弗蘭克赫茲實驗.doc

弗蘭克-赫茲實驗第90組 姓名:龔俊輝 學(xué)號:PB05013225實驗?zāi)康?用電子碰撞原子的方法觀察和測量汞的激發(fā)電位和電離電位.實驗器材: F-H管, 加熱爐,加熱燈絲,靈敏檢流計,可調(diào)電源等.實驗原理:實現(xiàn)原子從低能級到高能級的躍遷,可以使具有一定能量的電子和原子發(fā)生碰撞.若與之發(fā)生碰撞的電子是在電勢的加速下,速度從零增加到,則當(dāng)電子的能量滿足:時,電子將全部的能量交換給原子.由于兩個能級之間的能量差是有確定的值,對應(yīng)的電壓就有確定的大小,當(dāng)原子吸收電子的能量從基態(tài)躍遷到第一激發(fā)態(tài)時,相就的電壓值稱為原子的第一激發(fā)電位.實驗中就是測量汞原子的第一電位差. 實驗中用F-H管來測量汞原子的第一激發(fā)電位.原理圖如下: F-H管內(nèi)先注入少量汞，再抽成真空，在一定溫度下，得到合適壓強的汞蒸氣。電子由陰極K出發(fā)，受第二柵極G2正電壓作用加速，在管中與汞原子碰撞。逐漸增加KG2電壓，觀察屏極電流。發(fā)現(xiàn)電流逐漸增加，但每增加4.9V，都出現(xiàn)一次電流陡降。第一次陡降出現(xiàn)在4.1V左右，是由于儀器的接觸電勢所致。具有4.9eV的電子與汞原子碰撞，將全部能量傳遞給汞原子，使其處于4.9eV的激發(fā)態(tài)。再增大電壓，電子在F-H管中發(fā)生第二次、第三次碰撞，屏極電流都會陡降。G1的作用： 控制電子束電流并消除陰極附近電子聚集。屏極A與G2間有負電壓，使得與汞原子發(fā)生非彈性碰撞二損失了能量的電子不能到達A極。而G1與G2間距較大，使電子與氣體有較大的碰撞區(qū)域。F-H管內(nèi)充汞，燈絲加熱K使其發(fā)射電子，G1控制通過G1的電子數(shù)目，G2加速電子，G1、G2空間較大，提供足夠的碰撞概率，A接收電子，AG2加一扼止電壓，使失去動能的電子不能到達，形成電流。此過程在G1G2空間發(fā)生，在加速場的作用下，電子獲得動能，與原子的彈性碰撞中，電子總能量損失較小，在不斷的加速場作用下，電子的能量逐漸增大，就有可能與原子發(fā)生非彈性碰撞，使原子激發(fā)到高能態(tài)，電子失去相對應(yīng)的能量，使其不能到達A從而不能形成電流。當(dāng)時,使原子激發(fā)到63P0，此態(tài)較穩(wěn)定，不容易再產(chǎn)生躍遷，故不容易觀察到這個吸收。當(dāng)時,使原子激發(fā)到63P1，引起共振吸收，電子速度幾乎為零，電子不能到達A，形成第一個峰. 當(dāng)時,電子與原子發(fā)生兩次非彈性碰撞，在G2處失去動能，形成第二個峰。同樣, 當(dāng)時將形成第n個峰。圖形為:實驗內(nèi)容:打開加熱爐的電源,把溫度調(diào)節(jié)拔到157度,對F-H管進行加熱,待加熱爐的指示燈由綠變紅時,開始做實驗,打開,等的開關(guān),并調(diào)節(jié)其值為: , ,.調(diào)節(jié)大小, 先用“快掃”觀察現(xiàn)象，后用“手動”檔，記錄相應(yīng)的電流、電壓值.實驗中先把電壓值從小到大調(diào)節(jié),記錄下電流和電壓值,再把電壓從大到小調(diào)節(jié),記錄下此值.實驗中記得的數(shù)據(jù)如下:(1)電壓從小到大調(diào)節(jié)時的數(shù)據(jù)為:P(最大值)V(最小值)一組12.212.512.914.416.016.39621910二組16.917.517.819.120.320.71163158三組21.822.322.724.225.325.714962711四級26.827.428.028.830.030.5161053712五組31.532.333.033.935.135.5191384913六組36.637.137.239.240.54.0920161151217七組41.342.543.444.645.245.82015971219最后還有一個數(shù)據(jù)是第七組最后對應(yīng)的峰值,.將以上的數(shù)據(jù)做成圖形如圖:對應(yīng)的峰值為:1234567812.216.921.826.831.536.641.347.0峰值差為:4.74.95.04.75.14.75.7所以第一激發(fā)電位的平均值為:由公式,和可算得測量列的不確定度,所以這組數(shù)據(jù)測量得到的汞的第一激發(fā)電位為(2)電壓從大到小調(diào)節(jié)時的數(shù)據(jù)為:P(最大值)V(最小值)七組47.046.245.644.243.042.623151061014六組41.541.14.0539.137.937.21513951013五組36.436.235.734.032.932.3141394711四組31.531.130.529.527.827.012106369三組26.125.525.224.222.722.11054268二組21.520.920.319.017.617.1963157一組16.616.415.814.112.912.7863124最后還有一個數(shù)據(jù)是第一組最后對應(yīng)的峰值,將以上的數(shù)據(jù)做成圖形如圖:對應(yīng)的峰值為:8765432147.041.536.431.526.121.516.612.1峰值差為:5.55.14.95.44.64.94.5所以第一激發(fā)電位的平均值為:由公式,和可算得測量列的不確定度,所以這組數(shù)據(jù)測量得到的汞的第一激發(fā)電位為從上面的兩種測量汞原子的第一激發(fā)電位的方法得到的實驗測量值看,兩組得到的實驗數(shù)值離理論值還是比較接近的.思考題:(1)答:實驗中改變燈絲F的電壓可以調(diào)節(jié)K發(fā)射電子的強度,當(dāng)F的電壓變大時,K發(fā)射的電子數(shù)多,能到A的電子數(shù)也增多,在同等的條件下,電流強度增大,造成的圖形整體上移.相反,當(dāng)F的電壓變小時,圖形整體下移.(2)答:此次實驗中,控制管內(nèi)的汞氣壓是實驗成敗的關(guān)鍵.溫度較底時,汞的飽和氣壓很低.這時,管中的汞原子的密度較小,經(jīng)過加速的后的電子和汞原子相碰的概率不是非常的大,這樣,電子有機會在和汞原子相碰前積蓄超的能量,從而使向高激發(fā)態(tài)的激發(fā)概率迅速增加,甚到出現(xiàn)電離,這樣不利于實驗的測量, 圖像也很不標準,得到的測量的數(shù)據(jù)了也會有較大的誤差.常溫下,汞的飽和氣壓很低,為得到合適的汞原子