赫茲實驗報告

惠州學(xué)院近代物理實驗報告電子科學(xué)系09物理2班 實驗日期2012年11月15日姓名 學(xué)號 同組姓名 指導(dǎo)老師宋晉湘實驗名稱：弗蘭克赫茲實驗實驗?zāi)康模和ㄟ^測定亞原子等元素的第一集發(fā)典韋，證明原子能級的存在。實驗原理1、電子和氣態(tài)汞原子碰撞利用電子和氣態(tài)汞原子的碰撞最容易實現(xiàn)弗蘭克赫茲實驗。原子從低能級en向高能級em躍遷可以通過具有一定能量的電子和原子碰撞來實現(xiàn)。若與原子碰撞的電子是在電勢差v的加速下，速度由0到v，則1?e?em?en?ev?mv22當(dāng)原子吸收電子能量從基態(tài)躍遷到第一激發(fā)態(tài)時，相應(yīng)的v稱為第一激發(fā)電位，如果電子的能量達到原子電離的能量，會有電離發(fā)生，相應(yīng)的v稱為該原子的電離電位。2、實驗裝置實驗原理圖：電子碰撞在f-h管內(nèi)進行。真空管內(nèi)充以不同的元素就可以測出相應(yīng)元素的第一激發(fā)電位。f-h四極管包括電極燈絲f，氧化物陰極k，兩個柵極g1和g2和一個屏極a，陰極k照在燈絲f夕卜，又燈絲f的電壓可控制k發(fā)射電子的強度，靠近陰極k的實第一柵極，在g1和k之間加有一個小正電壓vg1k，第二柵極遠離g1而靠近屏極a，g2和a之間加一小的遏止負電壓vg2a.f-h管內(nèi)充有hg時，vg2k和屏流ip滿足：3ip?cexp{vg2k}2充hg的f-h管被加熱式hg氣化后，ip-vg2k曲線發(fā)生變化，如圖所示當(dāng)vg2k=4.9nv(n=1,2,3…)時，圖線上都將出現(xiàn)一個峰值，原因是每到一個4.9v電子與汞原子發(fā)生了非彈性碰撞，電子將能量全部轉(zhuǎn)移給汞原子，失去能量的電子不能到達屏極。實驗步驟及內(nèi)容一、 測hg的第一激發(fā)電位1、 將裝置溫度調(diào)整到一定值，然后將vf,vp,vg調(diào)制標(biāo)定值vf=1.3vvg1k=2.5vvg2p=1.5vt=157°C2、 測量vg2k-ip曲線，先將vg2k跳至(調(diào)至)最小，之后每增大0.5v記錄一次ip的數(shù)據(jù)，直到測出6到8個峰二、 測ar的第一激發(fā)電位1、接線2、掃描開關(guān)調(diào)至“自動”擋，速度開關(guān)調(diào)至“快進(快速)”3、調(diào)整示波器“ch1”“ch2”的位置4、調(diào)節(jié)vg1,vp,vf的位置至給定值5、開始測量，從零開始，vg2k每隔0.05v記錄一次ip值直到最大vg2k實際值：示數(shù)x10，ip實際值：示數(shù)x10(na)測量數(shù)據(jù)及分析1、汞ip/ua20151050051015202530354045hg的ip-vg2k圖像各峰值之間的vg2k之差為6v1=11.41-6.92=4.49v6v2=16.15-11.41=4.74v6v3=20.78-16.15=4.63v 6 v4=25.61-20.78=4.83v 6 v5=30.50-25.61=4.89v 6v6=35.41-30.50=4.91v6v7=40.30-35.41=4.89v故汞的第一激發(fā)電位為v?4.49?4.74?4.63?4.83?4.89?4.91?4.89?4.76v7ar的ip-vg2k數(shù)據(jù)12010080604020a各峰值之間的差為6v1=29.12-19.16=9.96v6v2=40.46-29.12=11.34v6v3=52.09-40.46=11.63v6v4=63.92-52.09=11.83v6v5=76.33-63.92=12.41v6v6=89.28-76.33=12.95var的ip-vg2k圖像故ar的第一激發(fā)電位為v?9.96?11.34?11.63?11.86?12.41?12.95?11.69v6思考題當(dāng)f-h管溫度較低時，由于電子平均自由程大，電子有機會使積蓄的能量超過4.9ev，從而使原子向高激發(fā)態(tài)躍遷的概率增加，這樣圖像上ip會對應(yīng)出現(xiàn)高激發(fā)態(tài)的峰值，曲線的峰間距變長，峰值增大。