夫兰克-赫兹实验
教材为《近代物理实验》，第二版，戴乐山，戴道宣. 高等教育出版社，2006.7。实验一 弗兰克-赫兹实验。校图书馆有电子版。
实验室和教师介绍
实验室位于物理楼161房间
实验教师有姚红英,杨新菊老师等
主要器材
- 复旦双栅柱面型四极式夫兰克赫兹实验管
- 微电流放大器
- 夫兰克赫兹实验仪
- x-y记录仪
实验目的、意义和要求
夫兰克赫兹为了研究气体放电中的低能电子和原子之间的相互作用，设计了电子与原子碰撞的实验，在电离电势的研究时，发现电子与原子发生非弹性碰撞时能量的转移是量子化的。此实验事实可以用来证实玻尔的原子理论。
通过实验,可以了解夫兰克和赫兹研究气体放电现象中低能电子间相互作用的实验思想和方法,了解电子与原子碰撞的微观过程是怎样与实验中的宏观量相联系,并可用于研究原子内部的能量状态与能量交换的微观过程.
实验原理及内容
玻尔原子结构理论
- 原子是由原子核和核外电子所组成，原子核位于原子的中心，电子沿着以核为中心的各种不同直径的轨道运动;
- 在一定轨道上运动的电子，具有一定的能量，轨道不同，则其能量大小不相同；
- 当电子从一个轨道跃迁到另一个轨道时，会产生能量的变化。若原子吸收能量，则电子从低能级跃迁到高能级；而当电子从高能级跃迁到低能级时，原子会放出能量。
电子与汞原子的相互作用
- 当电子的能量小于临界能量时，电子与汞原子的碰撞是弹性碰撞，电子与汞原子之间几乎不交换能量；
- 当电子的能量达到临界能量时，电子与原子发生非弹性碰撞，电子几乎把全部能量传递给汞原子，使汞原子激发。
汞原子的能级图
测量汞的第一激发能
测量汞的较高能级的激发能
测量汞原子的电离电位
实验报告要求
- 写明本实验的目的和意义。
- 阐述实验的基本原理、设计思路和研究过程。
- 记下所用仪器、材料的规格或型号、数量等。
- 记录实验的全过程，包括实验步骤、各种实验现象和数据处理等。
- 分析实验结果，讨论实验中出现的各种问题。
- 得出实验结论，并提出改进意见。
实验思考题
- 实验中板极电流与加速电压之间存在什么关系？和电子与原子的微观碰撞过程是怎样联系在一起的?
- 实验中如何选取合适的温度?
- 加反向电压的作用,以及对实验曲线的影响?
参考书籍与资料
- 杨福家.原子物理学.第2版.北京:高等教育出版社,1990
- A.C.Melissinos.Experiments in modern physics.New York:Academic Press,1966.8-17
- 郑广恒.近代物理.上册.上海:复旦大学出版社,1991
- 潘玉莲,王煜,潘正元.夫兰克-赫兹实验中Hg的第一激发电位的测量.物理实验,1995,15:154-156夫兰克_赫兹实验中hg的第一激发电位的测量
- 刘复汉.汞原子较高激发能级测量的研究.物理实验,1985,5:209-212
注意事项
- 实验线路要仔细检查,避免短路.
- 灯丝电压要缓慢的变化,每改变一次要等1-2分钟.
- 微电流放大器不能超载.
资料下载
Franck-Hertz experiment with higher excitation level measurements_刘复汉
讨论区
我有问题
《正交试验方法在大学物理实验中的应用》的正交设计原理，非常不清楚。能重新阐述一下吗？谢谢试验设计原理
正交试验设计中的核心是构造正交表。试验安排和试验结果的分析均在正交表上进
行。正交表是根据数理统计学的原理构造的。它满足两个条件: (1) 表上任意两列中相对
两个数之积的和等于零; (2) 表上任意两列相对两个数组成的‘数字对’中相同‘数字对’均
出现相同次数。因此,在正交表上安排试验可以使试验点(诸因素不同条件的组合) 具有
均匀分散性,所以可以进行综合分析比较,达到以较少的试验次数同样得到最佳结果的目
的。 具体可以参考上述论文正交试验方法在大学物理实验中的应用 — YuXi 2007/09/12 09:39就是这个：它满足两个条件: (1) 表上任意两列中相对 两个数之积的和等于零; (2) 表上任意两列相对两个数组成的‘数字对’中相同‘数字对’均 出现相同次数。 不懂啦 莫名其妙
可以参看新资料啦正交试验设计法简介 — Hongying Yao 2012/11/07 13:22
老师，汞原子的能级图上，6 1P1能级的能量是不是错了，应该是6.70，而不是6.07？书上是6.70，而且实验做下来也是和6 3P1相差1.8eV — 陆家靖 2013/09/21 21:41是错了！你说得是对的。谢谢指正！