弗兰克-赫兹实验的误差分析

弗兰克—赫兹实验1914年，弗兰克（Franck，J．1882—1964）和赫兹在研究中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。他们的精确测定表明，电子与汞原子碰撞时，电子损失的能量严格地保持4.9eV，即汞原子只接收4.9eV的能量。基本信息时间 1914年学科 量子力学证明 原子内部结构存在分立的定态能级基本简介弗兰克1914年，弗兰克（James Franck，1882~1964）和赫兹(Gustar Hertz，1887~1975)在研究中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。他们的精确测定表明，电子与汞原子碰撞时，电子损失的能量严格地保持4.9eV，即汞原子只接收4.9eV的能量。这个事实直接证明了汞原子具有玻尔所设想的那种“完全确定的、互相分立的能量状态”，是对玻尔的原子量子化模型的第一个决定性的证据。由于他们的工作对原子物理学的发展起了重要作用，曾共同获得1925年的物理学诺贝尔奖。在本实验中可观测到电子与汞蒸汽原子碰撞时的能量转移的量子化现象，测量汞原子的第一激发电位，从而加深对原子能级概念的理解。弗兰克－赫兹实验为能级的存在提供了直接的证据，对玻尔的原子理论是一个有力支持。弗兰克擅长低压气体放电的实验研究。1913 年他和G.赫兹在柏林大学合作，研究电离电势和量子理论的关系，用的方法是勒纳德（P.Lenard ）创造的反向电压法，由此他们得到了一系列气体，例如氦、氖、氢和氧的电离电势。后来他们又特地研究了电子和惰性气体的碰撞特性。详细信息G.赫兹1925年诺贝尔物理学奖授予德国格丁根大学的弗兰克（JamesFranck，1882—1964）和哈雷大学的G.赫兹（Gustav Hertz，1887—1975），以表彰他们发现了原子受电子碰撞的定律。弗兰克－赫兹实验为能级的存在提供了直接的证据，对玻尔的原子理论是一个有力支持。弗兰克擅长低压气体放电的实验研究。1913 年他和G.赫兹在柏林大学合作，研究电离电势和量子理论的关系，用的方法是勒纳德（P.Lenard ）创造的反向电压法，由此他们得到了一系列气体，例如氦、氖、氢和氧的电离电势。后来他们又特地研究了电子和惰性气体的碰撞特性。1914年他们取得了意想不到的结果，他们的结论是：（1）汞蒸气中的电子与分子进行弹性碰撞，直到取得某一临界速度为止；（2）此临界速度可测准到0.1V，测得的结果是：这速度相当于电子经过4.9V的加速；（3）可以证明4.9伏电子束的能量等于波长为2536 的汞谱线的能量子；（4）4.9伏电子束损失的能量导致汞电离，所以4.9伏也许就是汞原子的电离电势。弗兰克和G.赫兹的实验装置主要是一只充气三极管。电子从加热的铂丝发射，铂丝外有一同轴圆柱形栅极，电压加于其间，形成加速电场。电子多穿过栅极被外面的圆柱形板极接受，板极电流用电流计测量。当电子管中充以汞蒸气时，他们观测到，每隔4.9V电势差，板极电流都要突降一次。如在管子里充以氦气，也会发生类似情况，其临界电势差约为21V。弗兰克和G.赫兹最初是依据斯塔克的理论，斯塔克认为线光谱产生的原因是原子或分子的电离，光谱频率ν与电离电势V有如下的量子关系：hν=eV。弗兰克和G.赫兹在 1914年以后有好几年仍然坚持斯塔克的观点，他们相信自己的实验无可辩驳地证实了斯塔克的观点，认为4.9V电势差引起了汞原子的电离。他们也许因为战争期间信息不通，对玻尔的原子理论不甚了解，所以还在论文中表示他们的实验结果不符合玻尔的理论。其实，玻尔在得知弗兰克－赫兹的实验后，早在1915年就指出，弗兰克－赫兹实验的4.9V正是他的能级理论中预言的汞原子的第一激发电势。1919年，弗兰克和G.赫兹表示同意玻尔的观点。弗兰克在他的诺贝尔奖领奖词中讲道：“在用电子碰撞方法证明向原子传递的能量是量子化的这一科学研究的发展中，我们所作的一部分工作犯了许多错误，走了一些弯路，尽管玻尔理论已为这个领域开辟了笔直的通道。后来我们认识到了玻尔理论的指导意义，一切困难才迎刃而解。我们清楚地知道，我们的工作所以会获得广泛的承认，是由于它和普朗克，特别是和玻尔的伟大思想和概念有了联系。”

如下：1、该实验的误差分析存在以下几点：①由于预热不足，使测量值产生误；②在实验时，由于电压的步差不可能连续，故测量的峰值会有一定的误差；③仪器本身存在一定的误差；④画出氩的ip-vg2曲线是一个比较粗糙的过程，难免有误差。2、1914年，弗兰克和赫兹在研究中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。他们的精确测定表明，电子与汞原子碰撞时，电子损失的能量严格地保持4.9ev，即汞原子只接收4.9ev的能量。3、误差分析是指对误差在完成系统功能时，对所要求的目标的偏离产生的原因、后果及发生在系统的哪一个阶段进行分析，把误差减少到最低限度。弗兰克—赫兹实验证明原子内部结构存在分立的定态能级。这个事实直接证明了汞原子具有玻尔所设想的那种“完全确定的、互相分立的能量状态”，是对玻尔的原子量子化模型的第一个决定性的证据。

弗兰克－赫兹实验1．实验目的（1）用实验的方法测定汞或氩原子的第一激发电位，从而证明原子分立态的存在；（2）练习使用微机控制的实验数据采集系统。2．在充汞的F—H管中，电子由热阴极发出，阴极K和第二栅极G2之间的加速电压UG2K使电子加速。第一栅极对电子加速起缓冲作用，避免加速电压过高时将阴极损伤。在板极P和G2间加反向拒斥电压UpG2。当电子通过KG2空间，如果具有较大的能量（≥eUpG2）就能冲过反向拒斥电场而达到板极形成板流，被微电流计pA检测出来。如果电子在KG2空间因与汞原子碰撞，部分能量给了汞原子，使其激发，本身所剩能量太小，以致通过栅极后不足以克服拒斥电场而折回，通过电流计pA的电流就将显著减小。

弗兰克赫兹实验的第一个峰不明显的原因：这是由于热电子溢出金属表面或者被电极吸收，需要克服一定的接触电势，其来源就是金属的溢出功，所以第一峰的位置会有偏差，但是两个峰对应的电势差就不会有这个偏差。通过测量电流与电压的关系（仪器上的显示屏上会有），记录许多组数据，然后画出i-u曲线图，如有六个峰值，则数据有效，再用逐差法（对六个峰值对应的电压）计算出的电压u即为第一激发电位，这只是一个大致过程。实验结果诠释使用弹性碰撞和非弹性碰撞的理论，法兰克和赫兹给予了这实验合理的解释。当电压很低时，被加速的电子只能获得一点点能量。他们只能与水银原子进行纯弹性碰撞。这是因为量子力学不允许一个原子吸收任何能量，除非碰撞能量大于将电子跃迁至较高的能量量子态所需的能量。

弗兰克赫兹实验原理：原子只能处于一些不连续的能量状态E1、E2，处在这些状态的原子是稳定的，称为定态。原子的能量不论通过什么方式发生改变，只能是使原子从一个定态跃迁到另一个定态。弗兰克赫兹实验证明原子内部结构存在分立的定态能级。这个事实直接证明了汞原子具有玻尔所设想的那种“完全确定的、互相分立的能量状态”，是对玻尔的原子的量化模型的第一个决定性的证据。

弗兰克赫兹实验在第一激发电位时出现峰值。当电子能量达到第一激发电位时，与所测原子碰撞从而失去全部动能，由于存在遏制电压，电子将不能够到达屏极使产生电流，电流下降形成一个峰。弗兰克赫兹实验证明原子内部结构存在分立的定态能级。这个事实直接证明了汞原子具有玻尔所设想的那种“完全确定的、互相分立的能量状态”，是对玻尔的原子量子化模型的第一个决定性的证据。

这是因为K极发出的热电子能量服从麦克斯韦统计分布规律，因此极电流下降不是陡然的，而是在极大、极小值附近出现的“峰”、“谷”有一定宽度。VG2增大到氩原子的第一激发电位时，电子在第二栅极G2附近与氩原子相撞，可将自己从加速电场中获得的能量传递给氩原子，使其从基态跃迁到第一激发态。而电子本身失去能量，即使穿过栅极G2也不能穿过G2与极板P之间的拒斥电场，只能折回到栅极，所以极板电流显著减少。当VG2继续增大，电子能量在失去eU0之后还有剩余，直到剩余的能量使电子能克服拒斥电场作用，能冲到极板P，这时Ip开始回升。汞原子具有玻尔所设想的那种“完全确定的、互相分立的能量状态”，是对玻尔的原子量子化模型的第一个决定性的证据。扩展资料：弗兰克－赫兹实验为能级的存在提供了直接的证据，对玻尔的原子理论是一个有力支持。弗兰克擅长低压气体放电的实验研究。1913 年他和G.赫兹在柏林大学合作，研究电离电势和量子理论的关系，用的方法是勒纳德（P.Lenard ）创造的反向电压法，由此他们得到了一系列气体，例如氦、氖、氢和氧的电离电势。后来他们又特地研究了电子和惰性气体的碰撞特性。

弗兰克赫兹实验误差分析及实验总结是温度的微小变化引起的误差，实验总结是读数时的视觉误差，仪器自身的误差。开始阶段电流变化不明显，误差可能较大。弗兰克赫兹实验在本实验中可观测到电子与汞蒸汽原子碰撞时的能量转移的量子化现象，测量汞原子的第一激发电位，从而加深对原子能级概念的理解。实验的重要性科学实验可以人为的促成某种选定的相互作用，为观察这些相互作用的表现创造条件，科学实验具有简化自然过程的作用，科学实验具有纯化自然过程的作用，科学实验具有强化自然过程的作用，科研实验具有加速研究对象的运动变化的过程的作用，从而缩短了科研周期，加快了人类知识积累的发展的速度，科学实验具有减缓研究对象的运动变化过程的作用。