當(dāng)溫度較高時，則會出現(xiàn)相反效果。實驗心得當(dāng)用示波器測量ar的第一激發(fā)電位時，要注意調(diào)整發(fā)射電子的強度，不能在最高處出篇二：弗蘭克-赫茲實驗報告大學(xué)物理實驗報告-弗蘭克赫茲實驗實驗題目：弗蘭克赫茲實驗實驗器材：f-h實驗管、恒溫加熱電爐、f-h實驗裝置、示波器。實驗內(nèi)容：1.熟悉實驗裝置，掌握實驗條件。該實驗裝置由f-h管、恒溫加熱電爐及f-h實驗裝置構(gòu)成，其裝置結(jié)構(gòu)如下圖所示：f-v管中有足夠的液態(tài)汞，保證在使用溫度范圍內(nèi)管內(nèi)汞蒸氣總處于飽和狀態(tài)。一般溫度在100oc至250oc。并且由于hg對溫度的靈敏度高，所以溫度要調(diào)好，不能讓它變化太大。燈絲電壓控制著陰極k發(fā)射電子的密度和能量分布，其變化直接影響曲線的形狀和每個峰的位置，是一個關(guān)鍵的條件。測量hg的第一激發(fā)電位。1） 起動恒溫控制器，加熱地f-h管，使?fàn)t溫穩(wěn)定在157oc，并選擇合適的燈絲電壓，vg1k=2.5v，vg2p=1.5v，vf=1.3v。2） 改變vg2k的值，并記錄下對應(yīng)的ip值上（每隔0.2v記錄一個數(shù)據(jù)）。3） 作數(shù)據(jù)處理，作出對應(yīng)的ip-vg2k圖，并求出hg的第一激發(fā)電位（用逐差法）。測ar原子的第一激發(fā)電位。1） 調(diào)節(jié)好相關(guān)的數(shù)據(jù)：vp=8.36v，vg1=1.62v，vg2k=0~100v，vf=2.64v；2） 將相關(guān)檔位調(diào)到自由檔位，在示波器上觀看得到的ip-vg2k圖，是否符合實驗要求（有六個以上的波峰）。再將相關(guān)檔位調(diào)到手動檔位。3） 手動改變vg2k的值，并記錄下對應(yīng)的ip值上（每隔0.05v記錄一個數(shù)據(jù)）。4） 作數(shù)據(jù)處理，作出對應(yīng)的ip-vg2k圖，并求出hg的第一激發(fā)電位（用逐差法）。得出結(jié)論。原始數(shù)據(jù)：vf=1.3vvg1k=2.5vvg2p=1.5vt=157oc求汞原子的第一激發(fā)電位的數(shù)據(jù)表vp=8.36vvg1=1.62vvg2k=0~100v vf=2.64v求ar原子的第一激發(fā)電位的數(shù)據(jù)表數(shù)據(jù)處理：求hg原子的第一激發(fā)電位。將在實驗中記錄下的數(shù)據(jù)，以點的形式描在x-y坐標(biāo)上，并用平滑曲線連接后得到的圖形為：得到的七個峰值（ip），對應(yīng)的ug2k依次為：u1=7.0v,u2=11.6v,u3=16.0v,u4=21.0v,u5=25.8v,u6=30.6v,u7=35.6v.設(shè)ux為hg的第一激發(fā)電位，則有下列式子（逐差法）：4*ux1=u5-u1=25.8v-7.0v=18.8v, ux1=4.7v;4*ux2=u6-u2=30.6v-11.6v=19.0v, ux2=4.8v;4*ux3=u7-u3=35.6v-16.0v=19.6v, ux3=4.9v則==4.8v.不確定度分析：ua=u0.68=1.32*ua=1.32*0.06v=0.08v.篇三：弗蘭克赫茲實驗報告弗蘭克赫茲實驗實驗背景：1914年，德國物理學(xué)家夫蘭克和赫茲對勒納用來測量電離電位的實驗裝置作了改進。