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实验报告：克-赫兹实验

P

一、实验题目：

克-赫兹实验

二、实验目的：

1914年，克和赫兹用电子碰撞原子的方法测量到了的激发电位和电离

电位，证实了原子存在定态能级。这个实验方法至今仍是探索原子结构的重要手

段之一。实验目的是熟悉实验装置，掌握实验条件，测量的第一激发电位、电

离电位和高激发电位。进一步理解实验原理，掌握实验方法。

三、实验原理:

1.实现原子从低能级到高能级的跃迁,可以使具有一定能量的电子和原子发生碰

撞.若与之发生碰撞的电子是在电势V的加速下,速度从零增加到v,则当电子

的能量满足:

1

ΔE=E−E=eV=mv2

mn2

时,电子将全部的能量交换给原子.由于两个能级之间的能量差是有确定的值,对

应的电压就有确定的大小,当原子吸收电子的能量从基态跃迁到第一激发态时,

相就的电压值称为原子的第一激发电位.实验中就是测量原子的第一电位差.

2.Hg原子能级

其中61S0（0ev）为基态，63P1（4.9ev）为激发态，63P0（4.7ev）、63P2（5.47ev）

为亚稳态

3.实验中用F-H管来测量原子的第一激发电位.原理图如下:

F-H管内先注入少量，再抽成真空，在一定温度下，得到合适压强的蒸

气。电子由阴极K出发，受第二栅极G2正电压作用加速，在管中与原子碰撞。

逐渐增加KG2电压，观察屏极电流。发现电流逐渐增加，但每增加4.9V，都出现

一次电流陡降。第一次陡降出现在4.1V左右，是由于仪器的接触电势所致。具

有4.9eV的电子与原子碰撞，将全部能量传递给原子，使其处于4.9eV的激

发态。再增大电压，电子在F-H管中发生第二次、第三次…碰撞，屏极电流都会

陡降。G1的作用：控制电流并消除阴极附近电子。屏极A与G2间

有负电压，使得与原子发生非弹性碰撞二损失了能量的电子不能到达A极。而

G1与G2间距较大，使电子与气体有较大的碰撞区域。

F-H管内充，灯丝加热K使其电子，G1控制通过G1的电子数目，G2加速

电子，G1,G2空间较大，提供足够的碰撞概率，A接收电子，AG2加一扼止电压，

使失去动能的电子不能到达，形成电流。

4.碰撞过程及能量交换：

此过程在G1G2空间发生，在加速场的作用下，电子获得动能，与原子的弹性碰

撞中，电子总能量损失较小，在不断的加速场作用下，电子的能量逐渐增大，就

有可能与原子发生非弹性碰撞，使原子激发到高能态，电子失去相对应的能量，

使其不能到达A从而不能形成电流。

V=4.7V，使原子激发到63P0，此态较稳定，不容易再产生跃迁，故不容

GK

2

易观察到这个吸收。

V=4.9V，使原子激发到63P1，引起吸收，电子速度几乎为零，电子