弗兰克赫兹.doc

云南师范大学本科学生近代物理实验设计性试验弗兰克 赫兹实验最佳条件的确定摘要：探 究 了 弗 兰 克赫兹实验的最佳实验条，通过对弗兰克 - 赫兹管在不同的灯丝电压 、栅极电压和加速电压下进行了实验 ,分析相应实验所得数据，并得出各实验所得灯丝电压U与极板间电流曲线 ，通过数据及图像分析从而确定弗兰克赫兹实验的最佳灯丝电压、 第一栅极 和拒斥电压关 键 词 ： 弗兰克赫兹实验 第一激发电位 灯丝电压 栅极电压 拒斥电压 实验原理：影响弗兰克- 赫兹实验的主要参量是灯丝电压U、第一栅极电压UG1K和拒斥电压UG2A. 我们分别保持其中两个参量不变,改变第三个参量,利用上述结构的充氩弗兰克- 赫兹管结合计算机智能实验测试仪进行实验弗兰克- 赫兹实验的原理如图1所示. 在弗兰克- 赫兹管中, K是发射电子的热阴极; G1是控制阴极发射电流的第一栅极; G2是第二栅极;A是板极;在板极A和第二栅极G2之间加有拒斥电压UG2A;电子通过第一栅极G1进入G1G2区域,与管中的氩原子发生碰撞. 当加速电压UG2K较小时,电子和原子的碰撞为弹性碰撞,损失的能量很小. 当加速电压超过第一激发电位时,电子与原子发生非弹性碰撞,碰撞后电子将动能部分或全部传递给被测气体,使其跃迁到第一激发态,而电子本身所剩能量很小,以致不能克服拒斥电压到达板极A,因而板极电流显著下降. 由于原子内部能量是量子化的,因此板极的电流会随加速电压增加而规律性的起伏变化 . 弗兰克赫兹实验原理图2、实验结果及分析1）、第一栅极电压对实验曲线的影响第一栅极电压的作用就是让阴极附近的电子做定向移动. 而第一栅极电压对吸收曲线的影响不大. 不过, 为提高实验曲线的灵敏度, 还是要选取吸收灵敏度较高的实验条件. 实验证明, 第一栅极电压为1. 8V时比较合适, 这一点可以提高电流放大作用. 如图所示. 可得最佳第一栅极电压为1.7V2）、拒斥(反向) 电压对实验曲线的影响在充氩的FH管中, 电子由热阴极发出, 阴极K和栅极G之间的加速电压UGK 使电子加速, 在板极A和栅极之间有拒斥电压(减速电压) UAG, 管内电位分布如图7所示. 当电子通过K G空间进入G A空间时, 如果能量大于eUAG, 就能到达极板形成板流. 电子在KG空间与氩原子发生非弹性碰撞后, 电子本身剩余的能量小于eUAG, 则电子不能到达板极, 板极电流将会随栅极电压的增加而减少. 随着UGK 的增加, 电子能量增加, 当电子与氩原子碰撞后还有足够的能量, 可以克服G A空间的拒斥(反向) 电场而到达板极A时, 板极电流又开始上升. 如果电子在K G空间得到的能量eU= 2E时, 电子在K G空间会因2次非弹性碰撞而失去能量, 造成第2次板极电流下降. 在UGK 较高的情况下, 电子在跑向栅极的路程中, 将与原子发生多次非弹性碰撞. 只要UGK= nU0 ( n= 1, 2, ), 就发生这种碰撞.电子在K A空间做这种运动过程中, 随不同的拒斥电场, 实验曲线的起始电压发生变化, 如图8所示. 同时, 拒斥电压也对实验曲线的峰值、峰中心产生影响, 如图6所示. 综合这种情况, 认定起始电压相对低而板极电流相对较高的8V点较为合适. 通过数据处理最终得到氩原子第一激发电位为11. 50# 0. 07 V.其实验图像如下图，可得最佳实验拒斥(反向) 电压为4V. 3、灯丝电压对实验曲线的影响灯丝电压主要是是激发出电子，其对弗兰克赫兹实验的影响主要入下图可得最佳灯丝电压为3.1V。1为2.9V ，2为3.1V。3为3.3v综合以上实验分析可得最佳实验U=3.1V, UC1K =1.7V UG2A =4.0V.参考文献【1】、弗兰克赫兹实验最佳实验条件及第一激发电位的研究 张里荃，马艳梅，郝二娟。【2】、弗兰克赫兹实验最佳条件的确定 金哲。【3】、