他們采取慢電子（幾個到幾十個電子伏特）與單元素氣體原子碰撞的辦法，著重觀察碰撞后電子發(fā)生什么變化（勒納則觀察碰撞后離子流的情況）。通過實驗測量，電子和原子碰撞時會交換某一定值的能量，且可以使原子從低能級激發(fā)到高能級，獨立證明了原子波爾理論的正確性，由此獲得了1925年諾貝爾物理學(xué)獎。一、 實驗?zāi)康耐ㄟ^測定汞原子的第一激發(fā)點位，證明原子能記得存在。2.學(xué)習(xí)測量微電流的方法。二、 實驗原理（一） 原子能級根據(jù)玻爾理論，原子只能處在一些不連續(xù)的定態(tài)中，每一定態(tài)相應(yīng)于一定的能量，常稱為能級。受激原子在能級間躍遷時，要吸收或發(fā)射一定頻率的光子。然而，原子若與具有一定能量的電子發(fā)生碰撞，也可使原子從低能級躍遷到高能級。夫蘭克一赫茲實驗正是利用電子與原子的碰撞實現(xiàn)這種躍遷的。電子在加速電壓u的作用下獲得能量，表現(xiàn)為電子的動能mv/2，當(dāng)eu?mv2/2?en?em時，即可實現(xiàn)躍遷。若原子吸收能量eu0。從基態(tài)躍遷到第一激發(fā)態(tài)，則稱u0為第一激發(fā)電位或中肯電位。汞原子基態(tài)之上的最低一組能級如右圖所示。汞原子基態(tài)為由二個6s電子組成的1s0，較近的激發(fā)態(tài)為由一個6s電子和一個6p的電子構(gòu)3333成的1p單能級和，和組成的三能級。只有pppp12101為允許自發(fā)躍1遷態(tài)：3p1?s0,發(fā)出波長為253.7nm的紫外光，對應(yīng)能量為231因pu0?4.9ev。3p2和3p0為亞穩(wěn)態(tài)，1?s0的躍遷屬于禁戒躍遷，所以通常把3p1態(tài)稱為汞的第一激發(fā)態(tài)。（二） 原理說明實驗原理圖如圖2和圖3所示，充汞的夫蘭克-赫茲管，其陰極k被燈絲h加熱，發(fā)射電子。電子在k和柵極g之間被加速電壓ukg加速而獲得能量，并與汞原子碰撞，柵極與板極a之間加反向拒斥電壓uga，只有穿過柵極后仍有較大動能的電子，才能克服拒斥電場作用，到達板極形成板流ia。以下是根據(jù)實驗得出的ia?ugk曲線示意圖，每當(dāng)ugk?nu0時ia都會下降，曲線上兩個相鄰的峰（谷）的ugk間距即為原子第一激發(fā)電位。三、 實驗儀器f—h實驗管，wmzk—01溫度控制儀，電腦化x—y記錄儀，fh—ii型夫蘭克一赫茲實驗儀四、 實驗數(shù)據(jù)與結(jié)論（一）標(biāo)準系統(tǒng)參數(shù)：燈絲電壓ugk?1.5v；加速電壓ug1k?2.0v；反向拒斥電壓ug2p?3.0v；溫度t?180c2006001.5v500400100ia300020000400006000080000100000ugk圖5利用origin拾取峰值后得到如下數(shù)據(jù)（表1），并線性擬合如圖6：90000linearregressionforugk=1.5v80000700006000050000ugk40000300002000010000246810121416linearregressionforsheet1_b:y=a+b*xparametervalueerror a2454.90705182.56756b5127.8344120.07975 n表1 圖6從圖中可以讀出本次試驗標(biāo)準參數(shù)下的原子第一激發(fā)點位（及曲線斜率）uo?5.1278v。（二）改變溫度，研究溫度對曲線的影響：燈絲電壓ugk?1.5v；加速電壓ug1k?2.0v；反向拒斥電壓ug2p?3.0v分別測t?170c，t?190c，t?200c下的數(shù)據(jù)與上述t?180c數(shù)據(jù)對比。用類似的處理方法，有以下數(shù)據(jù)（表2）：表2通過比較有：（1） hg原子的第一激發(fā)電位在5.1v左右；（2） 實驗中第一峰值并不在4.9v處，而是沿ugk軸向右平移；（3）隨著溫度的升高，第一激發(fā)電位有小幅下降，直觀圖形如圖7。