弗兰克赫兹实验报告

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1、惠州学院近代物理实验报告电子科学 系 09物理2 班 实验日期 2012 年 11 月 15 日姓名 学号 同组姓名 指导老师 宋晋湘 实验名称：弗兰克赫兹实验实验目的：通过测定亚原子等元素的第一集发典韦，证明原子能级的存在。实验原理1、电子和气态汞原子碰撞利用电子和气态汞原子的碰撞最容易实现弗兰克赫兹实验。原子从低能级En向高能级Em跃迁可以通过具有一定能量的电子和原子碰撞来实现。若与原子碰撞的电子是在电势差V的加速下，速度由0到v，则当原子吸收电子能量从基态跃迁到第一激发态时，相应的V称为第一激发电位，如果电子的能量达到原子电离的能量，会有电离发生，相应的V称为该原子的电离电位。2、实验装

2、置实验原理图：电子碰撞在F-H管内进行。真空管内充以不同的元素就可以测出相应元素的第一激发电位。F-H四极管包括电极灯丝F，氧化物阴极K，两个栅极G1和G2和一个屏极A，阴极K照在灯丝F外，又灯丝F的电压可控制K发射电子的强度，靠近阴极K的实第一栅极，在G1和K之间加有一个小正电压VG1K，第二栅极远离G1而靠近屏极A，G2和A之间加一小的遏止负电压VG2A.F-H管内充有Hg时，VG2K和屏流Ip满足：充Hg的F-H管被加热式Hg气化后，Ip-VG2K曲线发生变化，如图所示当VG2K=4.9nV(n=1,2,3)时，图线上都将出现一个峰值，原因是每到一个4.9V电子与汞原子发生了非弹性碰撞，

3、电子将能量全部转移给汞原子，失去能量的电子不能到达屏极。实验步骤及内容一、测Hg的第一激发电位1、将装置温度调整到一定值，然后将Vf,Vp,Vg调制标定值Vf=1.3VVG1K=2.5VVG2P=1.5VT=1572、测量VG2K-Ip曲线，先将VG2K跳至(调至)最小，之后每增大0.5V记录一次Ip的数据，直到测出6到8个峰二、测Ar的第一激发电位1、接线2、扫描开关调至“自动”挡，速度开关调至“快进（快速）”3、调整示波器“CH1”“CH2”的位置4、调节VG1,Vp,Vf的位置至给定值5、开始测量，从零开始，VG2K每隔0.05V记录一次Ip值直到最大VG2K实际值：示数x10，Ip实际

4、值：示数x10（na）测量数据及分析VG2K/Ip/uAVG2K/VIp/uAVG2K/VIp/uAVG2K/VIp/uAVG2K/VIp/Ua0.5081.515.58.4232.530.517.6108.50.9169.823.553116.21.509116.59.324831.512209.51.9176.224.510.63272.50103.117.522512.532.54.23010.54.8181.225.514.9335.23.50116.118.53261433.58.74011.5719526.510.934124.50125.319.57.527634.51650.5

5、12.52.5209.927.52.935195.51131.120.511.9283.835.5206213.51.2211228.56.23618.26.53142.521.510.5299.536.51373.514.54.4225.829.512.9378.57.52.5156.822.52.13015.8Hg的Ip-VG2K数据 1、汞Hg的Ip-VG2K图像各峰值之间的VG2K之差为V1=11.41-6.92=4.49VV2=16.15-11.41=4.74VV3=20.78-16.15=4.63VV4=25.61-20.78=4.83VV5=30.50-25.61=4.89VV6

6、=35.41-30.50=4.91VV7=40.30-35.41=4.89V故汞的第一激发电位为2、氩VG2K/VIp/uAVG2K/VIp/uAVG2K/VIp/uAVG2K/VIp/uAVG2K/VIp/uAVG2K/VIp/uAVG2K/VIp/uAVG2K/VIp/uA0.50138.525.522.13840.650.563.86383.875.596.988106.71013.59.82625.338.545.75169.663.587.47699.888.5110.51.501411.126.527.6395051.572.26489.176.5100.989112.82014.

7、511.92730.739.553.15273.864.588.37710089.51122.501513.127.533.44056.152.573.56585.977.596.890110.83015.514.42835.140.556.75371.365.581.77891.590.5107.23.501615.628.5374156.453.567.16675.778.584.791102.64016.516.72938.141.554.95460.966.565.27977.791.594.74.501717.529.538.24251.854.5546757.679.569.592

8、875017.518.43037.642.546.3554767.547.48060.392.578.75.501819.130.536.64341.855.537.4683880.550.39369.36018.519.53134.743.535.85628.968.528.38141.193.561.76.501919.731.532.64429.656.521.76922.581.5329452.97019.519.53229.444.523.75715.569.517.48229.494.549.67.502019.332.5264518.157.511.97016.482.528.4

9、9546.88020.518.83322.345.513.6581170.518.78330.98.502117.933.519.34611.458.513.47123.983.53690.121.517.13416.146.511.55918.771.531.68442.59.50.52215.834.514.54714.459.527.97241.284.551.8101.222.514.93514.747.520.1603672.5508561.510.52.22314.335.516.44829.260.545.87358.485.569.1113.423.514.53619.748.

10、535.56156.173.5698677.611.54.62415.436.524.4494361.5637477.486.58712624.517.2373049.550.16271.874.586.48796.812.57.32519.337.535.35057.662.578.97592.987.5101Ar的Ip-VG2K数据Ar的Ip-VG2K图像各峰值之间的差为V1=29.12-19.16=9.96VV2=40.46-29.12=11.34VV3=52.09-40.46=11.63VV4=63.92-52.09=11.83VV5=76.33-63.92=12.41VV6=89.28-76.33=12.95V故Ar的第一激发电位为思考题当F-H管温度较低时，由于电子平均自由程大，电子有机会使积蓄的能量超过4.9eV，从而使原子向高激发态跃迁的概率增加，这样图像上Ip会对应出现高激发态的峰值，曲线的峰间距变长，峰值增大。当温度较高时，则会出现相反效果。实验心得当用示波器测量Ar的第一激发电位时，要注意调整发射电子的强度，不能在最高处出现截止的情况。当测量Hg的第一激发电位时，必须注意调整炉内温度，避免出现数据和图像的异常。