最新弗蘭克赫茲實驗報告

1、弗蘭克赫茲實驗報告PAGE2弗蘭克-赫茲實驗實驗目的測量F-H管傳統(tǒng)情況下加速電壓與板極電流的關(guān)系曲線。二實驗原理激發(fā)電勢玻爾的原子理論 原子只能較長地停留在定態(tài)，原子在這些狀態(tài)時，不發(fā)射也不吸收能量。各定態(tài)有一定的能量，其數(shù)值是彼此分割的。原子的能量不管通過什么方式發(fā)生改變，它只能從一個定態(tài)躍遷到另一個定態(tài)。原子從一個定態(tài)躍遷到另一個定態(tài)而發(fā)射或吸收輻射時，輻射頻率是一定的，如果用和分別表示有關(guān)兩定態(tài)的能量，輻射的頻率決定如下關(guān)系：式中，為普朗克常量，為了使原子從低能級向高能級躍遷，可以通過具有一定能量的電子與原子相碰撞進行能量交換的方法來實現(xiàn)。2設初速度為零的電子在電勢差為的加速電場作用下

2、，獲得能量，當具有這種能量的汞電子與稀薄氣體的原子發(fā)生碰撞時，就會發(fā)生能量交換。如以代表汞原子的基態(tài)能量，代表汞原子的第一激發(fā)態(tài)能量，那么當汞原子吸收從電子傳遞來的能量恰為 1汞原子就會從基態(tài)躍遷到第一激發(fā)態(tài)，相應的電勢差稱為汞的第一激發(fā)電勢。測定出這個電勢差，就可以根據(jù)公式1求出汞原子的基態(tài)和第一激發(fā)態(tài)之間的能量差了。弗蘭克-赫茲管K5BKGPBYN.png * MERGEFORMATINET K5BKGPBYN.png * MERGEFORMATINET 圖一： 短接， 為等勢區(qū)，電子由熱陰極發(fā)出，經(jīng)加速電壓使電子加速，電子可到達任意位置。如果電子在空間中與汞原子碰撞，把自己一局部能量傳給

3、汞原子。從陰極射出來的電子能量不同，從小到大分布，能量大的原子傳遞給汞原子能量，先進入激發(fā)狀態(tài)。圖二：加速電壓的正極接G 1；圖三：加速電壓的正極接G 2。這樣連接的電路 ,能保證沒有熱電子打到板極上，只有正離子會從加速電壓正極向板極加速運動。此時由于原子電離可以測到板極電流。三實驗裝置1.弗蘭克-赫茲管弗蘭克-赫茲管為實驗儀的核心部件，弗蘭克-赫茲管采用間熱式陰極、雙柵極和板極的四極形式，各極均為圓筒狀。弗蘭克-赫茲管充汞氣，玻璃封裝。2.工作電源：FH管電源組用來提供FH管各極所需的工作電壓。其中包括燈絲電壓UF，直流0V6.3V連續(xù)可調(diào)；第一柵極電壓UG1K，直流05V連續(xù)可調(diào)；第二柵極

4、電壓UG2K，直流0100V連續(xù)可調(diào)。3.掃描電源和微電流放大器：提供012V的手動可調(diào)直流電壓或自動慢掃描輸出鋸齒波電壓，作為FH管的加速電壓，供手動測量或函數(shù)記錄儀測量。4.微電流測量儀：微電流放大器用來檢測FH管的板流。四實驗內(nèi)容了解弗蘭克-赫茲管的結(jié)構(gòu)了解爐溫對汞管內(nèi)蒸汽濃度和電子自由程的控制，蒸汽濃度與T為指數(shù)關(guān)系，自由程與T成反比關(guān)系。3.分析電子碰撞原子造成原子激發(fā)類型和退激發(fā)的后果，即造成原子能級的跳躍。原子激發(fā)類型分為：低激發(fā)、高激發(fā)、電離。并且需要的能量越來越高。激發(fā)類型與自由程的關(guān)系：自由程越小，碰撞的時機越大，低激發(fā)概率就越大。因此：在爐溫為140攝氏度時，觀察低激發(fā)態(tài)

5、；在爐溫為100攝氏度時，觀察高激發(fā)態(tài)；在70至80攝氏度時，觀察電離現(xiàn)象。退激發(fā)：原子處于低激發(fā)態(tài)時是不穩(wěn)定的，容易從高能級躍遷到低能級，能量通常是同u過光輻射釋放出去，在原子與原子之間傳遞。選擇外部電路，連接電路圖，從0.0v起，每隔一定的電壓值調(diào)節(jié)電壓源，仔細觀察弗蘭克-赫茲管的極板電流值的變化，讀出極板電流值及對應的電壓值。自擬表格，詳細記錄實驗條件和相應的值。實驗數(shù)據(jù)分析表1 測量汞原子的電離曲線電壓V板極電流A7.60.17.80.380.48.10.68.20.78.30.98.618.91.291.39.11.49.31.89.5210.62.112.62.212.8312.9

6、3.413.2413.66.113.7813.9111412.614.321.214.42414.536.714.63914.74214.846 圖四根據(jù)實驗圖像可知，該圖像可分為4個階段。第一階段A點：電流為0，說明板極上沒有粒子打上去，也沒有粒子跑出來，即沒有粒子激發(fā)也沒有粒子電離。第二階段A-B段：激發(fā)開始，光電流產(chǎn)生，光子打到板極上。17.227.917.432.217.53417.63617.739.217.840.117.942.318.149表三電壓V板極電流A25.50260.127.10.828.8130.51.230.81.331.11.531.41.731.61.932.

7、3232.72.133333.13.433.33.833.43.933.5433.64.233.75.9346.234.2834.38.634.49.934.510.234.711.934.81334.914.135.11635.218.435.52235.623.835.726363236.13636.23836.442.436.546.636.649.9圖五 前三個不同的電路圖所測數(shù)據(jù)畫在在同一個表上所得到的結(jié)果。圖中電流為0時電壓的值有明顯的差異，造成這種情況的原因是：對于圖一電路來說，G 2與P之間是反射區(qū)，加速電壓同時是控制電壓。此時G 1與G 2間是等勢區(qū)，熱電子在獲得了加速能量后，在此區(qū)與汞原子碰撞，碰撞的距離長，碰撞時機多，所以整體比擬靠左；對于圖二電路來說，加速電壓同時也是控制電壓，電子一旦進入了G1與P之間的反射區(qū)域, 就開始減速，到缺乏一半的距離就要反射回來。此時，電子與原子非彈性碰撞的時機少，在電子能量到達電離能以前，汞原子被激發(fā)的數(shù)量少，所以比圖一電路所得曲