北航物理实验—弗兰克赫兹研究性实验报告

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1、基础物理研究性实验报告弗兰克赫兹实验第一作者：第二作者：所在院系：目录摘要：3Abstract3一、实验目的4二、实验原理41)激发电位42)夫兰克-赫兹实验的原理5三、实验仪器7四、实验内容71)准备工作72)氩元素的第一激发电位手动测量73)氩元素的第一激发电位自动测量8五、数据处理（手动测量）81)灯丝电压3.0V，第一栅极电压1.5V，拒斥电压9.0V82)灯丝电压3.2V，第一栅极电压1.5V，拒斥电压9.0V103)灯丝电压3.0V，第一栅极电压1.0V，拒斥电压9.0V114)灯丝电压3.

2、0V，第一栅极电压1.5V，拒斥电压8.0V12六、实验结果探究131)实验结果分析探究132)误差来源分析探究13七、实验感想14参考文献：14附：15摘要：本研究性报告以“弗兰克赫兹实验”实验为深入研究探讨的课题，简单介绍弗兰克赫兹实验的基本原理以及操作步骤等，重点进行改变某个实验步骤后实验的误差分析，从而进一步了解在实验过程中严格控制实验步骤的正确性对实验结果的重要性，对今后误差分析有一定的作用。关键词：弗兰克赫兹实验步骤误差AbstractThisresearchreport"FrankHert

3、zexperiment"experimentsin-depthstudyofthethemes,abriefintroductionofthebasicprinciplesofFrankHertzexperimentandprocedure,focusingstepstochangeanexperimentexperimentalerroranalysis,andlearnmoreabouttheexperimentalprocedurestrictcontrolofthecorrectnessofth

4、eexperimentalprocedureoftheimportanceoftheexperimentalresults,erroranalysisforthefuturehaveacertainrole.Keywords:FrankHertzexperimentsteperror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1)激发电位玻尔提出的原子理论指出：（1）原子只能较长地停留在一些稳定状态

5、（简称为定态）。原子在这些状态时，不发射或吸收能量：各定态有一定的能量，其数值是彼此分隔的。原子的能量不论通过什么方式发生改变，它只能从一个定态跃迁到另一个定态。（2）原子从一个定态跃迁到另一个定态而发射或吸收辐射时，辐射频率是一定的。如果用Em和En分别代表有关两定态的能量的话，辐射的频率ν决定于如下关系：hν＝Em－En（1－1－1）式中，普朗克常数h=6．63×10-34J·s为了使原子从低能级向高能级跃迁，可以通过具有一定能量的电子与原子相碰撞进行能量交换的办法来实现。设初速度为零的电子在电位差

6、为U0的加速电场作用下，获得能量eU0。当具有这种能量的电子与稀薄气体的原电子与原子（比如十几个乇的氩原子）发生碰撞时，就会发生能量交换。如以E1代表氩原子的基态能量、E2代表氩原子的第一激发态能量，那么当氩原子吸收从电子传递来的能量恰好为eU0=E2－E1（l－1－2）时，氩原子就会从基态跃迁到第一激发态。而且相应的电位差称为氩的第一激发电位（或称氩的中肯电位）。测定出这个电位差U0，就可以根据（l－2－2）式求出氩原子的基态和第一激发态之间的能量差了（其他元素气体原子的第一激发电位亦可依此法求得）。

7、1)夫兰克-赫兹实验的原理夫兰克一赫兹实验的原理图如图一所示。在充氩的夫兰克一赫兹管中，电子由热阴极发出，阴极K和第二栅极G2之间的加速电压UG2K使电子加速。在板极A和第二栅极G2之间加有反向拒斥电压UG2A。管内空间电位分布如图二所示。当电子通过KG2空间进入G2A空间时，如果有较大的能量（≥eUG2A），就能冲过反向拒斥电场而到达板极形成板极电流，为微电流计μA表检出。如果电子在KG2空间与氩原子碰撞，把自己一部分能量传给氩原子而使后者激发的话，电子本身所剩余的能量就很小，以致通过第二栅极后已不足

8、于克服拒斥电场而被折回到第二栅极，这时，通过微电流计μA表的电流将显著减小。实验时，使UG2K电压逐渐增加并仔细观察电流计的电流指示，如果原子能级确实存在，而且基态和第一激发态之间有确定的能量差的话，就能观察到如图三所示的IA～UG2K曲线。图三所示的曲线反映了氩原子在KG2空间与电子进行能量交换的情况。当KG2空间电压逐渐增加时，电子在KG2空间被加速而取得越来越大的能量。但起始阶段，由于电压较低，电子的能量较少，即使在运动过程中它与原子