分析：對于（2），這是由于系統(tǒng)接觸電位差引起的；對于（3），溫度的改變引起hg蒸氣飽和氣壓的改變，即汞蒸氣的密度變化，從而導(dǎo)致電子的平均自由程改變。溫度升高時，較短，電子由加速電場獲得的能量小，因而電子在兩次碰撞之間得到足夠的能量去激發(fā)hg原子到較高能級的機會較小，而激發(fā)到低能級的可能性大。電子平均自由程增大，從而使電子與汞原子的碰撞趨于更頻繁，使本底電流減小，曲線的峰數(shù)增多，第一激發(fā)電位減小。14001300120011001000900800700600ia5004003002001000-100-200ugk圖7（二）改變燈絲電壓，研究其對實驗的影響（定性）：加速電壓ug1k?2.0v；反向拒斥電壓ug2p?3.0v；溫度t?180c分別測ugk?1.0v,ugk?1.2v,ugk?1.4v,ugk?1.5v,ugk?1.6v,ugk?1.8v情況下的實驗數(shù)據(jù)，運用類似于（一）和（二）中的處理方法，將各種情況下的峰值（ugk）分列如下，并線性擬合求得斜率（原子第一激發(fā)電位）以及作出ia?ugk對比圖：表 3篇四：弗蘭克赫茲實驗報告弗蘭克-赫茲實驗【摘要】弗蘭克-赫茲實驗通過改變加速電場的電壓控制電子的能量，并以電子撞擊汞原子。觀察通過的電流來判斷原子對電子能量吸收了多少。并根據(jù)電子能量與通過電流的關(guān)系證明原子能級的存在?！娟P(guān)鍵詞】能級躍遷、第一激發(fā)能、平均自由程【正文】玻爾的原子理論玻爾從研究氫原子出發(fā)，提出關(guān)于原子的兩個基本假設(shè)：（1） 原子的量子化定態(tài)。原子只能處在某一些不連續(xù)的穩(wěn)定狀態(tài)（定態(tài)），每一狀態(tài)對應(yīng)一定的能量，能量數(shù)值是彼此分隔的。原子在這些狀態(tài)時，不發(fā)射也不吸收能量。原子的能量不論通過什么方式改變，它只能使原子從一個定態(tài)躍遷到另一個定態(tài)。（2） 輻射的頻率法則。原子從一個定態(tài)躍遷另一個定態(tài)而發(fā)射或吸收輻射能量時，輻射的頻率是一定的。當(dāng)原子與一定能量的電子發(fā)生碰撞可以使原子從低能級躍遷到高能級（激發(fā)）。如果是基態(tài)和第一激發(fā)態(tài)之間的躍遷，則有：ev1?1/2mev2?e1?e2電子與原子碰撞時的能量轉(zhuǎn)移電子與原子的相互作用通常有親和、彈性碰撞與非彈性碰撞幾種形式，親和即指電子進入原子的作用勢區(qū)、被原子捕獲而形成負離子，但這種現(xiàn)象一般出現(xiàn)在親和勢較大的負性原子，如氧、氯等，對汞或其他金屬、惰性氣體等電正性的原子，這種現(xiàn)象一般不會出現(xiàn)。初速為零的電子通過電位差為v的加速電場，則獲得的能量為ev，與稀薄氣體的原子（如汞或氖原子）發(fā)生碰撞時，會發(fā)生三種情況：（1） 當(dāng)電子運動速度很低時，與原子的碰撞是彈性碰撞，原子內(nèi)部的能量不發(fā)生變化。（2） 當(dāng)電子所受的加速電位差加大，使它的動能增加到一定的臨界值時，才能發(fā)生非彈性碰撞，電子的能量可以完全轉(zhuǎn)移到原子內(nèi)部，使原子內(nèi)部的能量產(chǎn)生一個突然的躍變，原子的能量的增量等于電子損失的能量。若以e0代表原子基態(tài)的能量，以e1代表原子第一激發(fā)態(tài)的能量，則ev1?e0?e1即碰撞后原子會從基態(tài)躍遷到第一激發(fā)態(tài)，這時的1v稱為該原子的第一激發(fā)電位。（3） 當(dāng)加速電位差繼續(xù)加大，使ev1?e0?e1，電子和原子仍發(fā)生彈性碰撞，但原子吸收的能量仍是e1?e0，碰撞后電子還具有部分動能e=ev1?