弗兰克-赫兹实验报告

广东第二师范学院学生实验报告院系名称物理系班别12物教A姓名林雅静专业名称物理教育学号12550601013实验课程名称近代物理实验实验项目名称弗兰克-赫兹实验实验时间2015年4月24日实验地点实验成绩指导老师签名实验目的：证明原子内部能量的量子化，也就是原子的间隔能级的存在。实验原理电子由热阴极K发出。在K与栅极G之间加电场使电子加速。在G与P之间有一0.5V的反向电压。当电子通过KG空间，进入GA空间时。如果仍有较大能量，就能冲过反电场而达到电极A，成为通过电流计的电流。如果电子在KG空间与电子碰撞，把自己一部分的能量给了原子，使后者被激发。电子剩下的能量就可能很小，以致通过栅极G后已不足以客服反电势，那就达不到A，因而也不流过电流计。如果发生这样情况的电子很多，电流计中的电流就要显著的降低。（《原子物理学》P42）实验装置如图：最初研究用的是汞气。在F-H管内把空气抽出，注入少量的汞，维持适当的温度，可以的得到适合的汞气气压。实验时，把KG间的电压逐渐增加，观察电流计的电流。这样就得到板极P电流随KG之间加速电压的变化情况，如图1.1.2所示。对上述实验现象可以作如下解释。当KG间电压VGK逐渐增加时，电子在KG空间被加速而取得越来越多的能量。当电子取得的能量较低时，如果此时与汞原子碰撞，还不足以影响汞原子的内部能量，板极电流IP将随VGK的增加而增加。当KG间加速电压达到汞原子的第一激发电势时，电子在栅极附近与原子相碰撞，将自己的能量传递给原子，使原子从基态（最低能量的状态）被激发到第一激发态。而电子而电子失去几乎全部动能，这些电子将不能克服拒斥场而达到板极P，板极电流IP开始下降。继续升高加速电压VGK，电子获得的动能亦有所增加，这时电子即使在KG空间与汞原子相碰撞损失大部分能量，还留有足够能量可以克服拒斥场而达到极板P，因而板极电流IP又开始回升。当KG间电压是二倍的汞原子激发电势时，电子在KG空间有可能经过两次碰撞而失去能量，因为又造成班级电流IP下降。同理，凡在VGK=nVg（n=1,2,3，…）的地方板极电流都会相应下跌。因此，只要在升高VGK的过程中得到相应的IP值所描绘出的曲线有许多极值点，如图1.1.2所示，便能证明原子能级的存在。（《近代物理实验教程》P36）实验过程：在弗兰克-赫兹管上操作，将VF(V)，VG1K(V)，VG2P(V)调节到参考值，调节VG2K值以得到相应的IP，记录数据并绘图。实验数据：（划线部分为峰值）VG200.10.20.30.40.50.60.711.1IP000000000.050.2VG21.21.31.41.51.61.721.81.92.02.1IP0.410.650.830.971.041.040.990.860.720.55VG22.22.332.42.52.62.72.822.933.1IP0.440.60.871.311.661.851.81.581.210.81VG23.23.33.43.53.63.73.843.944.11IP0.480.290.511.161.972.532.832.722.331.63VG24.24.34.414.54.64.74.84.95.05.1IP1.060.520.210.481.332.353.33.753.783.38VG25.25.35.45.55.65.75.85.926.06.1IP2.71.881.070.50.411.092.283.564.184.57VG26.216.326.426.516.66.76.86.9177.11IP4.473.93.082.321.560.951.0923.044.2VG27.27.37.47.57.67.77.87.98IP4.95.35.355.04.233.472.552.032.07根据上表描点，可以得到曲线图：分边在VG2为1.72V，2.7V，3.84V，5.0V，6.0V，7.1V的时候的到极值实验结果与分析：实验结果存在一定的误差，但由在一定的误差范围