弗兰克-赫兹实验预习报告.doc

实验名称: 弗兰克-赫兹实验实验实验目的:观察测量汞的激发电位和电离电位,探索原子结构.证明能级的存在.实验原理:原理图:F-H管内充汞，灯丝加热K使其发射电子，G1控制通过G1的电子数目，G2加速电子，G1、G2空间较大，提供足够的碰撞概率，A接收电子，AG2加一扼止电压，使失去动能的电子不能到达，形成电流。实验曲线：碰撞过程及能量交换此过程在G1G2空间发生，在加速场的作用下，电子获得动能，与原子的弹性碰撞中，电子总能量损失较小，在不断的加速场作用下，电子的能量逐渐增大，就有可能与原子发生非弹性碰撞，使原子激发到高能态，电子失去相对应的能量，使其不能到达A从而不能形成电流。 = 4.7V，使原子激发到63P0，此态较稳定，不容易再产生跃迁，故不容易观察到这个吸收。 = 4.9V，使原子激发到63P1，引起共振吸收，电子速度几乎为零，电子不能到达A，形成第一个峰。 = 9.8V，电子与原子发生两次非弹性碰撞，在G2处失去动能，形成第二个峰。 = 4.9nV，将形成第n个峰。具体预习报告见纸质报告。实验步骤测量Hg的激发电位1连接电路，加热Hg至157摄氏度，使Hg汽化2调节的值到指定值。3调节，观察电流电压变化，并记录数据4先使每次升高0.5V,记录6-8个峰值，再逐渐减小，再记录6-8个峰值5作出图像，并用逐差法求峰间距。实验记录及做图，数据处理试验一 测量Hg 电流上升时的U-I数据实验次数123456789电压3030.53131.53232.53333.534电流18.02121.51812.5867.510.2实验次数101112131415161718电压34.53535.53636.53737.53838.5电流15.520.52424.520.516.510.08.59.0实验次数192021222324252627电压3939.54040.54141.54242.543电流14.018.020.021.522.023.518.513.511.0实验次数282930313233343536电压43.54444.54545.54646.54747.5电流12.015.520.024.027.528.025.520.216.0实验次数373839404142434445电压4848.54949.55050.55151.552电流14.014.517.521.026.528.930.029.025.5实验次数464748495051525354电压52.55353.55454.55555.55656.5电流21.019.019.521.025.029.032.034.033.0实验次数555657585960615263电压5757.55858.55959.56060.561电流31.028.025.024.526.029.032.536.038.5实验次数646566676869707172电压61.56262.56363.56464.56565.5电流39.037.034.031.530.531.033.03640.0实验次数737475767778798081电压6666.56767.56868.56969.570电流42.042.542.040.038.537.037.039.041.0实验次数828384858687888990电压70.57171.57272.57373.57474.5电流43.546.547.047.546.545.544.545.045.0实验次数919293949596979899电压7575.57676.57777.57878.579电流47.049.0作出图像 电流上升时的图像第二个峰值可能是由于仪器原因导致峰值比第三个峰值还大，但还是认为是一个峰值，并进行计算处理。电流峰值以及对应电压值如下：电压31.036.041.546515661.566.572电流21.524.523.528.530.034.039.042.547.5最后一个峰间距与其他数据差距较大，故舍去。最终进行计算的数据有电压31.036.041.546515661.566.5逐差法求峰峰值间距 相对误差实验二电流下降时的U-I数据实验次数123456789电压7574.57473.57372.57271.571电流5049484849.55050.549.548实验次数101112131415161718电压70.57069.56968.56867.56766.5电流46424039404142.54444实验次数192021222324252627电压6665.56564.56463.56362.562电流434137343333364042实验次数282930313233343536电压61.56160.56059.55958.55857.5电流4342403630.529293135实验次数373839404142434445电压5756.55655.55554.55453.553电流404241403429262426实验次数464748495051525354电压52.55251.55150.55049.54948.5电流303640403731242019实验次数555657585960615263电压4847.54746.54645.54544.544电流202631.5353733.52922.518实验次数646566676869707172电压43.54342.54241.54140.54039.5电流141520.5263234322621实验次数737475767778798081电压3938.53837.53736.53635.535电流161110132128313022实验次数828384858687888990电压34.53433.53332.53231.53130.5电流171076.51016232825实验次数919293949596979899电压30电流19作出图像 电流下降时的图像电流峰值以及对应电压值如下：电压726761.556.551.546413631电流50.5444342403734.03128第一个峰间距与其他数据差距较大，不准确，故舍去。最终进行计算的数据有电压6761.556.551.546413631逐差法求峰峰值间距 相对误差实验三 测量Ar 实验次数123456789电压00.10.20.30.40.50.60.70.8电流-0.2-0.2-0.2-0.2-0.2-0.2-0.2-0.2-0.2实验次数101112131415161718电压0.911.11.21.31.41.51.61.7电流-0.2-0.2-0.2-0.2-0.2-0.2-0.2-0.19-0.18实验次数192021222324252627电压1.81.922.12.22.32.42.52.6电流-0.16-0.16-0.16-0.17-0.18-0.19-0.2-0.25-0.24实验次数282930313233343536电压2.72.82.933.13.23.33.43.5电流-0.22-0.17-0.09-0.04-0.03-0.06-0.11-0.17-0.23实验次数373839404142434445电压3.63.73.83.944.14.24.34.4电流-0.27-0.31-0.32-0.22-0.040.110.190.190.09实验次数464748495051525354电压4.54.64.74.84.955.15.25.3电流-0.04-0.19-0.33-0.41-0.45-0.42-0.180.080.34实验次数555657585960616263电压5.45.55.65.75.85.966.16.2电流0.510.480.340.08-0.15-0.35-0.5-0.58-0.48实验次数646566676869707172电压6.36.46.56.66.76.86.977.1电流-0.180.180.480.690.810.690.450.27-0.16实验次数737475767778798081电压7.27.37.47.57.67.77.87.98电流-0.44-0.64-0.6-0.320.10.550.831.021.06实验次数828384858687888990电压8.18.28.38.48.58.68.78.88.9电流0.950.640.33-0.02-0.32-0.54-0.47-0.190.27实验次数919293电压99.19.2电流0.660.971.18作出图像 Ar的图像电流峰值以及对应电压值如下：电压2.03.14.35.46.78.0电流-0.16-0.030.190.510.811.06逐差法求峰峰值间距 注：在测量Ar的激发电压时 ，仪器电流档位为10nA，但是并不表示量程为10nA，在本实验记录表格中,表示电流单位为,并且数值大小为记录数据乘以10所得的结果，,表示电流单位为,并且数值大小为记录数据乘以10所得的结果。实验结果分析1读取电流时，由于仪器的自身元件问题，电流并不稳定，所以读取时不能读得很精确。2在测量Hg的激发电压时，跨度电压为0.5V，在取到的数据峰值处，不一定是真实的峰值。所以也会产生误差。3一起元件，以及激发态原子的不稳定性，都可能造成误差。疑问：做图时，只是将相邻点链接在一起，作出的只是折线图像，由于点的数目较多，所以可以近似看作光滑的。但是这样并没有达到减小误差的作用，而且也不光滑。由于找不到合适的函数来描述图像，也就没法用高级拟合来处理图像，使其光滑。应如何来做，才更精确，光滑？实验现象及分析1在测量Hg和Ar的激发电压时，理论上电流峰值越来越大。但是在实验一，即测量Hg电流上升过程中的峰值时，第二个峰值比第三个峰值高，与理论不附。猜测可能是由于温度的影响，或者