（e1?e0）。當(dāng)加速電位差加大到ev?2（e1?e0）時，情況又和（2）一樣，電子在和原子的第二次碰撞中將能量全部交給原子，其余類推。實驗的物理過程f-h實驗通常使用的碰撞管是充汞的。因為汞是單原子分子，能級較簡單。汞是一種易操縱的物質(zhì)，常溫下是液體，飽和蒸汽壓很低，加熱就可以改變它的飽和蒸汽壓。汞的原子量較大，和電子碰撞時幾乎不損失動能。汞的第一激發(fā)能級較低一-.9ev，實驗中只需幾十伏電壓就能觀察到多個峰值。實驗采用四極式f-h碰撞管，實驗線路如圖2-1。圖2-1夫蘭克一赫茲實驗原理圖其中，vf為燈絲加熱電壓；vglk為正向小電壓，可以克服電子在k-g1之間的堆積現(xiàn)象；vg2k為加速電壓，g1?g2為加速區(qū)、碰撞區(qū)，vg2k使電子與汞原子的碰撞機會大大增加。vg2p為反向電壓，能阻止電子通過g2到達p極。這樣就能區(qū)別碰撞與未碰撞電子，因為，發(fā)生非彈性碰撞的電子無法克服vg2p的作用穿過g2到達p極。圖2-2夫蘭克一赫茲實驗管中的電位分布圖f-h管中的電位分布如圖2-2所示，電子由熱陰極發(fā)射，經(jīng)電場vg2k加速趨向陽極，只要電子能量達到可以克服減速電場vg2p就能穿越柵極g2到達極p形成電子流ip。電子在前進途中要與原子發(fā)生碰撞。如果電子能量小于第一激發(fā)能1ev，碰撞是彈性的，電子損失的能量極小，能如期到達陽極；如果電子能量達到或超過1ev，電子與原子發(fā)生非彈性碰撞，電子把能量1ev傳給氣體原子。要是非彈性碰撞發(fā)生在g2柵附近，損失了能量的電子將無法克服減速場vg2p到達p極。這樣，穿過柵極的電子所形成的電子流ip將隨vg2k的增大而增大。如果加速到2g柵極的電子獲得等于或大于1ev的能量出現(xiàn)非彈性碰撞，則發(fā)生ip的第一次下降。隨著vg2k的增加，電子與原子發(fā)生非彈性碰撞的區(qū)域向陰極方向移動，經(jīng)碰撞損失能量的電子在趨向陽極途中又得到加速，開始有足夠的能量克服vg2p減速電壓到達p極，ip又ip開始增加。而如果kgv的增加使那些經(jīng)過非彈性碰撞的電子能量又達到ev，則電子又將與原子發(fā)生非彈性碰撞，造成ip又一次下降。在vg2k較高的情況下，電子在趨向陽極途中將與原子發(fā)生多次非彈性碰撞。每當(dāng)vg2k造成的最后一次非彈性碰撞區(qū)落在g2柵附近，就會使ip—vg2k曲線出現(xiàn)下降。如此反復(fù)將出現(xiàn)如圖2-3的曲線。ip—vgk曲線是有規(guī)律地起伏變化的。每相鄰二個陽極電流ip峰值所對應(yīng)的vg22k之差都等于汞原子的第一激發(fā)電位v1。圖2-3夫蘭克一赫茲實驗得到的ip—vg2k曲線從實驗曲線可見，陽極電流ip到達峰值以后的下降并不是完全突變的，波峰部會有一定的寬度，這主要是由于從陰極發(fā)出的電子其能量服從一定的統(tǒng)計分布規(guī)律。同時，即使在vg2k=nv0的條件下，波谷底的ip也不會等于零，這是由于電子與原子碰撞有一定的兀率，當(dāng)大部分電子恰好在柵極前使汞原子激發(fā)而損失能量時，總會有一些電子未經(jīng)碰撞而穿過柵極到達陽極。而且曲線第一峰位位置值與第一激發(fā)電位有偏差。這是因為f—h管陰極和柵極往往是用不同金屬材料制作，會產(chǎn)生接觸電勢差。真正加在電子上的加速電壓不等于vg2k，而是vg2k與接觸電勢差的代數(shù)和，這將影響實驗曲線第一峰的位置。電子的平均自由程由氣體分子運動論，電子在氣體中的平均自由程為e?1kt （2-1） ?22?rn?rp式中n為單位體積內(nèi)的氣體原子數(shù)，k為玻耳茲曼常數(shù)，r為氣體原子的有效半徑（標(biāo)準狀態(tài)下，p為氣體壓強，t為絕對溫度。在f-h管中一般充有過量的汞，在實驗溫度變化范圍內(nèi)，液態(tài)汞總是存在的，所以這里的p就是汞的飽和蒸汽壓。