基于Matlab的夫兰克-赫兹实验的计算机模拟.pdf

在本篇论文中，研究人员利用Matlab软件模拟了夫兰克-赫兹实验，探索了电子流和原子能级之间的关系，这是物理学领域研究原子结构的重要手段。文章详细介绍了模拟的过程，并分析了实验结果。 论文介绍了Matlab这一高性能数值计算和可视化软件在模拟研究中的应用。Matlab以其简洁的编程方式和强大的绘图功能被广泛应用于各个学科领域。在物理学领域，Matlab被用于模拟各种光学实验现象。 接着，文章回顾了1914年夫兰克和赫兹的经典实验。他们在研究气体放电现象时，通过汞蒸气的电子流随能量变化的周期性变化发现了原子能级的存在，从而为波尔的氢原子理论提供了实验证据。 夫兰克-赫兹实验中，阴极射线管电压和拒斥电压对电流曲线有重要影响。研究中使用Matlab模拟了实验装置，观察了加速电压和拒斥电压变化对电流曲线的影响。通过实验装置原理图，我们可以看到玻璃容器中充有汞蒸气，在阴极和栅极之间设置了加速电场，电子在KG空间内被加速并不断与汞原子发生碰撞。 在模拟实验中，研究者们发现在阴极射线管电压较高的情况下，到达接收极A板的电子增多，因而电流增大。此外，当阴极射线管电压保持不变时，加速电压的增加也会导致电流曲线总体呈上升趋势，这是因为电子获得的能量更大，与汞原子碰撞后的散射角变小，被散射到管壁上的可能性减少，因此电流总体随加速电压增大而增大。 另外，拒斥电压对电流曲线也有显著影响。拒斥电压越小，通过栅极G的电子更容易到达接收极，电流也相应增大。这是因为拒斥电压的降低减少了电子克服拒斥电场的难度。 文章通过模拟实验详细分析了阴极射线管电压和拒斥电压对电流曲线的影响，并提供了一定的理论分析。该研究利用Matlab的强大数据处理功能和作图能力，实现了对夫兰克-赫兹实验的深入探索，从而为理解原子能级提供了新的视角。 文章提到了基金项目和作者信息，指出了研究的来源，并对作者的背景进行了简要介绍，表明了研究的可靠性和科学性。作者王威是沈阳工业大学理学院的讲师，主要研究方向为物理问题的可视化研究。 本篇论文通过Matlab对夫兰克-赫兹实验进行计算机模拟，不仅加深了对实验的理解，而且展示了Matlab在物理实验模拟中的应用价值。该研究对物理教学和科研都具有一定的参考意义。