利用原子吸收电子的能量而激发来测量出原子能级的。当原子刚好吸收电子的能量激发后，电子失去能量从而没有足够的能量到达对面的极板上，于是电流将有一个突降。同样的，当电子的能量是激发能量的n倍时都有一个电流突降点，测出这些突降点的电压差，也就是f-h管的第一激发电位，就可以求出电子损失的能量，从而知道原子的能级差。

不可以。弗兰克赫兹实验是一种用于研究气体放电现象的实验。该实验通常使用氩气作为实验气体，因为氩气的原子结构稳定，能够产生明亮的放电现象。而氧气的原子结构不稳定，不利于产生稳定的放电现象。

注意事项（1）实验装置使用220V交流单相电源，电源进线中的地线要接触良好，以防干扰和确保安全。（2）函数记录仪的X输入负端不能与Y输入的负端连接，也不能与记录仪的地线（⊥）连接，否则要损坏仪器。（3）实验过程中若产生电离击穿（即电流表严重过载现象）时，要立即将加速电压减少到零。以免损坏管子。（4）加热炉外壳温度较高，移动时注意用把手，导线也不要靠在炉壁上，以免灼伤和塑料线软化。

作用：如果电压时灯丝和阳极（第二栅极）间的加速电压，通常实验中是的，但如果充气管中的气体足够稀薄，也可能测到高激发态对应的电位。水银原子的电子的最低激发能量是 4.9eV。当加速电压升到 4.9 伏特时，每一个移动至栅极的自由电子拥有至少 4.9eV动能（外加电子在那温度的静能）。经过这非弹性碰撞，自由电子失去了 4.9eV 动能，不再能克服栅极与阳极之间负值的电压。大多数的自由电子会被栅极吸收。因此，抵达阳极的电流会猛烈地降低。实验结果诠释使用弹性碰撞和非弹性碰撞的理论，法兰克和赫兹给予了这实验合理的解释。当电压很低时，被加速的电子只能获得一点点能量。他们只能与水银原子进行纯弹性碰撞。这是因为量子力学不允许一个原子吸收任何能量，除非碰撞能量大于将电子跃迁至较高的能量量子态所需的能量。由于是纯弹性碰撞，系统内的总动能大约不变。又因为电子的质量超小于水银原子的质量，电子能够紧紧地获取大部分的动能。以上内容参考：百度百科-弗兰克-赫兹实验

玻尔的原子理论指出：①原子只能处于一些不连续的能量状态E1、E2……，处在这些状态的原子是稳定的，称为定态。原子的能量不论通过什么方式发生改变，只能是使原子从一个定态跃迁到另一个定态；②原子从一个定态跃迁到另一个定态时，它将发射或吸收辐射的频率是一定的。如果用Em和En分别代表原子的两个定态的能量，则发射或吸收辐射的频率由以下关系决定： hv＝｜Em－En｜（45—1） 式中：h为普朗克常量。 原子从低能级向高能级跃迁，也可以通过具有一定能量的电子与原子相碰撞进行能量交换来实现。本实验即让电子在真空中与汞蒸气原子相碰撞。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就是E2－E1。初速度为零的电子在电位差为U的加速电场作用下具有能量eU，若eU小于E2－E1这份能量，则电子与汞原子只能发生弹性碰撞，二者之间几乎没有能量转移。当电子的能量eU≥E2－E1时，电子与汞原子就会发生非弹性碰撞，汞原子将从电子的能量中吸收相当于E2－E1的那一份，使自己从基态跃迁到第一激发态，而多余的部分仍留给电子。设使电子具有E2－E1能量所需加速电场的电位差为U0，则 eU0＝E2－E1（45—2） 式中：U0为汞原子的第一激发电位（或中肯电位），是本实验要测的物理量。 实验方法如图45—1所示，在充汞的F—H管中，电子由热阴极发出，阴极K和第二栅极G2之间的加速电压UG2K使电子加速。第一栅极对电子加速起缓冲作用，避免加速电压过高时将阴极损伤。在板极P和G2间加反向拒斥电压UpG2。当电子通过KG2空间，如果具有较大的能量（≥eUpG2）就能冲过反向拒斥电场而达到板极形成板流，被微电流计pA检测出来。如果电子在KG2空间因与汞原子碰撞，部分能量给了汞原子，使其激发，本身所剩能量太小，以致通过栅极后不足以克服拒斥电场而折回，通过电流计pA的电流就将显著减小。实验时，使栅极电压UG2K由零逐渐增加，观测pA表的板流指示，就会得出如图45—2所示Ip～UG2K关系曲线。它反映了汞原子在KG2空间与电子进行能量交换的情况。当UG2K逐渐增加时，电子在加速过程中能量也逐渐增大，但电压在初升阶段，大部分电子达不到激发汞原子的动能，与汞原子只是发生弹性碰撞，基本上不损失能量，于是穿过栅极到达板极，形成的板流Ip随UG2K的增加而增大，如曲线的oa段。当UG2K接近和达到汞原子的第一激发电位U0时，电子在栅极附近与汞原子相碰撞，使汞原子获得能量后从基态跃迁到第一激发态。碰撞使电子损失了大部分动能，即使穿过栅极，也会因不能克服反向拒斥电场而折回栅极。所以Ip显著减小，如曲线的ab段。当UG2K超过汞原子第一激发电位，电子在到达栅极以前就可能与汞原子发生非弹性碰撞，然后继续获得加速，到达栅极时积累起穿过拒斥电场的能量而到达板极，使电流回升（曲线的bc段）。直到栅压UG2K接近二倍汞原子的第一激发电位（2U0）时，电子在KG2间又会因两次与汞原子碰撞使自身能量降低到不能克服拒斥电场，使板流第二次下降（曲线的cd段）。同理，凡 （45—3） 处，Ip都会下跌，形成规则起伏变化的Ip～UG2K曲线。而相邻两次板流Ip下降所对应的栅极电压之差，就是汞原子的第一激发电位U0。 处于第一激发态的汞原子经历极短时间就会返回基态，这时应有相当于eU0的能量以电磁波的形式辐射出来。由式（45—2）得 eU0＝hν＝h·c／λ（45—4） 式中：c为真空中的光速；λ为辐射光波的波长。 利用光谱仪从F—H管可以分析出这条波长λ＝253.7（nm）的紫外线。 【实验要求】 1）测绘F—H管Ip～UG2K曲线，确定汞原子的第一激发电位 （1）加热炉加热控温。将温度计棒插入炉顶小孔，温度计棒上有一固定夹用来调节此棒插入炉中的深度，固定夹的位置已调整好，温度计棒插入小孔即可。温度计棒尾端电缆线连接到“传感器”专用插头上，将此传感器插头插入控温仪后面板专用插座上。接通控温电源，调节控温旋钮，设定加热温度（本实验约180℃），让加热炉升温30min，待温控继电器跳变时（指示灯同时跳变）已达到预定的炉温。 （2）测量F—H管的Ip～UG2K曲线。实验仪的整体连接可参考图45—3，将电源部分的UF调节电位器、扫描电源部分的“手动调节”电位器旋钮旋至最小（逆时针方向）。扫描选择置于“手动”挡。微电流放大器量程可置于10-7A或10-8A挡（对充汞管）。待炉温到达预定温度后，接通两台仪器电源。根据提供的F—H管参考工作电压数据，分别调节好UF、UG1、UG2，预热3～5min。 （a）手动工作方式测量。缓慢调节“手动调节”电位器，增大加速电压，并注意观察微电流放大器出现的峰谷电流信号。加速电压达到50V～60V时约有10个峰出现。在测量过程中，当加速电压加到较大时，若发现电流表突然大幅度量程过载，应立即将加速电压减少到零，然后检查灯丝电压是否偏大，或适当减小灯丝电压（每次减小0.1V～0.2V为宜）再进行一次全过程测量。逐点测量Ip～UG2K的变化关系，然后，取适当比例在毫米方格纸上作出Ip～UG2K曲线。从曲线上确定出Ip的各个峰值和谷值所对应的两组UG2K值，把两组数据分别用逐差法求出汞原子的第一激发电位U0的两个值再取平均，并与标准值4.9V比较，求出百分差。若在全过程测量中，电流表指示偏小，可适当加大灯丝电压（每次增大0.1V～0.2V为宜） （b）自动扫描方式测量。将“手动调节”电位器旋到零，函数记录仪先不通电，调节“自动上限”电位器，设定锯齿波加速电压的上限值。可先将电位器逆时针方向旋到最小，此时输出锯齿波加速电压的上限值约为50V，然后将“扫描选择”开关拨到“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值后，会重新回复零，开始一次新的扫描。在数字电压表、电流表上观察到正常的自动扫描及信号后，可采用函数记录仪记录。记录仪的X输入量程可置于5V／cm档，Y输入量程可按电流信号大小来选择，一般可先置于0.1V／cm档。开启记录仪，即可绘出完整的Ip变化曲线。 【注意事项】 （1）实验装置使用220V交流单相电源，电源进线中的地线要接触良好，以防干扰和确保安全。 （2）函数记录仪的X输入负端不能与Y输入的负端连接，也不能与记录仪的地线（⊥）连接，否则要损坏仪器。 （3）实验过程中若产生电离击穿（即电流表严重过载现象）时，要立即将加速电压减少到零。以免损坏管子。 （4）加热炉外壳温度较高，移动时注意用把手，导线也不要靠在炉壁上，以免灼伤和塑料线软化。

