《夫兰克赫兹实验学习教案》由会员分享，可在线阅读，更多相关《夫兰克赫兹实验学习教案（15页珍藏版）》请在装配图网上搜索。
1、会计学1夫兰克赫兹实验夫兰克赫兹实验第一页，编辑于星期一：二十二点 四十九分。第1页/共15页第二页，编辑于星期一：二十二点 四十九分。第2页/共15页第三页，编辑于星期一：二十二点 四十九分。 玻尔提出的原子理论指出：(1)原子只能较长地停留在一些稳定状态(简称为能级)。原子处在这些能级时，不发射或吸收能量；原子在各能级时有确定的能量，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，它只能从一个能级跃迁到另一个能级。(2)原子从一个能级跃迁到另一个能级而发射或吸收辐射时，辐射频率是一定的。如果用Em和En代表有关两能级的能量的话，辐射的频率n由如下关系确定： hn = Em-En式中
2、h为普朗克常数,其公认值为：h=6.6310-34JS第3页/共15页第四页，编辑于星期一：二十二点 四十九分。第4页/共15页第五页，编辑于星期一：二十二点 四十九分。夫兰克赫兹管的构造原理如图1所示。在夫兰克-赫兹管中充待测气体，灯丝电源Vf给灯丝和阴极K加热，电子由热阴极K发出，阴极K和第一栅极G1之间的加正电压，其作是消除电子在阴极附近的堆积效应，起到控制电子流大小的作用。第二栅极的加速电压使电子加速，在阳极P和栅极G之间加有反向拒斥电压。第5页/共15页第六页，编辑于星期一：二十二点 四十九分。管内空间电势分布如图2所示。当电子通过空间进入空间时，如果有较大的能量(eUP-UG2)，
3、就能冲过反向拒斥电场而到达阳极形成阳极电流IP，为微电流计检出。如果电子在空间与待测气体原子碰撞，把自己一部分能量给了待测气体原子而使后者激发的话，电子本身所剩余的能量就很小，以至通过第二栅极后已不足以克服拒斥电场而被折回到第二栅极。这时，通过电流计的电流就将显著减小。第6页/共15页第七页，编辑于星期一：二十二点 四十九分。 实验时，使G2-K间的电压VG2逐渐增加并仔细观察电流计的电流指示。如果原子能级确实存在，而且基态与第一激发态之间有确定的能量差的话，就能观察到如图3所示的IPVG2的曲线。第7页/共15页第八页，编辑于星期一：二十二点 四十九分。 图3所示的曲线反映了在空间电子与气体
4、原子进行能量交换的情况。当空间电压逐渐增加时，电子在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子相碰撞也只有微小的能量交换(为弹性碰撞)。穿过栅极的电子所形成的板流将随栅极电压VG2的增加而增大。当电子的能量达到待测气体原子的第一激发电势U0时，电子在空间与气体原子相碰撞，将自己从加速电场中获得的全部能量交给后者，并且使后者从基态激发到第一激发态。而电子本身由于把绝大部分能量交出，即使穿过了栅极也不能克服反向拒斥电场而被折回栅极(被筛选掉)。所以阳极电流将显著减小。第8页/共15页第九页，编辑于星期一：二十二点 四十九分。如果第二栅极电压继续
5、增加，电子的能量又随之增加，在与气体原子相碰撞后还留下足够的能量，可以克服反向拒斥电场而达到阳极P，这时电流又开始上升。直到电子的能量达到二倍于气体原子的第一激发态能量时，电子在G2-P间又会因二次碰撞而失去能量，因而又造成了第二次阳极电流的下降。因此凡在栅极电压 VG2 = nU0+E (n=1,2,3) (3)的地方阳极电流IP都会相应下跌，形成规则起伏变化的IP VG2曲线。式(3)中的E为与金属电子逸出功有关的某一常量。 第9页/共15页第十页，编辑于星期一：二十二点 四十九分。 三三. . 实验仪器实验仪器面板结构图说明：1.夫兰克-赫兹管阳极电流IP指示，电流单位nA；2.电流表量
6、程转换，有20nA、200nA、2KnA三档电流的量程可选择；3.电压指示，可与右边的电压测量选择开关配合使用，以分别显示VG2、VP、Vf各档电压；4.电压测量选择开关；5.电源开关；6.电压增减调节按键；7.自动扫描时的“快速”和“慢速”转换；8.“手动”、“自动”选择开关；9.阳极电流IP信号输出插口，用示波器观察时接示波器“Y”插口；10.第二栅极电压VG2信号输出插口，用示波器观察时接示波器“X”插口。第10页/共15页第十一页，编辑于星期一：二十二点 四十九分。 实验场地的实景照片第11页/共15页第十二页，编辑于星期一：二十二点 四十九分。rV以下是电脑屏幕操作界面第12页/共1
7、5页第十三页，编辑于星期一：二十二点 四十九分。四、实验内容与步骤四、实验内容与步骤1实验前先将Ip电流量程选择开关(2)拨至200nA挡。用串行信号连接线将仪器与微机COM串行口联接。 2.打开电源，预热数分钟后，分别把“电压测量选择开关”（4）转到“Vf”、“VG1”和“Vp”等位置，再根据机箱上由厂家所提供的参考值，依次分别按住“+”、“-”按键把相应的电压调到预定的参考值附近（注意，当电压测量选择开关指到某一个电压位置，并且该电压的指示灯亮起来时，此时按下的“+”、“-”键仅是对这个电压进行调整，与其它的电压无关。）。3.以上步骤完成后，再通过按键“-”使VG2降到最低值，即可开始测量
8、IpVG2关系了。 第13页/共15页第十四页，编辑于星期一：二十二点 四十九分。4.自动方式：自动方式：把仪器主机面板上的“手动”、“自动”选择开关(8)拨在“自动”状态，把仪器主机面板上的“快速”、“慢速”转换开关（7）拨到“慢速”位置，再把仪器主机的“电压测量选择开关”拨到“VG2”，按一下“+”按键，在计算机的屏幕上就会逐渐显现出夫兰克-赫兹管的IP VG2曲线。待显现的曲线比较清晰时（此时记录点数数字显示通常应在3000点以上）,再按一下 “+”按钮，计算机就会停止采集数据.然后就可根据需要,用鼠标点击屏幕上的“放大”或“缩小”按键（注意：用鼠标左键点击时仅对横坐标起作用，用鼠标右键点击时仅对纵坐标起作用）。5。用鼠标点击曲线上的点，测量并记录各有关点的电压、电流值，保留、打印图象等。第14页/共15页第十五页，编辑于星期一：二十二点 四十九分。
夫兰克赫兹实验学习教案