因為隨著溫度的升高，p值急劇上升，所以e也將隨之迅速減小。在過高的溫度下，電子與汞原子的碰撞次數(shù)大大增加，雖然電子與汞原子彈性碰撞一次所損失的能量十分微弱，但在整個加速過程中彈性碰撞所損失的能量卻是相當(dāng)可觀的。在過低溫度下，電子的平均自由程較長，與汞原子發(fā)生碰撞的幾率很小，在每個自由程間隔中電子從電場中所獲取的能量較大，當(dāng)電子所積聚的能量比4.9ev大得多時，汞原子的第一激發(fā)態(tài)的激發(fā)幾率明顯下降，且有可能將汞原子激發(fā)到更高能級，甚至電離。上述兩種情況都不利于汞原子第一激發(fā)電勢的測量。事實上，從量子力學(xué)的觀點來看，電子與原子間的彈性碰撞，實際上是電子波在原子勢場中的散射。電子的平均自由程不僅與溫度和壓強有關(guān)，還與入射電子的速度（即電子能量）以及原子對電子的作用勢場有關(guān)。在汞蒸氣中，能量為4.9ev左右的電子，其e約為（2-1）式的計算值的1/7。汞原子的能級躍遷汞原子是由原子核和核外80個電子組成，最外層為兩個電子，決定了原子能量狀態(tài)。如圖2-4所示：圖2-4 汞原子能級躍遷圖汞原子具有兩套能級，一套為單一態(tài)，另一套為三重態(tài)，單一態(tài)和三重態(tài)能級間的虛線連線表示互組合禁戒躍遷。若兩個電子都處于6s狀態(tài)，則為基態(tài)6s6ss0，若一個價電子處于6s態(tài)，另一個處于6p態(tài)，則構(gòu)成了汞原子的最低激發(fā)態(tài)即三重態(tài)6s6p3p2,1,0。當(dāng)電子與汞原子發(fā)生非彈性碰撞而發(fā)生能量交換時，其能級躍遷不受選擇定則限制，可以從基態(tài)分別躍遷到6s6pp2、6s6pp0。 1、6s6pp根據(jù)ls耦合躍遷選擇定則，單一態(tài)和三重態(tài)能級之間無躍遷情況，即Zs=0。但對一些重元素的激發(fā)態(tài)，由于被激發(fā)的電子遠離其它電子，ls耦合減弱。^su。這一條件就變得不3331十分嚴格，這時就有可能出現(xiàn)互組合禁戒躍遷，且其譜線的數(shù)目和強度隨著原子序數(shù)的增加而增加，本實驗中6s6pp1-6s6ss0就是其中典型的一例。但是在互組合禁戒躍遷中，條件△j=0，±1（0-0除外）依然成立，所以p2、p0這兩能級都不能自動躍遷到基態(tài)，而處于亞穩(wěn)態(tài)能級，即沒有外界條件下，被激發(fā)到p2、p0能級上的汞原子不能以電磁輻射的形式回到基態(tài)6s6ss0。而6s6pp1-6s6ss0由于附合躍遷條件，處于p1上的汞原子很快就以輻射躍遷的形式自動回到基態(tài)。因此在實驗中所測得的第一激發(fā)電勢（即4.9v）所對應(yīng)的是p1-s0能級間的躍遷。由公式算得：311313333313hc6.63?10?34?3.00?108????253.7nm?19ev1.6?10?1.9這恰好與汞原子光譜中波長253.7nm這一譜線相吻合。進一步驗證了上述推論的正確。二、 實驗內(nèi)容及步驟在180^爐溫下，測定夫蘭克一赫茲實驗管的ip—vg2k曲線，觀察原子能量量子化情況，并求出充氣管中原子的第一激發(fā)電位。1） 連接線路。2） 打開加熱器，將爐溫設(shè)置成180攝氏度，等待爐溫上升至指定溫度。3） 打開弗蘭克-赫茲實驗儀。4） 將vg1k、vg2k、vg2p調(diào)節(jié)至合適值。5） 按下自動掃描按鈕，觀察ip變化情況，若ip出現(xiàn)周期性波動且示數(shù)明顯則表示vg1k、vg2k、vg2p數(shù)值合適，反之則重復(fù)4、5步驟直至符合要求。6） 切換至手動調(diào)節(jié)檔，手動調(diào)節(jié)vg2k并每隔0.5v記錄對應(yīng)的ip值。