1. 研究目的与意义（文献综述包含参考文献）

文 献 综 述

研究背景

荣获1925年诺贝尔物理学奖的弗兰克赫兹实验，以及其巧妙的实验设计，验证了前一年丹麦著名物理学家波尔提出的原子结构的量子理论，玻尔深信原子的有核模型是正确的，但也深知卢瑟福的原子模型所面临的困难，认为要解决原子的稳定性问题，必须引入量子论[1]，对原子物理学的发展和量子力学的建立做出了巨大的贡献[2]，夫兰克赫兹实验室大学物理实验中的一个验证类实验，通过测定氩原子等元素第一激发电位（即中肯电位），证明原子能级的存在。实验用慢电子与稀薄气体原子碰撞的方法，使原子从低能级激发到较高能级，通过测量电子和原子碰撞时交换某一定值的能量，直接证明了原子内部量子化能级的存在。同时，也证明了原子发生跃迁时吸收和发射的能量是完全确定的、不连续的。设初速度为零的电子在电位差为u₀的的加速电场作用下，获得能量eu₀。当具有这种能量的电子与稀薄气体的原子发生碰撞时，就会发生能量交换。如以e₁为代表氩原子的基态能量、e₂为代表氩原子的第一激发态能量，那么当氩原子吸收从电子传递来的能量恰好为eu₀=e₂-e₁时，氩原子就会从基态跃迁到第一激发态。而且相对应电位差称为第一激发电位（或称为氩的中肯电位）。测定出这个电位差eu₀，就可以根据eu₀=e₂-e₁求出氩原子的基态和第一激发态之间的能量差了（其他元素气体的第一激发电位差亦可依此法求得）[3]夫兰克#8212;赫兹实验将看不见的微观量子状态转换成宏观的可测量量显示出来,让学生看到原子中分立能级确实存在,对学生建立新的物理思想与进入新的微观物理世界,具有极其重要的引导作用。[4]

2. 研究的基本内容、问题解决措施及方案

传统智能弗兰克赫兹实验仪存在的问题：

1.传统的实验仪维护成本比较高，由于传统的实验仪有大量的按钮和电位器，使用一段

时间后电位器会磨损严重，精度下降严重，或者因为一些学生操作不当，损坏了电位器，这样后期需要定期检测和更换零件。