夫兰克—赫兹实验结果表明：原子被激发到不同的状态时，它所吸收的能量事不连续的，即原子体系内部能量时量子化的。实验有力地证实了原子中量子态的存在。

嘿嘿刚做了这个实验，来吧~1因为你加了g2p，也就是拒斥电压，你的10v左右是4.9加上拒斥电压的结果。2因为出射的电子速度满足高斯分布，不是所有的电子都是同一速度的，所以将出现一部分电子先到达跃迁满足的条件，也呈现高斯分布，所以曲线平滑。3假设汞原子在碰撞前具有质量m,速度为0，电子质量为m,初速为v,动能k0=1/2mv*v电子损失的能量约为（4m/m)k0=(4/1836*200)~10-5(10的-5次方）

氩原子从第一激发态回到基态辐射光子能量1.63x10^-18j　　根据△E=hγ=hc/λ　　λ=hc/△E=6.63x10^-34x3x10^8/1.63x10^-18=1.22X10^-7m=122nm　　弗兰克赫兹实验氩原子从第一激发态跃迁回基态,辐射光子的波长为122纳米

1。 主要是测不准效应，由于电子的受激跃迁是一个非常快的过程（<10^-15 /s),根据测不准原理，基态和激发态之间的能量差会有一个很大的不确定值，导致谱峰变宽。 2。 与原子碰撞后的电子还会再被电场加速，有些还会到达收集电极（并非完全陨灭）。随着施加的电位增高，这种碰撞后的电子到达收集电极数量增大。故谷电流增大。 3。 如果由于热运动受激，电子在最低激发态上的占据数等于，或大于基态的电子数，那么 第一峰值所对应的电压就不等于第一激发位。（在这个实验中，除了电子和气态原子的非弹性碰撞外，还有弹性碰撞和气体原子间由于热运动的相互碰撞而引起的能量交换。）

灯丝电压的改变只会影响激发出的电子数目，而由波尔理论知第一激发电势是固定的，与灯丝电压无关。证明了汞原子具有玻尔所设想的那种“完全确定的、互相分立的能量状态”，是对玻尔的原子量子化模型的第一个决定性的证据。当加速电压很低，小于4.9伏特V时，随着电压的增加，抵达阳极的电流也平稳地单调递增。当电压在4.9伏特时，电流猛烈地降低，几乎降至0安培。继续增加电压。再一次，同样地，电流也跟随着平稳地增加，直到电压达到9.80伏特。扩展资料：当电压很低时，被加速的电子只能获得一点点能量。他们只能与水银原子进行纯弹性碰撞。这是因为量子力学不允许一个原子吸收任何能量，除非碰撞能量大于将电子跃迁至较高的能量量子态所需的能量。由于是纯弹性碰撞，系统内的总动能大约不变。又因为电子的质量超小于水银原子的质量，电子能够紧紧地获取大部分的动能。增加电压会使电场增加，刚从阴极发射出来的电子，感受到的静电力也会加大。电子的速度会加快，更有能量地冲向栅极。所以，更多的电子会冲过栅极，抵达阳极。因此安培计读到的电流也会单调递增。参考资料来源：百度百科--弗兰克—赫兹实验

弗兰克赫兹实验曲线起伏上升的原因是随着电子能量变大，电子和汞原子交替做弹性碰撞和非弹性碰撞，波峰代表弹性碰撞，损失能量少，电流就大，越过阈值后能量显著减小。电子的能量是4.9ev的整数倍数时，电子能量会被大量吸收，所以当电压加到4.9的整数倍时，电子被大量吸收，到达阳极的电子减少，电流减小。而当电压比如是7V吧，电子即使失去4.9ev的能量，剩余的能量还是可以使它运动，这样电流就会比较大，以此类推。当电压到达9.8v时，电子经过两次碰撞，损失能量后，无法到达阳极，电流就再一次达到极小值。

弗兰克赫兹实验中当增大vf时，Ip-Ug2曲线有何变化，不会改变气体元素的第一激。VG2增大到氩原bai子的第一激发电位时，电子du在第二栅极G2附近与氩原子相撞zhi，可将自己dao从加速电场中获得的能量传递给氩原子，使其从基态跃迁到第一激发态。而电子本身失去能量，即使穿过栅极G2也不能穿过G2与极板P之间的拒斥电场，只能折回到栅极，所以极板电流显著减少。当VG2继续增大，电子能量在失去eU0之后还有剩余，直到剩余的能量使电子能克服拒斥电场作用，能冲到极板P，这时Ip开始回升。扩展资料：当加速电压很低，小于 4.9伏特V时，随着电压的增加，抵达阳极的电流也平稳地单调递增。当电压在 4.9 伏特时，电流猛烈地降低，几乎降至 0 安培。继续增加电压。再一次，同样地，电流也跟随着平稳地增加，直到电压达到 9.80伏特。当电压在 9.8 伏特时，又观察到类似的电流猛烈降低。电压每增加 4.9 伏特，电流就会猛烈降低。这样系列的行为最少继续维持至 100 伏特电压。参考资料来源：百度百科-弗兰克—赫兹实验

其作用一是控制管内电子流的大小，二是抵消阴极K附近电子云形成的负电位的影响

弗兰克—赫兹实验证明原子内部结构存在分立的定态能级。这个事实直接证明了汞原子具有玻尔所设想的那种“完全确定的、互相分立的能量状态”，是对玻尔的原子量子化模型的第一个决定性的证据。想了解更多科学知识就来求助七檬科学哦！

实验表明原子是分能级的，而电离电位是指将原子完全电离所对应的电位，此时的原子的状态被称为等离子态，核外电子成为自由电子。这里所就要的能量相当的大，氢原子成为等离子态需要至少5000摄氏度的环境温度维持，而核结构更加复杂的Ar原子的等离子态的维持温度会更高。 实验中我们不可提供非常高的电子加速电压，FH实验中一般电子加速的上限电压为80V(远远不能使Ar原子被完全激发成为等离子态)。核外电子在受激发后会发生跃迁，因为电子的能量较小，实验中加速电压也是逐渐增加，所以当电子的能量达到Ar原子第一激发电势，电子与Ar原子的碰撞成为非弹性碰撞，能量便会发生吸收，此电子将没有足够能量经过拒斥电压到达接收板。而接收板上所受到的电子，这时接收板上所接到的电流第一次下降到波谷。 Ar的第一激发电势为13点多V，但是再此之前有两个亚稳态的能级分别是11.5多V和11.7多V（具体的我不大记得了)，所以第一个波峰和波谷会比较平缓。 最近在搞这个项目，貌似说了挺多，好像废话额点，总之第一激发电位是远小于电离电位的，实验中的激发是不完全激发，而在电离电位下加速的电子，接近于将Ar原子完全激发(因为能量不能全部传递给Ar原子)

北理工的吧。1不能记录到。因为如果vg2p=0,则因碰撞而能量减少的电子就能够到达极板形成电流。这样就不会再出现规则形状。2第一个问题回答起来需要用图，所以掠过。从第二个开始回答。垂直下降。图：╱▏╱▏中间没有空，是输入法的原因附注：我也是做这个实验好久了，再者我物理也不好，学弟学妹们写错了可别来找我算账

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1、电子在弗兰克赫兹管中与亚原子是如何交换能量的2、阳极电流的峰谷是如何形成的3、为什么IA-UG2K曲线上第一峰值对应的UGK2要比11.5大

教授跟我们讲.原子只能停留在较长久的停留在一些稳定的能量状态，它的能量不可能连续变化而只能定太.在与氩原子只能发生弹性碰撞，由于电子质量比氢原子质量小.碰撞需要的能量不足，原子中存在量子化....

拒斥电压的改变会影响实验曲线的起始电压、峰值和峰中心，第一栅极电压的改变会影响实验曲线的灵敏度

建立量子力学的一些重要实验有:薛定谔的猫是一个思维实验，有时被描述为一个悖论，由奥地利物理学家埃尔温·薛定谔于1935年设计。它说明了他所看到的问题，即应用于日常物体的量子力学的哥本哈根解释。场景中，一只猫可能同时活着和死去，这种状态被称为量子叠加，它与随机的亚原子事件联系在一起，这可能发生，也可能不发生。阿夫沙尔实验是一个光学实验，由哈佛大学的Shahriar Afshar于2004年设计并实施，是量子力学双缝实验的一个变种。该实验显示，位于干涉图样节点上的一组导线不会改变光束，从而提供了光子通过该装置的两条路径中的哪一条的信息，同时可以观察到两条路径之间的干涉。贝尔测试实验或贝尔不等式实验是为了证明量子力学中纠缠现象的某些理论结果在现实世界的存在而设计的，这是不可能发生的，根据世界的经典图像，以局部实在论的概念为特征。在局部现实主义下，在分离的物理系统上执行的不同测量结果之间的相关性必须满足某些约束，称为贝尔不等式。戴维森-杰默实验是美国物理学家克林顿·戴维森和莱斯特·杰默在1923 - 1927年间进行的一个物理实验，该实验证实了德布罗意假说。1924年由路易斯·德·布罗意提出的这一假说认为，物质的粒子，如电子，具有波的性质。双缝实验证明了光和物质可以同时显示经典定义的波和粒子的特性;此外，它还显示了量子力学现象的基本概率本质。这个实验是由托马斯·杨在1801年完成的，有时也被称为杨的实验。Elitzur - Vaidman炸弹测试问题是一个思想实验，最早由Avshalom Elitzur和Lev Vaidman在1993年提出。奥地利因斯布鲁克大学的Anton Zeilinger、Paul Kwiat、Harald Weinfurter、Thomas Herzog和Mark A。弗兰克-赫兹实验是第一次通过电测量清晰地展示了原子的量子性质，从而“改变了我们对世界的理解”。1914年4月24日，詹姆斯·弗兰克和古斯塔夫·赫兹在一篇论文中向德国物理学会提出了这一观点。马赫-曾德尔干涉仪是一种用来确定由单一光源分裂出的两束准直光束之间的相对相移变化的设备。干涉仪已经被用来测量由样品或其中一条路径长度变化引起的两束光之间的相移。量子擦除实验是一个展示量子力学几个基本方面的干涉仪实验，包括量子纠缠和互补。斯特恩-格拉赫实验是一个重要的粒子偏转实验。这个实验常被用来说明量子力学的基本原理。惠勒的延迟选择实验实际上是由约翰·阿齐布尔德·惠勒(John Archibald Wheeler)提出的几个思维实验，其中最著名的出现在1978年和1984年。这些实验试图确定光是否以某种方式“感知”了双缝实验中的实验设备，它将通过它，并调整它的行为，以适应它的适当的确定状态，或者光是否保持在一种不确定状态，既不是波也不是粒子，并以一种波一致的方式或一种粒子一致的方式来回答这些问题这取决于提出这些问题的实验安排

