Московский государственный университет
Путей сообщения РФ (МИИТ)
Кафедра «Физика-2»
Институт, группа ИУИТ, УИС-111 К работе допущен____________________
(Дата, подпись преподавателя)
Студент Дмитриева Е. В. Работа выполнена___________________
(ФИО студента) (Дата, подпись преподавателя)
Преподаватель Шульмейстер А. М. Отчёт принят_______________________ (Дата, подпись преподавателя)
ОТЧЁТ ПО ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ № 48
Опыт Франка и Герца.
1. Цель работы:
Подтверждение боровской теории строения водородоподобных атомов.
Принципиальная схема установки
(или её главных узлов):
Трехводородная лампа:
К – накаленный катод;
С – сетка;
А – анод;
Г – гальванометр; ε1
П – потенциометр;
V – вольтметр;
ε1, ε2 – ЭДС;
ε2
Тиратрон:
С – сетка;
К – катод;
Т – тиратрон;
R – сопротивление;
3. Основные теоретические положения к данной работе (основополагающие утверждения: формулы, схематические рисунки):
В основе теории Бора лежат следующие постулаты:
Первый постулат Бора (постулат стационарных состояний): существуют некоторые стационарные состояния атома, находясь в которых он не излучает энергии.
Второй постулат Бора (правило квантования орбит) утверждает, что в стационарном состоянии атома электрон, двигаясь по круговой орбите, должен иметь квантованные значения момента импульса, удовлетворяющие условию
, где п = 1; 2; 3;… (1)
Здесь m – масса, а 
- скорость электрона, r – радиус его орбиты, h = 6,62*10-34 – постоянная Планка.
Третий постулат Бора (правило частот) устанавливает, что при переходе атома из одного стационарного состояния в другое испускается или поглощается один фотон. Изменение энергии атома, связанное с излучением или поглощением фотона, пропорциональна частоте 
. Если ∆Е – изменение энергии атома в результате этих процессов, то
∆Е=h . (2)
Постулаты Бора нашли непосредственное подтверждение в опытах Франка и Герца по изучению столкновений электронов, ускоряемых электрическим полем, с атомами инертных газов и паров металла. Эти элементы использовались потому, что их атомы не проявляют склонности к захвату электронов и образованию отрицательных ионов.
В опытах Франка и Герца было обнаружено, что электроны могут испытывать с атомами столкновения двух типов:
1) упругие столкновения, при которых электрон отскакивает от атома без потери энергии и лишь меняет направление движения;
2) неупругие столкновения, при которых электрон отдает большую часть своей кинетической энергии (или даже всю энергию) атому, и, следовательно, резко уменьшает свою скорость; при этом атом переходит в возбужденное состояние.
Упругие столкновения имеют место, когда кинетическая энергия электронов меньше разности энергий основного Е1 (п =1) и первого возбужденного (п =2) состояния
Е2 атома: в этом случае электроны практически не передают атомам энергии. Если же кинетическая энергия электронов становиться равной Е2- Е1, то электроны испытывают неупругие столкновения, в результате которых атом переходит в первое возбужденное состояние.
Если электронам сообщить достаточно большую энергию, то при неупругих столкновения они могут перевести атом во второе (п =3), третье (п =4) и более высокие возбужденные состояния с энергиями, соответствующими более высоким энергетическим уровням атома. При этом будут выполняться соотношения: Е3- Е1=еUII=h II; Е4- Е1=еUIII=h III и т. д.
Таким образом, атом либо вообще не поглощает энергию (испытывает упругое соударение с электроном), либо поглощает ее, но в количестве, равном разности энергий двух стационарных состояний.
Таблицы и графики
| Элемент | Гелий | Неон | Аргон | Ксенон | Криптон |
| Длина волны | 62,5 60,3 58,5 | 74,3 58,5 | 104,8 91,3 88,9 | 147,0 109,8 | 123,6 87,8 |
-19 -4 -5
Результаты измерений и расчетов:
| № | UГ1, В | UС1, В | UI1, В | UC2, В | UC2 -UC1, В | E2 -E1, Дж | λ 1, нм | λ 1ср, нм |
| 200 Гц | 1,2 | 1,17 | 1,21 | 1,3 | 0,13 | 0,2*10-19 | 10-5 | - |
| 250 Гц | 1,21 | 1,21 | 1,23 | 1,25 | 0,04 | 0,064*10-19 | 3*10-4 | - |
| 300 Гц | 1,2 | 1,19 | 1,21 | 1,3 | 0,11 | 0,17*10-19 | 5,7*10-4 | - |
1) 
1. (Дж)
2. (Дж)
3. (Дж)
2)
1. 
(Гц)
2. 
(Гц)
3. 
(Гц)
3)
1. 
(м)
2. 
(м)
3. 
(м)
Подпись студента: