夫蘭克――赫茲實(shí)驗(yàn)匯總

1、實(shí)驗(yàn)二夫蘭克赫茲實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?1) 認(rèn)識(shí)原子存在的能級(jí)測(cè)定氧原子的第一激發(fā)電位二、實(shí)驗(yàn)儀器：(1) 夫蘭克赫茲實(shí)驗(yàn)儀一套也可采用示波器、記錄儀或計(jì)算機(jī)接受Ip三、實(shí)驗(yàn)原理一九一四年，夫蘭克一一赫茲發(fā)現(xiàn)水銀放電管中水銀蒸氣的原子，有選擇的吸收某一具有特定動(dòng)能的電子的能量。這種能量的吸收可用電子管電流值的變化表示出來(lái)，這個(gè)電流的變化隨著電子加速電壓的增加具有明顯的周期性和等間距的極大和極小值，這就是夫蘭克一赫茲實(shí)驗(yàn)。今天我們用作夫蘭克-赫茲實(shí)驗(yàn)的放電管是充氧的放電管。因?yàn)檠鯕庠诔叵率菤怏w，所以不必加熱，溫度變化對(duì)實(shí)驗(yàn)值幾乎沒(méi)有影響。L_jK圖電子與原子碰撞過(guò)程可以用以下方程表示：O1O11

2、-mv2MV2mv'MV'Ee22e2其中me是電子質(zhì)量，m是原子質(zhì)量，V是電子的碰撞前速度，v'是電子碰撞后速度，Ae為內(nèi)能項(xiàng)。由于原子的內(nèi)能是不連續(xù)的，所以電子的動(dòng)能小于原子第一激發(fā)態(tài)時(shí)，電子與原子發(fā)生彈性碰撞AE=0。當(dāng)電子的動(dòng)能大于原子的第一激發(fā)態(tài)時(shí)，電子的動(dòng)能轉(zhuǎn)換為原子的內(nèi)能近=巳。E1為原子的第一激發(fā)態(tài)。在圖中Vf為加熱燈絲的陰極電壓，在其作用下產(chǎn)生熱電子。在陰極和柵極之間加可調(diào)的加速電壓VG2,熱電子從陰極出發(fā)經(jīng)過(guò)K-G之間的電場(chǎng)逐漸加速，當(dāng)電子的動(dòng)能與原子的第一激發(fā)態(tài)能量相同時(shí)，動(dòng)能轉(zhuǎn)換為原子的內(nèi)能，電子動(dòng)能損失。電子在電場(chǎng)作用下重新加速獲得動(dòng)能直到動(dòng)能

3、重新等于原子的第一激發(fā)態(tài)能量或電子穿過(guò)柵極G。當(dāng)電子穿過(guò)柵極G后受到G-P減速電場(chǎng)的作用，電子動(dòng)能只有大于eVG-p才能達(dá)到陽(yáng)極P形成陽(yáng)極電流、。由此可以得到陽(yáng)極電流|p與加速電壓Vk工曲線如圖。IIP(nA)L30-r；20-?X該曲線的明顯特征是曲線相鄰兩峰值或相鄰兩谷值之間對(duì)應(yīng)的電壓差值等于待測(cè)氣體的第一激發(fā)電位.從而證明原子能量狀態(tài)的不連續(xù).以上實(shí)驗(yàn)也可在柵極附近加一控制極柵極成為四極結(jié)構(gòu)，如圖(3)所示.UHLI巾VrVClgV圖(3)圖中G1為控制極其作是消除電子在陰極附近的堆積效應(yīng)，起到控制電子流大小的作用四、儀器結(jié)構(gòu)FD-FH-I夫蘭克-赫茲儀結(jié)構(gòu)如圖(4)面板、圖(5)后蓋板

4、：J1圖(4)面板(13(14)圖(5)后蓋盅（1）將所有電位器時(shí)針旋至0,將掃描開關(guān)（6）撥至手調(diào)，、電流增益波段開關(guān)）撥至100nA（或nA）、Ip輸出（8）、VG2輸出（5）通過(guò)Q9接頭連接至示波器或其它記錄設(shè)備儀上。（2）打開電源，將（Vg1、Vp）調(diào)節(jié)至參考參數(shù)（根據(jù)廠家所提供的參考參數(shù)）中的參考值，將Vg2調(diào)節(jié)至50V（示值為5.000），逐漸調(diào)節(jié)Vf使1P電流至300nA。（3）逐步調(diào)節(jié)Vg2觀察'電流指示（5）即可得到、一Vg2關(guān)系。（4）如果是示波器觀察將掃描開關(guān)（6）撥至自動(dòng)掃描，掃描開關(guān)（7）撥至快速。（5）如果是記錄儀或計(jì)算機(jī)記錄將掃描開關(guān)（7）撥至慢速，以減少

5、快速掃描對(duì)信號(hào)的影響。六、注意事項(xiàng)在調(diào)節(jié)Vg2和Vf時(shí)注意Vg2和Vf過(guò)大會(huì)導(dǎo)致電子管電離，因?yàn)殡娮庸茈婋x后電子管電流會(huì)自發(fā)增大直至燒毀。雖然線路中加保護(hù)措施但是電離對(duì)陰極具有極大的破壞性，所以一旦發(fā)現(xiàn)、負(fù)值或正值超過(guò)10*A迅速關(guān)機(jī)，5分鐘后重新開機(jī)。因此，將Vg2和Vf調(diào)至零都將無(wú)濟(jì)于事，因?yàn)殡婋x后的自持放電是自發(fā)的。七、實(shí)驗(yàn)要求（1）熟悉夫蘭克-赫茲實(shí)驗(yàn)原理及實(shí)驗(yàn)方法.（2）選擇最適宜的實(shí)驗(yàn)條件，測(cè)量L-Vg2曲線。并確定氧原子的第一激發(fā)電位。(1)電壓指示：通過(guò)波段開關(guān)分別Vf、Vg、111*Vp、Vg2(衰減10倍)。(2) '電流增益波段開關(guān)：1*A、100nA、ionA、1nA。(3) 、電流指示：電流=波段開關(guān)指示值尺示值/100(如300K100nA/100=300nA).(4) 電源開關(guān)(燈具開關(guān))。(5) Vg2輸出(衰減10倍)。輸出=Vg2/10。(6) VG2掃描開關(guān)：撥至“手調(diào)”時(shí)由多圈電位器調(diào)節(jié)；撥至“掃描”時(shí)由多圈電位器所調(diào)的電壓掃描至0V。(7) Vg2掃描速度開關(guān)。(8) '輸出：接示波器、記錄儀或計(jì)算機(jī)接口。(9) 電壓指示波段開關(guān)：改變電壓表指示的電壓。各電壓的調(diào)節(jié)電位器