在大学物理实验（非专业）中，UG2A的初始值为8V，可以先得到一个曲线，如果将UG2A调为0，那么曲线相对于UG2A的曲线会向左上移动。因为弗兰克赫兹实验 Ip-Ug2k曲线（随着电子能量变大，电子和汞原子交替做弹性碰撞和非弹性碰撞，波峰代表弹性碰撞，损失能量少，电流就大，越过阈值后能量显著减小。）而导致曲线起伏。但这种情况一般不说曲线具有周期性，因为它显然不是周期函数。扩展资料：这个经典实验的主要实验器具是一个类似真空管的管状容器，称为水银管，内部充满温度在与之间，低气压的水银气体。水银管内，装了三个电极：阴极、网状控制栅极、阳极。阴极的电势低于栅极跟阳极的电势，而阳极的电势又稍微低于栅极的电势。阴极与栅极之间的加速电压是可以调整的。通过电流将钨丝加热，钨丝会发射电子。由于阴极的电势高于钨丝的电势，阴极会将钨丝发射的电子往栅极方向送去。参考资料来源：百度百科-弗兰克—赫兹实验

2 答：.IA、Vg2k依次连接到示波器的同步输入端（Ext.Input）和信号输入端（CH1）不需要，因为示波器内部扫描电压的作用是在荧光屏上显示一个周期性的水平位移，即形成时间基线，把垂直方向上的被测信号变化波展现在荧光屏上，但本试验不研究IA随时间的变化，而是随Vg2k变化的波形，故不需要。3 答：灯丝电位低，阴极发射电子的能力减小，使得在碰撞区发生的碰撞减少，检测的电流减小，给检测带来困难，从而使曲线分辨率下降；灯丝电位高，阴极发射电子的能力增加，引起逃逸电子增多，相邻峰、谷的差值减小。故：2V时，曲线接近横轴，即幅值较小；4V时，曲线幅值总体较高，但幅值变化小。

弗兰克赫兹实验操作中如果出现超量程报警应该采取什么措施？答案如下：弗兰克赫兹实验操作中如果出现超量程报警第一步打开设置，第二步是集成对标聚焦抓手折解。

引言 弗兰克赫兹实验是一项经典的物理实验，它被用来验证玻尔原子模型的一些假设。其中最重要的假设是电子在原子壳层中存在离散的能级，而且当电子跃迁时，只会在两个能级之间发生。在弗兰克赫兹实验中，通过在气体中观察电子的散射来测试这些假设。然而，在实验中，科学家们发现i并没有像他们预测的那样骤降，这引起了许多人的好奇和疑虑。弗兰克赫兹实验的过程 在弗兰克赫兹实验中，科学家们通过电子在气体中的散射来测试原子模型的假设。实验中，气体会被放置在一个密封的管道中，管道内含有两个电极。电极中的电子会通过高压电源进行激发，以产生电子束。这个电子束会穿过气体，并撞击到检测器上。如图所示，电子的数目和能量分布是由电子束生成器控制的。当电子以典型的速度和能量穿过气体时，会与气体分子相互作用，导致电子的能量和速度发生变化。这个过程会导致电子散射，正是这种散射的模式被用来验证原子模型的假设。原子模型的假设 弗兰克赫兹实验的目的是验证玻尔原子模型的一些假设，其中最重要的假设是存在离散的能级，并且电子跃迁只会在两个能级之间发生。这个假设基于玻尔提出的原子模型，他认为原子由一个中心的核和绕核运动的电子组成。玻尔假设原子中的电子只能处于确定的能级，并只能在电子跃迁时发射或吸收特定的能量光子。这个过程会产生特定的光谱线，这些光谱线和原子的化学特性密切相关。这种模型在解释氢原子中的光谱线时非常有效，因为它可以对应不同的电子跃迁。实验结果 弗兰克赫兹实验的结果在许多方面都证实了原子模型的假设。例如，当气体在较高的压力下运行时，有时会观察到类似于光谱线的模式，这种模式对应于不同能级间的电子跃迁。在低压下运行时，实验结果显示散射的电子速度和能量发生了变化，这是由于电子与气体分子的碰撞导致了散射。然而，在实验中，科学家们没有观察到i的骤降，这表明玻尔的原子模型并不完全准确。i是指电子在电势差下通过原子中的能级时的电子速度骤降值。根据玻尔提出的原子模型，当电子从一个能级到另一个较低的能级时，它应该会失去一定的能量并且速度将骤降。然而，在实验中，科学家们发现这个现象并没有发生，这引起了研究人员的好奇和疑虑。解释i不是骤降的原因 许多科学家试图解释i不是骤降的原因。其中一个解释是原子模型并不完全准确。虽然玻尔的原子模型解释了氢原子中的光谱线和能级结构，但是它并不适用于更复杂的原子或分子。对于更复杂的系统而言，电子能够在多个不同的能级间跃迁，并且跃迁并不总是准确地对应一个特定的能量或光子频率。另一个解释是电子可能会交互作用，这会导致i不是骤降。例如，电子可能会相互作用，并且在散射过程中失去一部分能量。这种相互作用在玻尔原子模型中没有被考虑到，但它会对i的值产生影响。结论 弗兰克赫兹实验是一个经典的物理实验，它用来验证原子模型中的假设，并揭示了原子和分子中电子的能级结构和跃迁行为。虽然实验结果并没有观察到i的骤降，但是这不一定意味着原子模型是错误的。相反，它可能表明原子模型过于简单，无法完全描述复杂的原子和分子系统。因此，现代物理学家继续研究这个问题，并努力寻找更好的模型来解释这个现象。

弗兰克-赫兹实验是19世纪末20世纪初进行的一项著名的物理实验，该实验通过电子击穿气体，研究了气体的导电性质。实验中，实验人员测量气体中一个电压（电位差）下电流的变化，这些电流的变化与电压的变化形成了一些“峰值”，其中第一个峰值的位置通常被认为是气体分子电离的电压。但第一个峰值的电压往往并不等于理论值11.5V。这是因为气体中离子的形成需要在固定的离化能中得到足够的能量。但是，在弗兰克-赫兹实验中，电压使电子和气体分子发生碰撞，这并不相当于分子伸长和分裂。这意味着，气体分子与电压的相互作用并不总是产生离子。此外，电子经过多次碰撞后，它们的速度和动能已降低，因此在第一个峰值处，需要更大的电压才能形成离子。换句话说，第一个峰值的位置取决于气体本身及其温度，压力等条件，以及实验中使用的电压极端，不一定等于理论值。

弗兰克赫兹实验波谷的物理意义在于观察其特殊的伏安特性现象。与原子碰撞有一定几率，部分电子未与原子碰撞，随电压升高，这些电子能量也升高，故而波谷处电流随之变大。

弗兰克赫兹实验原理简述1914年，弗兰克（Franck，J．1882—1964）和赫兹在研究中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。他们的精确测定表明，电子与汞原子碰撞时，电子损失的能量严格地保持4.9eV，即汞原子只接收4.9eV的能量。弗兰克1914年，弗兰克（James Franck，1882~1964）和赫兹(Gustar Hertz，1887~1975)在研究中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。他们的精确测定表明，电子与汞原子碰撞时，电子损失的能量严格地保持4.9eV，即汞原子只接收4.9eV的能量。这个事实直接证明了汞原子具有玻尔所设想的那种“完全确定的、互相分立的能量状态”，是对玻尔的原子量子化模型的第一个决定性的证据。由于他们的工作对原子物理学的发展起了重要作用，曾共同获得1925年的物理学诺贝尔奖。在本实验中可观测到电子与汞蒸汽原子碰撞时的能量转移的量子化现象，测量汞原子的第一激发电位，从而加深对原子能级概念的理解。弗兰克－赫兹实验为能级的存在提供了直接的证据，对玻尔的原子理论是一个有力支持。弗兰克擅长低压气体放电的实验研究。1913 年他和G.赫兹在柏林大学合作，研究电离电势和量子理论的关系，用的方法是勒纳德（P.Lenard ）创造的反向电压法，由此他们得到了一系列气体，例如氦、氖、氢和氧的电离电势。后来他们又特地研究了电子和惰性气体的碰撞特性。G.赫兹1925年诺贝尔物理学奖授予德国格丁根大学的弗兰克（JamesFranck，1882—1964）和哈雷大学的G.赫兹（Gustav Hertz，1887—1975），以表彰他们发现了原子受电子碰撞的定律。弗兰克－赫兹实验为能级的存在提供了直接的证据，对玻尔的原子理论是一个有力支持。弗兰克擅长低压气体放电的实验研究。1913 年他和G.赫兹在柏林大学合作，研究电离电势和量子理论的关系，用的方法是勒纳德（P.Lenard ）创造的反向电压法，由此他们得到了一系列气体，例如氦、氖、氢和氧的电离电势。后来他们又特地研究了电子和惰性气体的碰撞特性。

