夫兰克—赫兹实验的新授课模式

范喆

摘要：提出了夫兰克—赫兹实验新的授课模式 ，学生在反向拒斥电压的理解上容易存在难点针对这一情况新的授课模式将难点融入课堂讨论，根据实验结果使学生自行加深了理解和印象。

作为大学物理实验中的基础项目，夫兰克-赫兹实验主要验证了玻尔的原子理论方面的相关知识。所以同学们往往认为夫兰克和赫兹做的这个实验完全是由于有了玻尔的原子理论，之后为了验证它才进行的。但是实际上1911年夫兰克和赫兹两位科学家为了观察汞气体放电现象，就进行了电子与汞气体原子的碰撞实验，而玻尔的原子理论是在1913年才提出的。1914年5月夫兰克和赫兹发表了有关汞气体电离电势的第一篇论文，其中并没有提到玻尔的原子理论。[1]

目前我们在给学生授课时往往只会强调玻尔理论的提出时间和夫兰克-赫兹实验的完成时间，因此往往容易引起这样的误会。为了理清学生对这方面物理史的理解，另外也为了引导学生对于实验具体结论的深层次思考，我们采取了与以往不同的新的授课模式。

平时的此类课程中，重点在于老师讲授玻尔理论的基本原理，即原子只能较长久地停留在一些稳定状态（即定态），其中每一状态对应一定的能量，其数值是彼此分离的。原子的核外电子在能级间进行跃迁时要吸收或发射定值的能量。原子与具有一定能量的电子发生碰撞，就可以使原子从低能级跃迁到高能级。新模式的重点则放在讨论这个实验除了应用汞气原子之外，还可以采用什么气体原子与电子碰撞，引导同学们适时想到氩原子等。

接下来引导同学查阅资料了解夫兰克-赫兹实验的初衷和其恰好验证了玻尔理论的巧合性。让同学们对这个实验产生浓厚的兴趣。并更进一步引导学生自发考虑实验的可行性方案，并亲身动手设计出合理的操作步骤和规程。这一步是课堂上的重点和难点，往往需要教师再三启发，但是一旦完成，后续的实验过程往往非常顺利。

最后，完成基本实验的同学们分组实践并讨论下各个参数对于最终结果的影響。例如正常充氩FH管在没有反向拒斥电压UG2A时，阳极电流I随着加速电压的增大，其幅度整体呈上升趋势，但有较小的振荡已经表现出了峰谷特征 这种较小的幅度振荡体现了氩气的作用[2]。这一步的实验结果也澄清了教学中一个比较困惑的问题，即并非不加拒斥电压，阳极电流就会呈现为一条直线 真实的情况是：不加拒斥电压，则阳极电流，也会有峰谷的特征只是不够明显[3]。具体可见下页图示。另外，有关灯丝电压对实验结果的影响，扫描增益的影响，均可由学生们亲身实践。学生们在自主思考，自主实践的基础上会对实验原理有更深的认识及体会.

[2]

综上所述，通过采用新的教学模式，学生们对该实验的兴趣大增，动手和动脑能力同步得到了很大提高。更好地解决了教学中容易出现的有关拒斥电压等理解的难点和误区。

参考文献：

[1]夫兰克—赫兹实验的理论探讨 广东第二师范学院学报 2014年10月Vol34（5）：58-59

[2]三步法讲解夫兰克—赫兹实验原理 蒲贤洁 丛杨 何光宏 韩忠 大学物理实验 2017年4月Vol30（2）：83-85

[3]夫兰克—赫兹实验中管极电压对实验曲线影响的研究[J].实验室研究与探索 2015年34（6）：59-62.