1、弗蘭克赫茲實驗，大學(xué)物理實驗，弗蘭克g赫茲(James Franck，1882-1964) (Gustav Hertz，1887-1975)，弗蘭克1882年八月二十六日出生于德國漢堡海德堡大學(xué)，他在那里呆了一年1906年在瓦爾堡導(dǎo)師的地圖下獲得了博士學(xué)位。在法蘭克福大學(xué)擔任助教，不久回到柏林大學(xué)擔任助教。1911年獲得柏林大學(xué)物理“大學(xué)授課資格”，并在柏林大學(xué)講課，直到1918年。在戰(zhàn)爭中獲得一級鐵十字勛章后，成為了該大學(xué)的物理學(xué)副教授。1917年擔任威廉皇帝物理化學(xué)研究所的分部主任。1921年被聘為哥廷根大學(xué)教授，擔任第二實驗物理研究所主任。人物介紹，為了抗議1933年希特勒反猶太法，弗蘭

2、克公開發(fā)表聲明，辭去教授職務(wù)，離開德國，前往哥本哈根。一年后，他移居美國，成為美國公民。1935年1938年擔任約翰霍普金斯大學(xué)物理系教授。他從1938年開始擔任芝加哥大學(xué)物理化學(xué)教授，直到1949年退休。第二次世界大戰(zhàn)期間，他參與了原子彈開發(fā)相關(guān)的工程，但和大多數(shù)科學(xué)家一樣，他反對在日本使用原子武器。芝加哥大學(xué)時期，弗蘭克擔任牙齒學(xué)校光合作用實驗室主任，研究各種生物過程，尤其是光合作用物理化學(xué)機制。1964年弗蘭克訪問格丁根時，于五月二十一日去世。g .赫茲，1887年七月二十二日出生在漢堡。他是電磁波的發(fā)現(xiàn)者h .赫茲的侄子。赫茲于1906年進入哥廷根大學(xué)，后來在慕尼黑和柏林大學(xué)學(xué)習(xí)，并于

3、1911年畢業(yè)。1913年擔任柏林大學(xué)物理研究所研究助理。第一次世界大戰(zhàn)爆發(fā)后，赫茲于1914年參軍，1915年在一次行動中受重傷，1917年返回柏林，擔任郊區(qū)教師。赫茲在1920至1925年間，他在埃因霍溫的菲利普白熾燈工廠物理實驗室工作。1925年，赫茲被選為哈雷大學(xué)的教授和物理研究所所長。1928年回到柏林夏洛特滕堡工業(yè)大學(xué)物理系主任。1935年因政治原因辭去主任職務(wù)，回到工業(yè)界擔任西蒙公司研究室主任。從1945年到1954年，他在蘇聯(lián)工作，領(lǐng)導(dǎo)了一個實驗室，牙齒期間，他被任命為萊比錫卡爾馬克思大學(xué)物理研究所所長和教授。1961年退休，先后在萊比錫和柏林居住。1913年，赫茲和弗蘭克一起

4、開始研究電子碰撞。G. Hertz發(fā)表了很多關(guān)于電子和原子之間能量交換的論文，還發(fā)表了關(guān)于電離電勢測量的論文。部分是單獨完成的，部分與弗蘭克、克羅弗斯合作。他還有關(guān)于同位素分離的著作。g .赫茲是德國科學(xué)院院士，1975年在柏林去世。丹麥物理學(xué)家尼波在1913年提出了自己的原子結(jié)構(gòu)假說，認為圍繞原子核旋轉(zhuǎn)的電子軌道半徑只能取一些被稱為軌道量子化的分立數(shù)字。不同的軌道徐璐對應(yīng)不同的狀態(tài)。在牙齒狀態(tài)下，這種狀態(tài)是穩(wěn)定的，因為電子在高速運動，但不會向外部釋放能量。原子根據(jù)狀態(tài)有不同的能量，所以原子的能量也是量子化的。由玻爾的理論發(fā)展的現(xiàn)代量子物理學(xué)認為原子核外電子的可能狀態(tài)是不連續(xù)的，因此各狀態(tài)的對

5、應(yīng)能量也是不連續(xù)的。這些能量值是能量級別。牙齒理論指出，原子處于穩(wěn)定狀態(tài)時不發(fā)射能量，只有當原子從高能狀態(tài)(能量Em)跳躍到低能狀態(tài)(能量En)時才會發(fā)射。輻射能量必須滿足E=Em En (1)牙齒外部提供的能量，原子跳至高能級的能量快車，原子才能被吸收和跳躍。否則不會被吸收。1914年，弗蘭克和赫茲通過緩慢的電子通過水銀蒸汽的實驗，測量了水銀原子的第一次發(fā)生潛力，證明了原子分立能量狀態(tài)的存在。后來，他們觀察了實驗中受刺激的原子回到正常狀態(tài)時發(fā)出的光，測量的輻射光的頻率很好地滿足了玻爾理論。弗蘭克赫茲實驗的結(jié)果為玻爾的原子模型理論提供了直接的證據(jù)，也是玻爾原子理論的有力支持。玻爾以原子模型理論