此实验主要由以下几点产生误差：由于预热不足，使测量值产生误差；在实验时，由于电压的步差不可能连续，故测量的峰值会有一定的误差；由于仪器老化，数据不够精确；画出氩的IP-VG2曲线是一个比较粗糙的过程，容易产生误差；需要测量的数据较多，容易计算错误。1924年诺贝尔物理学奖授予德国格丁根大学的弗兰克（JamesFranck，1882—1964）和哈雷大学的G.赫兹（Gustav Hertz，1887—1975），以表彰他们发现了原子受电子碰撞的定律。弗兰克－赫兹实验为能级的存在提供了直接的证据，对玻尔的原子理论是一个有力支持。弗兰克擅长低压气体放电的实验研究。1913 年他和G.赫兹在柏林大学合作，研究电离电势和量子理论的关系。用的方法是勒纳德（P.Lenard ）创造的反向电压法，由此他们得到了一系列气体，例如氦、氖、氢和氧的电离电势。后来他们又特地研究了电子和惰性气体的碰撞特性。1914年他们取得了意想不到的结果，他们的结论是。汞蒸气中的电子与分子进行弹性碰撞，直到取得某一临界速度为止；此临界速度可测准到0.1V，测得的结果是：这速度相当于电子经过4.9V的加速；可以证明4.9伏电子束的能量等于波长为2536 的汞谱线的能量子；4.9伏电子束损失的能量导致汞电离，所以4.9伏也许就是汞原子的电离电势。弗兰克和G.赫兹的实验装置主要是一只充气三极管。电子从加热的铂丝发射，铂丝外有一同轴圆柱形栅极，电压加于其间，形成加速电场。电子多穿过栅极被外面的圆柱形板极接受，板极电流用电流计测量。当电子管中充以汞蒸气时，他们观测到，每隔4.9V电势差，板极电流都要突降一次。如在管子里充以氦气，也会发生类似情况，其临界电势差约为21V。

1914年，弗兰克（James Franck，1882~1964）和赫兹(Gustar Hertz,1887~1975)在研究中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。他们的精确测定表明，电子与汞原子碰撞时，电子损失的能量严格地保持4.9eV，即汞原子只接收4.9eV的能量。这个事实直接证明了汞原子具有玻尔所设想的那种“完全确定的、互相分立的能量状态”，是对玻尔的原子量子化模型的第一个决定性的证据。由于他们的工作对原子物理学的发展起了重要作用，曾共同获得1925年的物理学诺贝尔奖 。在本实验中可观测到电子与汞蒸汽原子碰撞时的能量转移的量子化现象，测量汞原子的第一激发电位，从而加深对原子能级概念的理解。弗兰克－赫兹实验为能级的存在提供了直接的证据，对玻尔的原子理论是一个有力支持。弗兰克擅长低压气体放电的实验研究。1913 年他和G.赫兹在柏林大学合作，研究电离电势和量子理论的关系，用的方法是勒纳德（P.Lenard ）创造的反向电压法，由此他们得到了一系列气体，例如氦、氖、氢和氧的电离电势。后来他们又特地研究了电子和惰性气体的碰撞特性。

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管是特别的充汞四极管，它由阴极、第一栅极、第二栅极及板极组成。为了使F—H管内保持一定的汞蒸气饱和蒸气压，实验时要把F—H管置于控温加热炉内。加热炉的温度由控温装置设定和控制。炉温高时，F—H管内汞的饱和蒸气压高，平均自由程较小，电子碰撞汞原子的概率高，一个电子在两次与汞原子碰撞的间隔内不会因栅极加速电压作用而积累较高的能量。温度低时，管内汞蒸气压较低，平均自由程较大，因而电子在两次碰撞间隔内有可能积累较高的能量，受高能量的电子轰击，就可能引起汞原子电离，使管内出现辉光放电现象。辉光放电会降低管子的使用寿命，实验中要注意防止。F—H管电源组用来提供F—H管各极所需的工作电压。其中包括灯丝电压UF，直流1V～5V连续可调；第一栅极电压UG1，直流0～5V连续可调；第二栅极电压UG2，直流0～15V连续可调。扫描电源和微电流放大器，提供0～90V的手动可调直流电压或自动慢扫描输出锯齿波电压，作为F—H管的加速电压，供手动测量或函数记录仪测量。微电流放大器用来检测F—H管的板流，其测量范围为10^-8A、10^-7A、10^-6A三挡。微机X—Y记录仪是基于微机的集数据采集分析和结果显示为一体的仪器。供自动慢扫描测量时，数据采集、图像显示及结果分析用。 玻尔的原子理论指出：①原子只能处于一些不连续的能量状态E1、E2……，处在这些状态的原子是稳定的，称为定态。原子的能量不论通过什么方式发生改变，只能是使原子从一个定态跃迁到另一个定态；②原子从一个定态跃迁到另一个定态时，它将发射或吸收辐射的频率是一定的。如果用Em和En分别代表原子的两个定态的能量，则发射或吸收辐射的频率由以下关系决定：hv=|Em－En|（1）式中：h为普朗克常量。原子从低能级向高能级跃迁，也可以通过具有一定能量的电子与原子相碰撞进行能量交换来实现。本实验即让电子在真空中与汞蒸气原子相碰撞。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就是E2－E1。初速度为零的电子在电位差为U的加速电场作用下具有能量eU，若eU小于E2－E1这份能量，则电子与汞原子只能发生弹性碰撞，二者之间几乎没有能量转移。当电子的能量eU≥E2－E1时，电子与汞原子就会发生非弹性碰撞，汞原子将从电子的能量中吸收相当于E2－E1的那一份，使自己从基态跃迁到第一激发态，而多余的部分仍留给电子。设使电子具有E2－E1能量所需加速电场的电位差为U0，则eu0=E2－E1（2）式中：U0为汞原子的第一激发电位（或中肯电位），是本实验要测的物理量。实验方法是，在充汞的F—H管中，电子由热阴极发出，阴极K和第二栅极G2之间的加速电压UG2K使电子加速。第一栅极对电子加速起缓冲作用，避免加速电压过高时将阴极损伤。在板极P和G2间加反向拒斥电压UpG2。当电子通过KG2空间，如果具有较大的能量（≥eUpG2）就能冲过反向拒斥电场而达到板极形成板流，被微电流计pA检测出来。如果电子在KG2空间因与汞原子碰撞，部分能量给了汞原子，使其激发，本身所剩能量太小，以致通过栅极后不足以克服拒斥电场而折回，通过电流计pA的电流就将显著减小。实验时，使栅极电压UG2K由零逐渐增加，观测pA表的板流指示，就会得出如图2所示Ip～UG2K关系曲线。它反映了汞原子在KG2空间与电子进行能量交换的情况。当UG2K逐渐增加时，电子在加速过程中能量也逐渐增大，但电压在初升阶段，大部分电子达不到激发汞原子的动能，与汞原子只是发生弹性碰撞，基本上不损失能量，于是穿过栅极到达板极，形成的板流Ip随UG2K的增加而增大，如曲线的oa段。当UG2K接近和达到汞原子的第一激发电位U0时，电子在栅极附近与汞原子相碰撞，使汞原子获得能量后从基态跃迁到第一激发态。碰撞使电子损失了大部分动能，即使穿过栅极，也会因不能克服反向拒斥电场而折回栅极。所以Ip显著减小，如曲线的ab段。当UG2K超过汞原子第一激发电位，电子在到达栅极以前就可能与汞原子发生非弹性碰撞，然后继续获得加速，到达栅极时积累起穿过拒斥电场的能量而到达板极，使电流回升（曲线的bc段）。直到栅压UG2K接近二倍汞原子的第一激发电位（2U0）时，电子在KG2间又会因两次与汞原子碰撞使自身能量降低到不能克服拒斥电场，使板流第二次下降（曲线的cd段）。同理，凡 （3） 处，Ip都会下跌，形成规则起伏变化的Ip～UG2K曲线。而相邻两次板流Ip下降所对应的栅极电压之差，就是汞原子的第一激发电位U0。处于第一激发态的汞原子经历极短时间就会返回基态，这时应有相当于eU0的能量以电磁波的形式辐射出来。由式（2）得eU0=hν=h·c/λ（4）式中：c为真空中的光速；λ为辐射光波的波长。利用光谱仪从F—H管可以分析出这条波长λ=253.7（nm）的紫外线。附：几种常见元素的第一激发电势(U0) 元素 钠(Na) 钾(K) 锂(Li) 镁(Mg) 汞(Hg) 氦(He) 氖(Ne) U0/V 2.12 1.63 1.84 3.2 4.9 21.2 18.6 1）测绘F—H管Ip～UG2K曲线，确定汞原子的第一激发电位（1）加热炉加热控温。将温度计棒插入炉顶小孔，温度计棒上有一固定夹用来调节此棒插入炉中的深度，固定夹的位置已调整好，温度计棒插入小孔即可。温度计棒尾端电缆线连接到“传感器”专用插头上，将此传感器插头插入控温仪后面板专用插座上。接通控温电源，调节控温旋钮，设定加热温度（本实验约180℃），让加热炉升温30min，待温控继电器跳变时（指示灯同时跳变）已达到预定的炉温。（2）测量F—H管的Ip～UG2K曲线。实验仪的整体连接可参考图3，将电源部分的UF调节电位器、扫描电源部分的“手动调节”电位器旋钮旋至最小（逆时针方向）。扫描选择置于“手动”挡。微电流放大器量程可置于10-7A或10-8A挡（对充汞管）。待炉温到达预定温度后，接通两台仪器电源。根据提供的F—H管参考工作电压数据，分别调节好UF、UG1、UG2，预热3～5min。（a）手动工作方式测量。缓慢调节“手动调节”电位器，增大加速电压，并注意观察微电流放大器出现的峰谷电流信号。加速电压达到50V～60V时约有10个峰出现。在测量过程中，当加速电压加到较大时，若发现电流表突然大幅度量程过载，应立即将加速电压减少到零，然后检查灯丝电压是否偏大，或适当减小灯丝电压（每次减小0.1V～0.2V为宜）再进行一次全过程测量。逐点测量Ip～UG2K的变化关系，然后，取适当比例在毫米方格纸上作出Ip～UG2K曲线。从曲线上确定出Ip的各个峰值和谷值所对应的两组UG2K值，把两组数据分别用逐差法求出汞原子的第一激发电位U0的两个值再取平均，并与标准值4.9V比较，求出百分差。若在全过程测量中，电流表指示偏小，可适当加大灯丝电压（每次增大0.1V～0.2V为宜）（b）自动扫描方式测量。将“手动调节”电位器旋到零，函数记录仪先不通电，调节“自动上限”电位器，设定锯齿波加速电压的上限值。可先将电位器逆时针方向旋到最小，此时输出锯齿波加速电压的上限值约为50V，然后将“扫描选择”开关拨到“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值后，会重新回复零，开始一次新的扫描。在数字电压表、电流表上观察到正常的自动扫描及信号后，可采用函数记录仪记录。记录仪的X输入量程可置于5V/cm档，Y输入量程可按电流信号大小来选择，一般可先置于0.1V/cm档。开启记录仪，即可绘出完整的Ip变化曲线。 （1）实验装置使用220V交流单相电源，电源进线中的地线要接触良好，以防干扰和确保安全。（2）函数记录仪的X输入负端不能与Y输入的负端连接，也不能与记录仪的地线（⊥）连接，否则要损坏仪器。（3）实验过程中若产生电离击穿（即电流表严重过载现象）时，要立即将加速电压减少到零。以免损坏管子。（4）加热炉外壳温度较高，移动时注意用把手，导线也不要靠在炉壁上，以免灼伤和塑料线软化。

