弗蘭克-赫茲實驗實驗報告

1、時間：2021.03. 06弗蘭克就童賣殮創(chuàng)作：歐陽道-賣驗?zāi)康耐ㄟ^測文汞原子的第一激發(fā)電住，證朗原子能 級存柱。二賣殮原理1激發(fā)削勢玻余的原子能級理論f 1J原子只能長時間的停翱亦一些稔走的狀態(tài)，(簡稱定態(tài)丿O原子亦這些狀態(tài)時，不發(fā)射或吸收能 量；各定態(tài)有定的能量，其數(shù)值是彼.此分隔的。原子 的能量不論通過什么方式發(fā)生改麥，它只能從一個定態(tài) 躍遷到另一個定態(tài)。(2)原子從一個之態(tài)躍遷到了另一個定態(tài)而發(fā)射 或吸收一良的能量，輻射頻率是一走的，滿足hv = Em - Efi J原子賣現(xiàn)能級躍遷的逾徑之一,就是通過具有一走 能量的電子與原子碰撞的方式來賣現(xiàn)的。設(shè)初速度為零的電子往削勢差為U的加速色

2、場作用 下，荻得的能量為eU,多具有這種能量的削子與稀薄毛體中的原子發(fā)生碰撞時，就會發(fā)生能量交換，如以E1 帶表汞原子的基態(tài)能量，E2代表汞原子第一激發(fā)態(tài)的能 量，那么當(dāng)汞原子從電子傳遞.來的能量恰好為eU0 =E2-Ex 時，汞原子就會從基態(tài)躍遷到第一激發(fā)態(tài)。相應(yīng)的削勢 差稱為汞的第一激發(fā)電勢(中肯色勢丿。夫蘭充核子賣驗原理如圖1示。IA/nA柱充汞的夫蘭克拯童管中，電子有陰極圖3夫蘭克-；赤茲管第一激坷芒斶-Ugk曲線Ugk/VK和柵極G之問的加速亀莊Ugk供亀子加速。在板極A和柵極G之問加有彳巨斥電壓Uag。管子空間亀住分布如 圖2示。多色子通過KG空問進(jìn)入GA空間時，如果有 較丸的能量

3、丫cUag),就能沖過反向拒斥電場而到達(dá) 板極形成電流，為微電流計PA 檢測出。如果色子征 KG空間與汞原子碰撞，把自己的一部分能量給了汞原 子而使后者激發(fā)的話，色子本身剩余的能量很少，以玫 功過柵極后不足以克服拒斥電場而彼折回到柵極。這 時，通過微電流計的電流將顯著的癒小。賣唸時，觀案削流計的削流隨Ugk逐漸增加時的現(xiàn) 象。如果原子能級確賣存往的話，而且基態(tài)與第一激發(fā) 態(tài)有確定的能量差，就能觀察到如圖3示的IaUgk曲 線。曲線反映了汞原子柱KG空問與電子進(jìn)行能量交換 的情況。當(dāng)KG空問色莊逐漸增加時，色子在KG空間 彼加速而取得越來越大的能量。但起始階段，由于色壓 較低,削子的能量較少，即

4、使在運(yùn)動過程中它與原子碰 撞也只有較少的能量交換（彈性碰撞丿。穿過柵極的色 子形成的板流IA將隨柵極電壓的增加而增大（圖中 OA段丿。當(dāng)KG間的電壓達(dá)到汞廉子的第一激發(fā)血勢 U0時，電子淮.柵極附近與汞原子柏碰撞，將自己從加 速色場中獲得的全部能量都交給后者，幷且使后者從基 態(tài)激發(fā)到第一激發(fā)態(tài)。而電子本身由于能量全部交給了 汞原子，即使穿過了柵極也不能克服拒斥電場而彼折回 柵極。所以板極削流IA將顯著類小（圖AB段丿。隨 著棚極電壓的正家，電子的能量也隨著增加，淮.與汞原 子碰撞后還密下足夠的能量，可以克服反向拒斥電場而 達(dá)到板極 A,這時削流有開始上升（BC段丿。直到 KG間色壓是二僖的汞原

5、子的第一激發(fā)色勢時，電子柱 KG空間又會因為二次碰撞而失去能量，因而又凌成了 第二次板極電流的下啥fCD段丿,同理Ugk=M 5=1, 2, 3,）（3）凡符合（3丿式的地方板極電流都會下跌，形成規(guī) 則起伏麥化的IA-UGK曲線。而各次板極電流下陣相對 應(yīng)的陰、枷極色壓差幾就_幾應(yīng)該是汞原子的第一激發(fā) 電勢。三賣驗儀彖FH-1A夫蘭克-就茲賣驗儀（加熱爐、微電流 測量放大器丿、溫度計。四賣殮內(nèi)彖及步驟1、正確連接線路，A, G、H、K連線對應(yīng)，不 可混接或短路。2、將微削流放大甕，工作選擇置于DC,工作狀態(tài) 置于R,柵極色壓調(diào)到最小，預(yù)熱5分鐘。3、接通加熱爐電源，溫度升至i8oc時調(diào)零no-

6、5 伎）和滿度fFULLJ o4、緩慢增加?xùn)艠O電壓，粗略全面觀疼一次IA的起伏 變化，當(dāng)（1A表滿度時柏應(yīng)的改變信率。5、從0V起仔細(xì)調(diào)節(jié)柵極電壓，細(xì)心觀疼IA的變 化，同時記錄數(shù)據(jù)。讀出IA的舉谷值的色流和對 應(yīng)的電壓，至少記錄4組蜂谷值。為了準(zhǔn)確反映 賣驗規(guī)律，A啥谷值的兩側(cè)分別記兩組數(shù)擔(dān)。6、賣驗屯牛，微電流放大器工作選擇，工作狀態(tài)置 于O,柵極電壓調(diào)到最小，只關(guān)閉加熱爐點(diǎn)驗， 不要關(guān)閉微電流放大器。五、數(shù)據(jù)記錄及處理1賣驗數(shù)據(jù)記錄峰1谷1峰2谷2峰3谷3怕谷4Ugk/V11.612.115.116.919.621.524.226.2Ia/uA (KT5)13.65.939.07.959

7、.012.1121.024.02數(shù)據(jù)處理(1)根擔(dān)賣驗原理可以得到第一激發(fā)電勢為Uq = u亦- u畑 H 或“廠 SUn =谷”1 一 谷”，得(2)不確定度計算A類分量B類不確定度分量合成不確：t度(3丿第一激發(fā)削勢為六賣驗結(jié)果及討論1、由賣驗圖象可以驗證了汞原子的能級存亦，并 根據(jù)賣驗數(shù)據(jù)計算得到汞原子的第一激發(fā)電勢 為久=0b = (4.6O.3W ,與公認(rèn)的理論值 。=4.91/符合的較好。2、鎂差可能出現(xiàn)的廉因(1) 溫度的微小變化引起.的鎂差；(2) 讀數(shù)時的視覺娛差；(3丿儀彖匂身的諼差。開始階段電流變化不朗 顯，謀差可能較大。七注意事項1、連線時注憲A、K、G, H問的對應(yīng)，避免混接或短路。2、對微色流放大器丸進(jìn)行預(yù)熱，淮.接通加熱爐電源。