弗兰克—赫兹实验报告

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1、弗兰克—赫兹实验一.实验目的1、了解弗兰克--赫兹试验的原理和方法；2、学习测定氩原子的第一激发电位的方法；3、证明原子能级的存在，加强对能级概念的理解。二．实验原理玻尔提出的原子理论指出：原子只能较长地停留在一些稳定的状态。原子在这种状态时，不发射或吸收能量。各定态有一定的能量，其数值是彼此分隔得。原子的能量不论通过什么方式改变，它只能从一个状态跃迁代另一个状态。原子从一个状态跃迁到另一个状态而发射或吸收能量时，辐射的频率是一定的。于是有如下关系：，式中，h为普朗克常数。为了使原子从低能级想高能级跃迁，可以通过具有一定能量的电

2、子与燕子相碰撞进行能量交换的办法来实现。图1弗兰克-赫兹管结构图夫兰克一赫兹实验原理(如图1所示)，阴极K，板极A，G1、G2分别为第一、第二栅极。K-G1-G2加正向电压，为电子提供能量。的作用主要是消除空间电荷对阴极电子发射的影响，提高发射效率。G2-A加反向电压，形成拒斥电场。电子从K发出，在K-G2区间获得能量，在G2-A区间损失能量。如果电子进入G2-A区域时动能大于或等于e，就能到达板极形成板极电流I.电子在不同区间的情况：1.K-G1区间电子迅速被电场加速而获得能量。2.G1-G2区间电子继续从电场获得能量并不断与

3、氩原子碰撞。当其能量小于氩原子第一激发态与基态的能级差DE＝E2-E1时，氩原子基本不吸收电子的能量，碰撞属于弹性碰撞。当电子的能量达到DE，则可能在碰撞中被氩原子吸收这部分能量，这时的碰撞属于非弹性碰撞。DE称为临界能量。3.G2-A区间电子受阻，被拒斥电场吸收能量。若电子进入此区间时的能量小于eUG2A则不能达到板极。图2弗兰克-赫兹实验～I曲线abcI(nA)OU1U2U3U4U5U6U7由此可见，若eUG2K

4、＝DE则电子在达到G2处刚够临界能量，不过它立即开始消耗能量了。继续增大UG2K，电子能量被吸收的概率逐渐增加，板极电流逐渐下降（如图2中ab段）。继续增大UG2K，电子碰撞后的剩余能量也增加，到达板极的电子又会逐渐增多（如图2中bc段）。若eUG2K>nDE则电子在进入G2-A区域之前可能n次被氩原子碰撞而损失能量。板极电流I随加速电压变化曲线就形成n个峰值，如图2所示。相邻峰值之间的电压差DU称为氩原子的第一激发电位。氩原子第一激发态与基态间的能级差：DE=eDU三．实验内容及操作步骤1．正确连接电路；2．启动预热；3．手动

5、测量；4.调节电压，纪录数据；5.绘制曲线；6.数据处理。UG2k0.511.522.533.544.555.566.577.588.599.510IA00000000000000000000UG2k10.51111.51212.51313.51414.51515.51616.51717.51818.51919.520IA00000000000000.10.30.60.81.11.41.6UG2k20.52121.52222.52323.52424.52525.52626.52727.52828.52929.530IA1.822

6、.22.42.6333.13.23.33.43.43.43.33.232.92.62.42.3UG2k30.53131.53232.53333.53434.53535.53636.53737.53838.53939.540IA2.22.42.733.43.84.34.75.25.55.75.9665.85.65.14.74.23.6UG2k40.54141.54242.54343.54444.54545.54646.54747.54848.54949.55032.42.11.81.92.333.74.65.36.16.87.27

7、.788.187.77.26.6UG2k50.55151.55252.55353.55454.55555.55656.55757.55858.55959.560IA5.84.93.92.92.21.61.21.31.82.63.64.85.96.97.98.69.29.79.99.9UG2k60.56161.56262.56363.56464.56565.56666.56767.56868.56969.570IA9.69.28.57.66.65.44.33.12.11.41.1234.15.46.888.98.99.9UG2k7

8、0.57171.57272.57373.57474.57575.57676.57777.57878.57979.580IA10.410.911.211.311.110.710.19.28.16.95.74.43.32.31.922.63.54.55.8UG2k8