弗兰克—-赫兹实验报告.docx

弗兰克-赫兹实验姓名（单位：*，地址，邮编：100000）摘要：1914年，即波尔理论发表后的第二年，弗兰克和采用曼电子轰击稀薄气体原子的方法研究了电子与原子碰撞前后电子能量改变的情况，测定了汞原子的第一激发电位，令人信服的证明了原子内部量子化能级的存在，给波尔理论提供了独立于光谱研究方法的直接的实验证据。后来他们又在实验中观测了被激发的原子回到正常态时所辐射的光，测出辐射光的频率，很好地满足了玻尔假设中的定则。关键字：弗兰克-赫兹实验，第一激发电位，能量量子化效应中国分类号：（） 文献标识码：AFrank Hertz experimentNAME：Zhang QingqingUnit (100000 Beijing city of Beijing University of Posts and Telecommunications in Haidian District, Beijing City, Haidian District, zip code:)Abstract: in 1914, namely the Bohr theory published after second years, Frank and the man electronic changes of electron energy and electron collision with atoms of rarefied gas atom bombardment method, the first excitation potential of mercury atoms were determined, convincing proof of the original sub internal quantized level existence, direct experimental evidence to Bohr theory provides independent of spectral methods. Later on in the experiments, the atoms were excited by the radiation back to normal when the light radiation, measured the frequency of light, very good to meet the criterion of Bohr hypothesis.Keywords: Frank Hertz experiment, the first excitation potential, energy quantization effect本实验通过改变灯丝的电压，观察F-H曲线的变化。实验目的：1、学习弗兰克赫兹为揭示原子内部量子化能级所做的巧妙构想及采用的实验方法；2、了解气体放电现象中低；能电子与原子之间相互作用的机理，以及电子与原子碰撞的微观过程与实验的宏观量的关系；3、测氩原子的第一激发电位。实验仪器：弗兰克赫兹实验仪，SS-7802型示波器实验原理：波尔提出原子理论的基本假设：1、原子能量只能是原子从一个定态跃迁到另一个定态；2、原子从一个定态与跃迁到另一个状态发射和吸收辐射能量时，辐射频率是一定的，用 Em和En代表有关二定态的能量辐射频率v满足如下关系： hv=Em-En,h为普朗克常量。1、激发电位的测定弗兰克赫兹实验装置如图（1），在F-H管中冲要测的气体，电子由热阴极K出发，在K近处加一个小的正向电压 UGK，其驱散附在热阴极上电子云的作用。在K与G2中加电场使电子加速，加速电压UG2K。G1和G2之间的距离较大，为电子与气体提供较大的碰撞空间，从而保证足够高的碰撞概率。其他影响影响碰撞概率的因素碰撞率。总碰撞率取决于腔内气体的气压：1、气体气压决定了入射电子的平均自由程2、气体为汞蒸气时，气压与炉温有关。调节炉温可以做不同方面的研究。3、本实验为氩气。非弹性碰撞也取决于加速电压加速电压越大，非弹性碰撞的概率越大。图（1）实际实验装置中加速电压应等于G2K G1K最初研究的是用的汞蒸汽实验，把 KG2间的电压逐渐增加，观察电流计的电流IA这样就得到板极A电流随 KG2之间的加速电压的变化情况，如图（2）所示。 图（2）接触电位差和空间电荷：实际的F-H的阴极和栅极往往有不同的金属材料制作，因此会产生接触电位差。一次真正加到电子上的加速电压不等于UGK，而是UGK与接触电位差的代数和。这将使曲线的第一个峰左移或右移。实验内容与数据处理：1、 手动测试IA-UG2K计算A2第一激发电位。1.)按实验仪面板图连接曲线，反复检验是否正确方可开机。2.)设定电压电源值3.)测试操作和数据记录实验数据如下：根据仪器标签确定：灯丝电源电压：4.1V, UG1K:1.5V , UG2K4.0V, UG2K:80V. 表（1）由图可知：第二峰值U2=31.0V，第六峰值U6=76.0V,由U g=（U6-U2） 4=（76.0-31.0）/4=11.25，和参考值Ug=11.39相比，U g-UgUg100%=1.2%原始数据曲线：Fit拟合数据曲线：注：采用的是多三角函数拟合方式，具体结果如下：y=a1*sin(b1*x+c1) + a2*sin(b2*x+c2) + a3*sin(b3*x+c3) + a4*sin(b4*x+c4) + a5*sin(b5*x+c5) + a6*sin(b6*x+c6) + a7*sin(b7*x+c7);其中a1 =6554 ; b1 =0.05409;c1 =-1.152 ;a2 =6605 ; b2 =0.09825;c2 = 0.3519 ;a3 =449.6; b3 =0.5733 ;c3 = -3.421 ;a4 =6004 ; b4 =0.1371 ;c4 = 1.913 ;a5 =443.7; b5 =0.5128 ;c5 = 0.6385 ;a6 =2783 ; b6 =0.1572 ;c6 = 4.206 ;a7 =61.4 ; b7 =0.378 ;c7 = 2.841 ;叠加曲线：2、启动自动测试，在示波器上观察IA-UG2K曲线 1.)自动测试状态设置 2.)示波器显示输出 3.)利用示波器测量功能键 4.)改变灯丝电压和UG2A电压，并解释其对IA-UG2K曲线的影响。自动测试曲线如下： 图（3） 图（4）由自动测试测得Ug=T4T总80=0.76041.3480V=11.18V与参考值 Ug=11.39V 相比，Ug-UgUg100%=1.8%，与理论值基本符合。灯丝电压对实验曲线的影响：由图（3）可以观察到灯丝电压越高，曲线位实验高，因为升高灯丝电压灯丝温度将升高，电子更容易受激发而溢出，参与碰撞的电子密度高，如此检流计检测到的电流就大一些，从而出现曲线位置随电压增大而升高的情况。 UG2A对曲线的影响：由图（4）可知，UG2A越高，曲线位置越低，因为UG2A为反向电压，UG