弗兰克-赫兹实验实验报告

1、时间：2021.03. 06弗兰克就童卖殓创作：欧阳道-卖验目的通过测文汞原子的第一激发电住，证朗原子能 级存柱。二卖殓原理1激发削势玻余的原子能级理论f 1J原子只能长时间的停翱亦一些稔走的状态，(简称定态丿O原子亦这些状态时，不发射或吸收能 量；各定态有定的能量，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麦，它只能从一个定态 跃迁到另一个定态。(2)原子从一个之态跃迁到了另一个定态而发射 或吸收一良的能量，辐射频率是一走的，满足hv = Em - Efi J原子卖现能级跃迁的逾径之一,就是通过具有一走 能量的电子与原子碰撞的方式来卖现的。设初速度为零的电子往削势差为U的加速色

2、场作用 下，荻得的能量为eU,多具有这种能量的削子与稀薄毛体中的原子发生碰撞时，就会发生能量交换，如以E1 带表汞原子的基态能量，E2代表汞原子第一激发态的能 量，那么当汞原子从电子传递.来的能量恰好为eU0 =E2-Ex 时，汞原子就会从基态跃迁到第一激发态。相应的削势 差称为汞的第一激发电势(中肯色势丿。夫兰充核子卖验原理如图1示。IA/nA柱充汞的夫兰克拯童管中，电子有阴极图3夫兰克-；赤兹管第一激坷芒斶-Ugk曲线Ugk/VK和栅极G之问的加速亀庄Ugk供亀子加速。在板极A和栅极G之问加有彳巨斥电压Uag。管子空间亀住分布如 图2示。多色子通过KG空问进入GA空间时，如果有 较丸的能量

3、丫cUag),就能冲过反向拒斥电场而到达 板极形成电流，为微电流计PA 检测出。如果色子征 KG空间与汞原子碰撞，把自己的一部分能量给了汞原 子而使后者激发的话，色子本身剩余的能量很少，以玫 功过栅极后不足以克服拒斥电场而彼折回到栅极。这 时，通过微电流计的电流将显著的癒小。卖唸时，观案削流计的削流随Ugk逐渐增加时的现 象。如果原子能级确卖存往的话，而且基态与第一激发 态有确定的能量差，就能观察到如图3示的IaUgk曲 线。曲线反映了汞原子柱KG空问与电子进行能量交换 的情况。当KG空问色庄逐渐增加时，色子在KG空间 彼加速而取得越来越大的能量。但起始阶段，由于色压 较低,削子的能量较少，即

4、使在运动过程中它与原子碰 撞也只有较少的能量交换（弹性碰撞丿。穿过栅极的色 子形成的板流IA将随栅极电压的增加而增大（图中 OA段丿。当KG间的电压达到汞廉子的第一激发血势 U0时，电子淮.栅极附近与汞原子柏碰撞，将自己从加 速色场中获得的全部能量都交给后者，幷且使后者从基 态激发到第一激发态。而电子本身由于能量全部交给了 汞原子，即使穿过了栅极也不能克服拒斥电场而彼折回 柵极。所以板极削流IA將显著類小（图AB段丿。随 着棚极电压的正家，电子的能量也随着增加，淮.与汞原 子碰撞后还密下足够的能量，可以克服反向拒斥电场而 达到板极 A,这时削流有开始上升（BC段丿。直到 KG间色压是二僖的汞原

5、子的第一激发色势时，电子柱 KG空间又会因为二次碰撞而失去能量，因而又凌成了 第二次板极电流的下啥fCD段丿,同理Ugk=M 5=1, 2, 3,）（3）凡符合（3丿式的地方板极电流都会下跌，形成规 则起伏麦化的IA-UGK曲线。而各次板极电流下阵相对 应的阴、枷极色压差几就_几应该是汞原子的第一激发 电势。三卖验仪彖FH-1A夫兰克-就兹卖验仪（加热炉、微电流 测量放大器丿、温度计。四卖殓内彖及步骤1、正确连接线路，A, G、H、K连线对应，不 可混接或短路。2、将微削流放大甕，工作选择置于DC,工作状态 置于R,栅极色压调到最小，预热5分钟。3、接通加热炉电源，温度升至i8oc时调零no-

6、5 伎）和满度fFULLJ o4、缓慢增加栅极电压，粗略全面观疼一次IA的起伏 变化，当（1A表满度时柏应的改变信率。5、从0V起仔细调节栅极电压，细心观疼IA的变 化，同时记录数据。读出IA的举谷值的色流和对 应的电压，至少记录4组蜂谷值。为了准确反映 卖验规律，A啥谷值的两側分别记两组数擔。6、卖验屯牛，微电流放大器工作选择，工作状态置 于O,栅极电压调到最小，只关闭加热炉点验， 不要关闭微电流放大器。五、数据记录及处理1卖验数据记录峰1谷1峰2谷2峰3谷3怕谷4Ugk/V11.612.115.116.919.621.524.226.2Ia/uA (KT5)13.65.939.07.959

7、.012.1121.024.02数据处理(1)根擔卖验原理可以得到第一激发电势为Uq = u亦- u畑 H 或“厂 SUn =谷”1 一 谷”，得(2)不确定度计算A类分量B类不确定度分量合成不确：t度(3丿第一激发削势为六卖验结果及讨论1、由卖验图象可以验证了汞原子的能级存亦，并 根据卖验数据计算得到汞原子的第一激发电势 为久=0b = (4.6O.3W ,与公认的理论值 。=4.91/符合的较好。2、镁差可能出现的廉因(1) 温度的微小变化引起.的镁差；(2) 读数时的视觉娱差；(3丿仪彖匂身的谖差。开始阶段电流变化不朗 显，谋差可能较大。七注意事项1、连线时注憲A、K、G, H问的对应，避免混接或短路。2、对微色流放大器丸进行预热，淮.接通加热炉电源。