弗兰克赫兹实验原理简述1914年，弗兰克（Franck，J．1882—1964）和赫兹在研究中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。他们的精确测定表明，电子与汞原子碰撞时，电子损失的能量严格地保持4.9eV，即汞原子只接收4.9eV的能量。弗兰克1914年，弗兰克（James Franck，1882~1964）和赫兹(Gustar Hertz，1887~1975)在研究中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。他们的精确测定表明，电子与汞原子碰撞时，电子损失的能量严格地保持4.9eV，即汞原子只接收4.9eV的能量。这个事实直接证明了汞原子具有玻尔所设想的那种“完全确定的、互相分立的能量状态”，是对玻尔的原子量子化模型的第一个决定性的证据。由于他们的工作对原子物理学的发展起了重要作用，曾共同获得1925年的物理学诺贝尔奖。在本实验中可观测到电子与汞蒸汽原子碰撞时的能量转移的量子化现象，测量汞原子的第一激发电位，从而加深对原子能级概念的理解。弗兰克－赫兹实验为能级的存在提供了直接的证据，对玻尔的原子理论是一个有力支持。弗兰克擅长低压气体放电的实验研究。1913 年他和G.赫兹在柏林大学合作，研究电离电势和量子理论的关系，用的方法是勒纳德（P.Lenard ）创造的反向电压法，由此他们得到了一系列气体，例如氦、氖、氢和氧的电离电势。后来他们又特地研究了电子和惰性气体的碰撞特性。G.赫兹1925年诺贝尔物理学奖授予德国格丁根大学的弗兰克（JamesFranck，1882—1964）和哈雷大学的G.赫兹（Gustav Hertz，1887—1975），以表彰他们发现了原子受电子碰撞的定律。弗兰克－赫兹实验为能级的存在提供了直接的证据，对玻尔的原子理论是一个有力支持。弗兰克擅长低压气体放电的实验研究。1913 年他和G.赫兹在柏林大学合作，研究电离电势和量子理论的关系，用的方法是勒纳德（P.Lenard ）创造的反向电压法，由此他们得到了一系列气体，例如氦、氖、氢和氧的电离电势。后来他们又特地研究了电子和惰性气体的碰撞特性。

弗兰克—赫兹实验1914年，弗兰克（Franck，J．1882—1964）和赫兹在研究中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。他们的精确测定表明，电子与汞原子碰撞时，电子损失的能量严格地保持4.9eV，即汞原子只接收4.9eV的能量。基本信息时间 1914年学科 量子力学证明 原子内部结构存在分立的定态能级基本简介弗兰克1914年，弗兰克（James Franck，1882~1964）和赫兹(Gustar Hertz，1887~1975)在研究中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。他们的精确测定表明，电子与汞原子碰撞时，电子损失的能量严格地保持4.9eV，即汞原子只接收4.9eV的能量。这个事实直接证明了汞原子具有玻尔所设想的那种“完全确定的、互相分立的能量状态”，是对玻尔的原子量子化模型的第一个决定性的证据。由于他们的工作对原子物理学的发展起了重要作用，曾共同获得1925年的物理学诺贝尔奖。在本实验中可观测到电子与汞蒸汽原子碰撞时的能量转移的量子化现象，测量汞原子的第一激发电位，从而加深对原子能级概念的理解。弗兰克－赫兹实验为能级的存在提供了直接的证据，对玻尔的原子理论是一个有力支持。弗兰克擅长低压气体放电的实验研究。1913 年他和G.赫兹在柏林大学合作，研究电离电势和量子理论的关系，用的方法是勒纳德（P.Lenard ）创造的反向电压法，由此他们得到了一系列气体，例如氦、氖、氢和氧的电离电势。后来他们又特地研究了电子和惰性气体的碰撞特性。详细信息G.赫兹1925年诺贝尔物理学奖授予德国格丁根大学的弗兰克（JamesFranck，1882—1964）和哈雷大学的G.赫兹（Gustav Hertz，1887—1975），以表彰他们发现了原子受电子碰撞的定律。弗兰克－赫兹实验为能级的存在提供了直接的证据，对玻尔的原子理论是一个有力支持。弗兰克擅长低压气体放电的实验研究。1913 年他和G.赫兹在柏林大学合作，研究电离电势和量子理论的关系，用的方法是勒纳德（P.Lenard ）创造的反向电压法，由此他们得到了一系列气体，例如氦、氖、氢和氧的电离电势。后来他们又特地研究了电子和惰性气体的碰撞特性。1914年他们取得了意想不到的结果，他们的结论是：（1）汞蒸气中的电子与分子进行弹性碰撞，直到取得某一临界速度为止；（2）此临界速度可测准到0.1V，测得的结果是：这速度相当于电子经过4.9V的加速；（3）可以证明4.9伏电子束的能量等于波长为2536 的汞谱线的能量子；（4）4.9伏电子束损失的能量导致汞电离，所以4.9伏也许就是汞原子的电离电势。弗兰克和G.赫兹的实验装置主要是一只充气三极管。电子从加热的铂丝发射，铂丝外有一同轴圆柱形栅极，电压加于其间，形成加速电场。电子多穿过栅极被外面的圆柱形板极接受，板极电流用电流计测量。当电子管中充以汞蒸气时，他们观测到，每隔4.9V电势差，板极电流都要突降一次。如在管子里充以氦气，也会发生类似情况，其临界电势差约为21V。弗兰克和G.赫兹最初是依据斯塔克的理论，斯塔克认为线光谱产生的原因是原子或分子的电离，光谱频率ν与电离电势V有如下的量子关系：hν=eV。弗兰克和G.赫兹在 1914年以后有好几年仍然坚持斯塔克的观点，他们相信自己的实验无可辩驳地证实了斯塔克的观点，认为4.9V电势差引起了汞原子的电离。他们也许因为战争期间信息不通，对玻尔的原子理论不甚了解，所以还在论文中表示他们的实验结果不符合玻尔的理论。其实，玻尔在得知弗兰克－赫兹的实验后，早在1915年就指出，弗兰克－赫兹实验的4.9V正是他的能级理论中预言的汞原子的第一激发电势。1919年，弗兰克和G.赫兹表示同意玻尔的观点。弗兰克在他的诺贝尔奖领奖词中讲道：“在用电子碰撞方法证明向原子传递的能量是量子化的这一科学研究的发展中，我们所作的一部分工作犯了许多错误，走了一些弯路，尽管玻尔理论已为这个领域开辟了笔直的通道。后来我们认识到了玻尔理论的指导意义，一切困难才迎刃而解。我们清楚地知道，我们的工作所以会获得广泛的承认，是由于它和普朗克，特别是和玻尔的伟大思想和概念有了联系。”

费兰克赫兹实验的应用前景是非常好的。弗兰克—赫兹实验证明原子内部结构存在分立的定态能级。这个事实直接证明了汞原子具有玻尔所设想的那种“完全确定的、互相分立的能量状态”，是对玻尔的原子量子化模型的第一个决定性的证据。使用弹性碰撞和非弹性碰撞的理论，法兰克和赫兹给予了这实验合理的解释。当电压很低时，被加速的电子只能获得一点点能量。他们只能与水银原子进行纯弹性碰撞。这是因为量子力学不允许一个原子吸收任何能量，除非碰撞能量大于将电子跃迁至较高的能量量子态所需的能量。由于是纯弹性碰撞，系统内的总动能大约不变。又因为电子的质量超小于水银原子的质量，电子能够紧紧地获取大部分的动能。增加电压会使电场增加，刚从阴极发射出来的电子，感受到的静电力也会加大。电子的速度会加快，更有能量地冲向栅极。所以，更多的电子会冲过栅极，抵达阳极。因此安培计读到的电流也会单调递增。

如下：1、该实验的误差分析存在以下几点：①由于预热不足，使测量值产生误；②在实验时，由于电压的步差不可能连续，故测量的峰值会有一定的误差；③仪器本身存在一定的误差；④画出氩的ip-vg2曲线是一个比较粗糙的过程，难免有误差。2、1914年，弗兰克和赫兹在研究中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。他们的精确测定表明，电子与汞原子碰撞时，电子损失的能量严格地保持4.9ev，即汞原子只接收4.9ev的能量。3、误差分析是指对误差在完成系统功能时，对所要求的目标的偏离产生的原因、后果及发生在系统的哪一个阶段进行分析，把误差减少到最低限度。弗兰克—赫兹实验证明原子内部结构存在分立的定态能级。这个事实直接证明了汞原子具有玻尔所设想的那种“完全确定的、互相分立的能量状态”，是对玻尔的原子量子化模型的第一个决定性的证据。

