）电子损失能量为。 5.4.9eV 一方面，电子能量每到达的整数倍时，由于被汞原子吸收，电流计 的示数都会突然下降；另一方面，随着加速电压的增大，穿过两栅极之后的电子 “” 游足够大的能量克服拒斥电场而达到极板，被电流计检测到。