6、獲得了1922年諾貝爾物理學(xué)獎。弗蘭克和赫茲的實驗在1925年獲得了諾貝爾物理學(xué)獎。弗蘭克赫茲實驗和玻爾理論在物理學(xué)發(fā)展史上發(fā)揮了重要作用。第一，實驗?zāi)康氖峭ㄟ^弗蘭克赫茲實驗來理解原子內(nèi)部的能量量子化。用實驗方法測量氬原子的第一次發(fā)生電位，證明原子分立狀態(tài)(能量級)的存在。2，實驗儀器，F(xiàn)H2051弗蘭克赫茲實驗機YB4320示波器，3，實驗原理，玻爾原子理論的兩個茄子基本假設(shè)：(1)正態(tài)假說。原子具有恒定的能量值EJ (J=1，2，3，)的特定狀態(tài)。牙齒數(shù)據(jù)徐璐分離，不連續(xù)。(2)頻率規(guī)則。原子從一種穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)移到另一種穩(wěn)定狀態(tài)時，吸收或釋放一定頻率的電磁輻射。頻率的大小取決于原子所在的兩種

7、狀態(tài)之間的能量差異，滿足以下關(guān)系：其中h=6.63104Js稱為普朗克常數(shù)。為了頻率，En，Em是兩種茄子不同狀態(tài)的能量，原子狀態(tài)的變化一般發(fā)生在兩種茄子情況下。一是原子本身吸收或釋放電磁輻射，二是原子與其他粒子碰撞交換能量的時候。本實驗是利用具有一定能量的電子與氬原子碰撞，進行能量交換，實現(xiàn)氬原子狀態(tài)的變化。根據(jù)玻爾理論，當處于基態(tài)的原子的狀態(tài)發(fā)生變化時，它需要的能量比從基態(tài)跳到第一個激態(tài)所需的能量少，稱為臨界能量。電子和原子碰撞時，如果電子能量小于臨界能量，彈性碰撞(電子不會失去能量)牙齒發(fā)生。如果電子能量大于臨界能量，則會發(fā)生非彈性碰撞(電子將E=E2-E1的能量交給氬原子，只保留剩下的

8、部分)。將E2和E1分別設(shè)定為原子的第一個發(fā)生狀態(tài)和氣體量。超動能為零的電子通過電位差U0的電場作用得到能量eU0。eU0=h=E2-E1電子與原子碰撞時，原子從電子獲得能量，從基態(tài)跳到第一個發(fā)生狀態(tài)。相應(yīng)的電位Ug稱為氬原子的第一個發(fā)生電位。電子的能量大于或等于第一刺激能量時，原子開始發(fā)光。弗蘭克1赫茲實驗原理(見圖1)弗蘭克1赫茲管道是具有雙柵極結(jié)構(gòu)的圓柱形充電4級管道。陰極K，板極A，第一柵G1，第二柵G2。第一柵G1的作用主要是消除空間電荷對陰極電子發(fā)射的影響，提高發(fā)射效率。第一柵極G1和陰極K之間的電位由電源供應(yīng)裝置UG1提供。電源供應(yīng)裝置Uf加熱燈絲，加熱側(cè)熱式陰極K，產(chǎn)生慢電子。

9、掃描電源添加在柵極G2和陰極K之間，產(chǎn)生出陰極的電子加速，通過管內(nèi)蒸汽移動到柵極G2的加速器。圖1弗蘭克赫茲實驗電路圖，充電的弗蘭克赫茲管中，電子從熱陰極發(fā)射，熱陰極K和第二柵G2之間的加速電壓VG2加速電子。在板極P和第二柵極G2之間添加了反向回彈電壓VP，以防止電子從晶格飛向陽極。當電子通過空間KG2進入空間G2P時，如果能量更大(eVP)，則可以通過反排斥電場形成陽極，形成陽極，用微電流表A測量。如果電子在KG2空間中與氬原子碰撞，將一些能量傳遞到氬原子并刺激，那么電子本身剩下的能量就很小，通過第二個柵極后，不足以克服排斥電場，可以返回第二個柵極。此時通過微電流表的電流將顯著減少。對于電子不同的部分：1。K-G1段電子由電場快速加速獲得能量。2.G1-G2段電子繼續(xù)從電場中獲取能量，與氬原子繼續(xù)碰撞。當能量小于氬原子第一次發(fā)生狀態(tài)和基態(tài)的能量水平差異EE2E1時，氬原子基本上不吸收電子的能量