当电子与氩原子碰撞时,有的电子碰撞后能量完全传递给氩原子,但也有一部分电子能量有剩余,且剩余能量小于E2-E1,所以阳极电流有一个变化过程. 弗兰克—赫兹实验 1914年,弗兰克（Franck,J．1882—1964）和赫兹在研究中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.他们的精确测定表明,电子与汞原子碰撞时,电子损失的能量严格地保持4.9eV,即汞原子只接收4.9eV的能量. 这个事实直接证明了汞原子具有玻尔所设想的那种“完全确定的、互相分立的能量状态”,是对玻尔的原子量子化模型的第一个决定性的证据.由于他们的工作对原子物理学的发展起了重要作用,曾共同获得1925年的物理学诺贝尔奖[1]. 在本实验中可观测到电子与汞蒸汽原子碰撞时的能量转移的量子化现象,测量汞原子的第一激发电位,从而加深对原子能级概念的理解. 【仪器】 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管是特别的充汞四极管,它由阴极、第一栅极、第二栅极及板极组成.为了使F—H管内保持一定的汞蒸气饱和蒸气压,实验时要把F—H管置于控温加热炉内.加热炉的温度由控温装置设定和控制.炉温高时,F—H管内汞的饱和蒸气压高,平均自由程较小,电子碰撞汞原子的概率高,一个电子在两次与汞原子碰撞的间隔内不会因栅极加速电压作用而积累较高的能量.温度低时,管内汞蒸气压较低,平均自由程较大,因而电子在两次碰撞间隔内有可能积累较高的能量,受高能量的电子轰击,就可能引起汞原子电离,使管内出现辉光放电现象.辉光放电会降低管子的使用寿命,实验中要注意防止. F—H管电源组用来提供F—H管各极所需的工作电压.其中包括灯丝电压UF,直流1V～5V连续可调；第一栅极电压UG1,直流0～5V连续可调；第二栅极电压UG2ue009,直流0～15V连续可调. 扫描电源和微电流放大器,提供0～90V的手动可调直流电压或自动慢扫描输出锯齿波电压,作为F—H管的加速电压,供手动测量或函数记录仪测量.微电流放大器用来检测F—H管的板流,其测量范围为10-8A、10-7A、10-6A三挡. 微机X—Y记录仪是基于微机的集数据采集分析和结果显示为一体的仪器.供自动慢扫描测量时,数据采集、图像显示及结果分析用. 【原理】 玻尔的原子理论指出：①原子只能处于一些不连续的能量状态E1、E2……,处在这些状态的原子是稳定的,称为定态.原子的能量不论通过什么方式发生改变,只能是使原子从一个定态跃迁到另一个定态；②原子从一个定态跃迁到另一个定态时,它将发射或吸收辐射的频率是一定的.如果用Em和En分别代表原子的两个定态的能量,则发射或吸收辐射的频率由以下关系决定： hv＝｜Em－En｜（45—1） 式中：h为普朗克常量. 原子从低能级向高能级跃迁,也可以通过具有一定能量的电子与原子相碰撞进行能量交换来实现.本实验即让电子在真空中与汞蒸气原子相碰撞.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就是E2－E1.初速度为零的电子在电位差为U的加速电场作用下具有能量eU,若eU小于E2－E1这份能量,则电子与汞原子只能发生弹性碰撞,二者之间几乎没有能量转移.当电子的能量eU≥E2－E1时,电子与汞原子就会发生非弹性碰撞,汞原子将从电子的能量中吸收相当于E2－E1的那一份,使自己从基态跃迁到第一激发态,而多余的部分仍留给电子.设使电子具有E2－E1能量所需加速电场的电位差为U0,则 eU0＝E2－E1（45—2） 式中：U0为汞原子的第一激发电位（或中肯电位）,是本实验要测的物理量. 实验方法是,在充汞的F—H管中,电子由热阴极发出,阴极K和第二栅极G2之间的加速电压UG2Kue009使电子加速.第一栅极对电子加速起缓冲作用,避免加速电压过高时将阴极损伤.在板极P和G2间加反向拒斥电压UpG2ue009.当电子通过KG2空间,如果具有较大的能量（≥eUpG2ue009）就能冲过反向拒斥电场而达到板极形成板流,被微电流计pA检测出来.如果电子在KG2空间因与汞原子碰撞,部分能量给了汞原子,使其激发,本身所剩能量太小,以致通过栅极后不足以克服拒斥电场而折回,通过电流计pA的电流就将显著减小.实验时,使栅极电压UG2Kue009由零逐渐增加,观测pA表的板流指示,就会得出如图45—2所示Ip～UG2Kue009关系曲线.它反映了汞原子在KG2空间与电子进行能量交换的情况.当UG2Kue009逐渐增加时,电子在加速过程中能量也逐渐增大,但电压在初升阶段,大部分电子达不到激发汞原子的动能,与汞原子只是发生弹性碰撞,基本上不损失能量,于是穿过栅极到达板极,形成的板流Ip随UG2Kue009的增加而增大,如曲线的oa段.当UG2Kue009接近和达到汞原子的第一激发电位U0时,电子在栅极附近与汞原子相碰撞,使汞原子获得能量后从基态跃迁到第一激发态.碰撞使电子损失了大部分动能,即使穿过栅极,也会因不能克服反向拒斥电场而折回栅极.所以Ip显著减小,如曲线的ab段.当UG2Kue009超过汞原子第一激发电位,电子在到达栅极以前就可能与汞原子发生非弹性碰撞,然后继续获得加速,到达栅极时积累起穿过拒斥电场的能量而到达板极,使电流回升（曲线的bc段）.直到栅压UG2Kue009接近二倍汞原子的第一激发电位（2U0）时,电子在KG2间又会因两次与汞原子碰撞使自身能量降低到不能克服拒斥电场,使板流第二次下降（曲线的cd段）.同理,凡 （45—3） 处,Ip都会下跌,形成规则起伏变化的Ip～UG2Kue009曲线.而相邻两次板流Ip下降所对应的栅极电压之差,就是汞原子的第一激发电位U0. 处于第一激发态的汞原子经历极短时间就会返回基态,这时应有相当于eU0的能量以电磁波的形式辐射出来.由式（45—2）得 eU0＝hν＝h·c／λ（45—4） 式中：c为真空中的光速；λ为辐射光波的波长. 利用光谱仪从F—H管可以分析出这条波长λ＝253.7（nm）的紫外线. 【实验要求】 1）测绘F—H管Ip～UG2Kue009曲线,确定汞原子的第一激发电位 （1）加热炉加热控温.将温度计棒插入炉顶小孔,温度计棒上有一固定夹用来调节此棒插入炉中的深度,固定夹的位置已调整好,温度计棒插入小孔即可.温度计棒尾端电缆线连接到“传感器”专用插头上,将此传感器插头插入控温仪后面板专用插座上.接通控温电源,调节控温旋钮,设定加热温度（本实验约180℃）,让加热炉升温30min,待温控继电器跳变时（指示灯同时跳变）已达到预定的炉温. （2）测量F—H管的Ip～UG2Kue009曲线.实验仪的整体连接可参考图45—3,将电源部分的UF调节电位器、扫描电源部分的“手动调节”电位器旋钮旋至最小（逆时针方向）.扫描选择置于“手动”挡.微电流放大器量程可置于10-7A或10-8A挡（对充汞管）.待炉温到达预定温度后,接通两台仪器电源.根据提供的F—H管参考工作电压数据,分别调节好UF、UG1、UG2ue009,预热3～5min. （a）手动工作方式测量.缓慢调节“手动调节”电位器,增大加速电压,并注意观察微电流放大器出现的峰谷电流信号.加速电压达到50V～60V时约有10个峰出现.在测量过程中,当加速电压加到较大时,若发现电流表突然大幅度量程过载,应立即将加速电压减少到零,然后检查灯丝电压是否偏大,或适当减小灯丝电压（每次减小0.1V～0.2V为宜）再进行一次全过程测量.逐点测量Ip～UG2Kue009的变化关系,然后,取适当比例在毫米方格纸上作出Ip～UG2Kue009曲线.从曲线上确定出Ip的各个峰值和谷值所对应的两组UG2Kue009值,把两组数据分别用逐差法求出汞原子的第一激发电位U0的两个值再取平均,并与标准值4.9V比较,求出百分差.若在全过程测量中,电流表指示偏小,可适当加大灯丝电压（每次增大0.1V～0.2V为宜） （b）自动扫描方式测量.将“手动调节”电位器旋到零,函数记录仪先不通电,调节“自动上限”电位器,设定锯齿波加速电压的上限值.可先将电位器逆时针方向旋到最小,此时输出锯齿波加速电压的上限值约为50V,然后将“扫描选择”开关拨到“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值后,会重新回复零,开始一次新的扫描.在数字电压表、电流表上观察到正常的自动扫描及信号后,可采用函数记录仪记录.记录仪的X输入量程可置于5V／cm档,Y输入量程可按电流信号大小来选择,一般可先置于0.1V／cm档.开启记录仪,即可绘出完整的Ip变化曲线. 【注意事项】 （1）实验装置使用220V交流单相电源,电源进线中的地线要接触良好,以防干扰和确保安全. （2）函数记录仪的X输入负端不能与Y输入的负端连接,也不能与记录仪的地线（⊥）连接,否则要损坏仪器. （3）实验过程中若产生电离击穿（即电流表严重过载现象）时,要立即将加速电压减少到零.以免损坏管子. （4）加热炉外壳温度较高,移动时注意用把手,导线也不要靠在炉壁上,以免灼伤和塑料线软化. 希望能够给你带来帮助!

