《弗兰克赫兹试验试验报告.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《弗兰克赫兹试验试验报告.docx（5页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、弗兰克 -赫兹实验一实验目的通过测定汞原子的第一激发电位，证明原子能级存在。二实验原理1 激发电势玻尔的原子能级理论（ 1）原子只能长时间的停留在一些稳定的状态，（简称定态）。原子在这些状态时，不发射或吸收能量；各定态有一定的能量，其数值是彼此分隔的。原子的能量不论通过什么方式发生改变，它只能从一个定态跃迁到另一个定态。（ 2）原子从一个定态跃迁到了另一个定态而发射或吸收一定的能量，辐射频率是一定的，满足hv Em En（1）原子实现能级跃迁的途径之一，就是通过具有一定能量的电子与原子碰撞的方式来实现的。设初速度为零的电子在电势差为U 的加速电场作用下，获得的能量为eU,当具有这种能量的电子与
2、稀薄气体中的原子发生碰撞时，就会发生能量交换，如以日带表汞原子的基态能量，E2代表汞原子第一激发态的能量，那么当汞原子从电子传递来的能量恰好为eU 0 E2 E1 （2）时，汞原子就会从基态跃迁到第一激发态。相应的电势差称为汞的第一激发电势（中肯电势）。夫兰克-核子实验原理如图1示。I如小.mk UGKV图3夫兰克-赫兹管第一激发电势的I a-Ugk曲线在充汞的夫兰克赫兹管中，电子有阴极发心阴Q “K和栅极G之 间的加速电压UG戕电子加速。在板极A和栅极G之间加有拒斥电压LAgo 管子空间电位分布如图 2示。当电子通过 KG空间进入GA空间时，如 果有较大的能量（）e&G）,就能冲过反
3、向拒斥电场而到达板极形成电 流，为微电流计PA检测出。如果电子在 KG空间与汞原子碰撞，把自 己的一部分能量给了汞原子而使后者激发的话，电子本身剩余的能量 很少，以致功过栅极后不足以克服拒斥电场而被折回到栅极。这时， 通过微电流计的电流将显着的减小。实验时，观察电流计的电流随 UG遵渐增加时的现象。如果原子能 级确实存在的话，而且基态与第一激发态有确定的能量差，就能观察 到如图3示的I a-Ugk曲线。曲线反映了汞原子在 KG空间与电子进行能 量交换的情况。当KG空间电压逐渐增加时，电子在 KG空间被加速而 取得越来越大的能量。但起始阶段，由于电压较低，电子的能量较少， 即使在运动过程中它与原
4、子碰撞也只有较少的能量交换（弹性碰撞）。穿过栅极的电子形成的板流 IA将随栅极电压的增加而增大（图中 OA 段）。当KG间的电压达到汞原子的第一激发电势U0时，电子在栅极附近与汞原子相碰撞，将自己从加速电场中获得的全部能量都交给后者, 弁且使后者从基态激发到第一激发态。而电子本身由于能量全部交给了汞原子，即使穿过了栅极也不能克服拒斥电场而被折回栅极。所以板极电流IA将显着减小（图AB段）。随着栅极电压的正家，电子的能量也随着增加，在与汞原子碰撞后还留下足够的能量，可以克服反向拒斥电场而达到板极 A,这时电流有开始上升（BC段）。直到KG间电 压是二倍的汞原子的第一激发电势时，电子在KG空间又会
5、因为二次碰撞而失去能量，因而又造成了第二次板极电流的下降（CD段），同理Ugk nUo （n=1, 2, 3,）（3）凡符合（3）式的地方板极电流都会下跌，形成规则起伏变化的IA-UGK曲线。而各次板极电流下降相对应的阴、栅极电压差Umi Um应该是汞原子的第一激发电势。三实验仪器FH-1A 夫兰克-赫兹实验仪（加热炉、微电流测量放大器）、温度计。 四实验内容及步骤1、 正确连接线路，A、 G、 H、 K 连线一一对应，不可混接或短路。2、 将微电流放大器，工作选择置于 DC工作状态置于R,栅极电压调到最小，预热5 分钟。3、 接通加热炉电源，温度升至180时调零（10-5 档位）和满度（ F
6、ULL） 。4、 缓慢增加栅极电压，粗略全面观察一次IA的起伏变化，当以A表满度时相应的改变倍率。5、 从0V起仔细调节栅极电压，细心观察IA的变化，同时记录数据。读出IA的峰谷值的电流和对应的电压，至少记录4组峰谷值。为了准确反映实验规律，在峰谷值的两侧分别记两组数据。6、 实验完毕，微电流放大器工作选择，工作状态置于O,栅极电压调到最小，只关闭加热炉点验，不要关闭微电流放大器。五、数据记录及处理1实验数据记录峰1谷1峰2谷2峰3谷3峰4谷4UGk/V11.612.115.116.919.621.524.226.2I a/ A (10-5)13.65.939.07.959.012.1121.
7、024.02数据处理(1)根据实验原理可以得到第一激发电势为Uo Un U峰ni U峰nH或Uo Un U谷ni U谷n ,彳导故(2)不确定度计算A类分量B类不确定度分量合成不确定度(3)第一激发电势为六实验结果及讨论1、由实验图象可以验证了汞原子的能级存在，弁根据实验数据 计算得到汞原子的第一激发电势为Uo U (4.6 0.3)V ,与公认的理论值Uo 4.9V符合的较好。2、误差可能出现的原因（1）温度的微小变化引起的误差；（ 2）读数时的视觉误差；（ 3）仪器自身的误差。开始阶段电流变化不明显，误差可能较大。七注意事项1、 连线时注意A、K、G、 H 间的一一对应，避免混接或短路。2、 对微电流放大器先进行预热，在接通加热炉电源。3、 使用仪器时注意调零和满度。4、 由于有热惯性，带加热炉温度稳定后进行测量。5、 加热炉温度很高，避免灼伤。6、 微电流放大器电流表满偏时迅速降低栅极电压或扩大电流表倍率，以免损坏仪器。