1. 研究目的与意义（文献综述包含参考文献）

文 献 综 述

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(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。

2. 研究的基本内容、问题解决措施及方案

设原子的基态能量为 e1 第一激发态能量为e2,初速为零的电子在电位差为u0的加速电场作用下,获得的能量为eu0。具有这种能量的电子与原子发生碰撞,当电子能量eu0 lt;e2 -e1时，电子与原子只能发生弹性碰撞。设碰撞前电子速度为v,动能ε=(mv2)/ 2 ,根据弹性碰撞前后动能守恒和动量守恒原理,电子在弹性碰撞过程中的量损失为 Δε=[ 4mm/(m m)2]ε。由于电子的质量比原子质量小得多,即mlt;lt;m,所以 Δε≈(4m/ m)ε。此式对应的是电子与原子发生正碰的情况。在非正碰的情况下,能量的失较上式给出的值要小。平均起来,可以认为经过一次弹性碰撞,电子损失的能量为Δε=(2m/ m)ε= fε,式中f为远小于1的分数 ,对于氩原子f =2 .7 #215;10-5 。这就是说,电子经历一次弹性碰撞所损失的能量是很小的。如果 eu0 gt;e2 -e1 =Δe , 电子与原子会产生非弹性碰撞。原子从电子中取得Δe的能量,而由基态跃迁到第一激发态,eu0 = Δe .相应的电位差即为原子的第一激发电位。

注：详细见附件。