当出现光滑曲线的时候，记录峰值或波谷值，五个以上。然后用逐差法v6＋v5＋.v4－v3－v2－v1 除以9 得出的就是激发电位。氩原子第一激发电位现存多个值，公认值13.1V，较为认可的值11.8V，另有值11.72V。各数值间相差较大，但氩原子第一激发电位为一确定值。扩展资料：通过测量电流与电压的关系（仪器上的显示屏上会有），记录许多组数据，画出I-U曲线图，如有六个峰值，则数据有效，再用逐差法（对六个峰值对应的电压）计算出的电压U即为第一激发电位，这只是一个大致过程。当加速电压很低，小于 4.9伏特V时，随着电压的增加，抵达阳极的电流也平稳地单调递增。当电压在 4.9 伏特时，电流猛烈地降低，几乎降至0安培。继续增加电压。再一次，同样地，电流也跟随着平稳地增加，直到电压达到 9.80伏特。参考资料来源：百度百科-弗兰克—赫兹实验

VG2增大到氩原子的第一激发电位时，电子在第二栅极G2附近与氩原子相撞，可将自己从加速电场中获得的能量传递给氩原子，使其从基态跃迁到第一激发态。而电子本身失去能量，即使穿过栅极G2也不能穿过G2与极板P之间的拒斥电场，只能折回到栅极，所以极板电流显著减少。当VG2继续增大，电子能量在失去eU0之后还有剩余，直到剩余的能量使电子能克服拒斥电场作用，能冲到极板P，这时Ip开始回升。汞原子具有玻尔所设想的那种“完全确定的、互相分立的能量状态”，是对玻尔的原子量子化模型的第一个决定性的证据。扩展资料：当加速电压很低，小于 4.9伏特V时，随着电压的增加，抵达阳极的电流也平稳地单调递增。当电压在 4.9 伏特时，电流猛烈地降低，几乎降至 0 安培。继续增加电压。再一次，同样地，电流也跟随着平稳地增加，直到电压达到 9.80伏特。当电压在 9.8 伏特时，又观察到类似的电流猛烈降低。电压每增加 4.9 伏特，电流就会猛烈降低。这样系列的行为最少继续维持至 100 伏特电压。假设加速电压超过 4.9 伏特，自由电子会在从阴极移动至栅极的路途中，遇到一个非弹性碰撞，失去 4.9 eV，然后继续被加速。照着这方式，在电压超过 4.9eV之后，电流重新单调递增。当电压在 9.8 伏特时，情况又有改变。每一个自由电子有足够的能量造成两次非弹性碰撞，失去 9.8eV 。自由电子又无法抵达阳极。安培计读到的电流再度会猛烈地降低。电压每增加 4.9 伏特，就会发生一次这种状况，电子累积足够能量(4.9eV的整数倍)后，造成更多次的非弹性碰撞。参考资料来源：百度百科--弗兰克—赫兹实验

弗兰克赫兹实验误差来源如下：1、由于预热不足，使测量值产生误；2、实验时，由于电压的步差不可能连续，故测量的峰值会有一定的误差3、仪器老化，本身存在一定的误差4、画出氩的IP-VG2曲线是一个比较粗糙的过程，存在误差扩展资料：弗兰克—赫兹实验证明原子内部结构存在分立的定态能级。这个事实直接证明了汞原子具有玻尔所设想的那种“完全确定的、互相分立的能量状态”，是对玻尔的原子量子化模型的第一个决定性的证据。类似弗兰克—赫兹实验的其它气体效应：氖气体也会发生类似的行为模式，可是电压间隔大约是 19 伏特。程序是相同的，只有阈值不同。当电压在 19 伏特时，在栅极附近，氖气体会发光。激发的氖原子会发射橘红色光线。越增加电压，自由电子越早累积到足够的动能 19eV，发光处会离阴极越近。当电压在 38 伏特时，在氖气体管里会有两个发光处。一处在阴极与栅极中间，一处在栅极附近。电压加高，每增加 19 伏特，就会多形成一个发光处。

弗兰克—赫兹实验1914年，弗兰克（Franck，J．1882—1964）和赫兹在研究中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。他们的精确测定表明，电子与汞原子碰撞时，电子损失的能量严格地保持4.9eV，即汞原子只接收4.9eV的能量。基本信息时间 1914年学科 量子力学证明 原子内部结构存在分立的定态能级基本简介弗兰克1914年，弗兰克（James Franck，1882~1964）和赫兹(Gustar Hertz，1887~1975)在研究中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。他们的精确测定表明，电子与汞原子碰撞时，电子损失的能量严格地保持4.9eV，即汞原子只接收4.9eV的能量。这个事实直接证明了汞原子具有玻尔所设想的那种“完全确定的、互相分立的能量状态”，是对玻尔的原子量子化模型的第一个决定性的证据。由于他们的工作对原子物理学的发展起了重要作用，曾共同获得1925年的物理学诺贝尔奖。在本实验中可观测到电子与汞蒸汽原子碰撞时的能量转移的量子化现象，测量汞原子的第一激发电位，从而加深对原子能级概念的理解。弗兰克－赫兹实验为能级的存在提供了直接的证据，对玻尔的原子理论是一个有力支持。弗兰克擅长低压气体放电的实验研究。1913 年他和G.赫兹在柏林大学合作，研究电离电势和量子理论的关系，用的方法是勒纳德（P.Lenard ）创造的反向电压法，由此他们得到了一系列气体，例如氦、氖、氢和氧的电离电势。后来他们又特地研究了电子和惰性气体的碰撞特性。详细信息G.赫兹1925年诺贝尔物理学奖授予德国格丁根大学的弗兰克（JamesFranck，1882—1964）和哈雷大学的G.赫兹（Gustav Hertz，1887—1975），以表彰他们发现了原子受电子碰撞的定律。弗兰克－赫兹实验为能级的存在提供了直接的证据，对玻尔的原子理论是一个有力支持。弗兰克擅长低压气体放电的实验研究。1913 年他和G.赫兹在柏林大学合作，研究电离电势和量子理论的关系，用的方法是勒纳德（P.Lenard ）创造的反向电压法，由此他们得到了一系列气体，例如氦、氖、氢和氧的电离电势。后来他们又特地研究了电子和惰性气体的碰撞特性。1914年他们取得了意想不到的结果，他们的结论是：（1）汞蒸气中的电子与分子进行弹性碰撞，直到取得某一临界速度为止；（2）此临界速度可测准到0.1V，测得的结果是：这速度相当于电子经过4.9V的加速；（3）可以证明4.9伏电子束的能量等于波长为2536 的汞谱线的能量子；（4）4.9伏电子束损失的能量导致汞电离，所以4.9伏也许就是汞原子的电离电势。弗兰克和G.赫兹的实验装置主要是一只充气三极管。电子从加热的铂丝发射，铂丝外有一同轴圆柱形栅极，电压加于其间，形成加速电场。电子多穿过栅极被外面的圆柱形板极接受，板极电流用电流计测量。当电子管中充以汞蒸气时，他们观测到，每隔4.9V电势差，板极电流都要突降一次。如在管子里充以氦气，也会发生类似情况，其临界电势差约为21V。弗兰克和G.赫兹最初是依据斯塔克的理论，斯塔克认为线光谱产生的原因是原子或分子的电离，光谱频率ν与电离电势V有如下的量子关系：hν=eV。弗兰克和G.赫兹在 1914年以后有好几年仍然坚持斯塔克的观点，他们相信自己的实验无可辩驳地证实了斯塔克的观点，认为4.9V电势差引起了汞原子的电离。他们也许因为战争期间信息不通，对玻尔的原子理论不甚了解，所以还在论文中表示他们的实验结果不符合玻尔的理论。其实，玻尔在得知弗兰克－赫兹的实验后，早在1915年就指出，弗兰克－赫兹实验的4.9V正是他的能级理论中预言的汞原子的第一激发电势。1919年，弗兰克和G.赫兹表示同意玻尔的观点。弗兰克在他的诺贝尔奖领奖词中讲道：“在用电子碰撞方法证明向原子传递的能量是量子化的这一科学研究的发展中，我们所作的一部分工作犯了许多错误，走了一些弯路，尽管玻尔理论已为这个领域开辟了笔直的通道。后来我们认识到了玻尔理论的指导意义，一切困难才迎刃而解。我们清楚地知道，我们的工作所以会获得广泛的承认，是由于它和普朗克，特别是和玻尔的伟大思想和概念有了联系。”

如下：1、该实验的误差分析存在以下几点：①由于预热不足，使测量值产生误；②在实验时，由于电压的步差不可能连续，故测量的峰值会有一定的误差；③仪器本身存在一定的误差；④画出氩的ip-vg2曲线是一个比较粗糙的过程，难免有误差。2、1914年，弗兰克和赫兹在研究中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。他们的精确测定表明，电子与汞原子碰撞时，电子损失的能量严格地保持4.9ev，即汞原子只接收4.9ev的能量。3、误差分析是指对误差在完成系统功能时，对所要求的目标的偏离产生的原因、后果及发生在系统的哪一个阶段进行分析，把误差减少到最低限度。弗兰克—赫兹实验证明原子内部结构存在分立的定态能级。这个事实直接证明了汞原子具有玻尔所设想的那种“完全确定的、互相分立的能量状态”，是对玻尔的原子量子化模型的第一个决定性的证据。

如果电压时灯丝和阳极（第二栅极）间的加速电压，通常实验中是的，但如果充气管中的气体足够稀薄，也可能测到高激发态对应的电位。水银原子的电子的最低激发能量是 4.9eV。当加速电压升到 4.9 伏特时，每一个移动至栅极的自由电子拥有至少 4.9eV动能（外加电子在那温度的静能）。自由电子与水银原子可能会发生非弹性碰撞。自由电子的动能可能被用来使水银原子的束缚电子从一个能量量子态跃迁至另一个能量量子态，从而增加了束缚电子的能极，称这过程为水银原子被激发。但是经过这非弹性碰撞，自由电子失去了 4.9eV 动能，不再能克服栅极与阳极之间负值的电压。大多数的自由电子会被栅极吸收。因此，抵达阳极的电流会猛烈地降低。