在低溫條件下（140~150°C），測定一條夫蘭克一赫茲實驗管的ip—vg2k曲線，比較兩條曲線，找出其規(guī)律性的變化，并分析討論。接著以上實驗步驟：1） 將爐溫設(shè)置成150攝氏度，等待爐溫下降至指定溫度。2） 同上述步驟4、5、6。三、 實驗數(shù)據(jù)及處理uf?1.6v 、 vg1k=2v vg2p=1v篇五：弗蘭克-赫茲實驗實驗報告弗蘭克-赫茲實驗一實驗?zāi)康耐ㄟ^測定汞原子的第一激發(fā)電位，證明原子能級存在。二實驗原理1激發(fā)電勢玻爾的原子能級理論（1） 原子只能長時間的停留在一些穩(wěn)定的狀態(tài)，（簡稱定態(tài)）。原子在這些狀態(tài)時，不發(fā)射或吸收能量；各定態(tài)有一定的能量，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)生改變，它只能從一個定態(tài)躍遷到另一個定態(tài)。（2） 原子從一個定態(tài)躍遷到了另一個定態(tài)而發(fā)射或吸收一定的能量，輻射頻率是一定的，滿足hv?em?en （1）原子實現(xiàn)能級躍遷的途徑之一，就是通過具有一定能量的電子與原子碰撞的方式來實現(xiàn)的。設(shè)初速度為零的電子在電勢差為u的加速電場作用下，獲得的能量為eu，當(dāng)具有這種能量的電子與稀薄氣體中的原子發(fā)生碰撞時，就會發(fā)生能量交換，如以el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?e1 （2）時，汞原子就會從基態(tài)躍遷到第一激發(fā)態(tài)。相應(yīng)的電勢差稱為汞的第一激發(fā)電勢（中肯電勢）。夫蘭克-核子實驗原理如圖1示。在充汞的夫蘭克赫茲管中，電子有陰極發(fā)出，陰極k和柵極g之間的加速電壓ugk供電子加速。在板極a和柵極g之間加有拒斥電壓uag。管子空間電位分布如圖2示。當(dāng)電子通過kg空間進入ga空間時，如果有較大的能量（Neuag），就能沖過反向拒斥電場而到達板極形成電流，為微電流計pa檢測出。如果電子在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，電子本身剩余的能量很少，以致功過柵極后不足以克服拒斥電場而被折回到柵極。這時，通過微電流計的電流將顯著的減小。實驗時，觀察電流計的電流隨ugk逐漸增加時的現(xiàn)象。如果原子能級確實存在的話，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ia-ugk曲線。曲線反映了汞原子在kg空間與電子進行能量交換的情況。當(dāng)kg空間電壓逐漸增加時，電子在kg空間被加速而取得越來越大的能量。但起始階段，由于電壓較低，電子的能量較少，即使在運動過程中它與原子碰撞也只有較少的能量交換（彈性碰撞）。穿過柵極的電子形成的板流ia將隨柵極電壓的增加而增大（圖中oa段）。當(dāng)kg間的電壓達到汞原子的第一激發(fā)電勢u0時，電子在柵極附近與汞原子相碰撞，將自己從加速電場中獲得的全部能量都交給后者，并且使后者從基態(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被折回柵極。所以板極電流ia將顯著減?。▓Dab段）。隨著柵極電壓的正家，電子的能量也隨著增加，在與汞原子碰撞后還留下足夠的能量，可以克服反向拒斥電場而達到板極a，這時電流有開始上升（bc段）。直到kg間電壓是二倍的汞原子的第一激發(fā)電勢時，電子在kg空間又會因為二次碰撞而失去能量，因而又造成了第二次板極電流的下降（cd段），同理ugk?nu0（n=1，2，3， ） （3）凡符合（3）式的地方板極電流都會下跌，形成規(guī)則起伏變化的ia-ugk曲線。而各次板極電流下降相對應(yīng)的陰、柵極電壓差um?1?um應(yīng)該是汞原子的第一激發(fā)電勢。三實驗儀