最新弗蘭克赫茲實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、弗蘭克赫茲實(shí)驗(yàn)報(bào)告PAGE2弗蘭克-赫茲實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康臏y(cè)量F-H管傳統(tǒng)情況下加速電壓與板極電流的關(guān)系曲線。二實(shí)驗(yàn)原理激發(fā)電勢(shì)玻爾的原子理論 原子只能較長(zhǎng)地停留在定態(tài)，原子在這些狀態(tài)時(shí)，不發(fā)射也不吸收能量。各定態(tài)有一定的能量，其數(shù)值是彼此分割的。原子的能量不管通過什么方式發(fā)生改變，它只能從一個(gè)定態(tài)躍遷到另一個(gè)定態(tài)。原子從一個(gè)定態(tài)躍遷到另一個(gè)定態(tài)而發(fā)射或吸收輻射時(shí)，輻射頻率是一定的，如果用和分別表示有關(guān)兩定態(tài)的能量，輻射的頻率決定如下關(guān)系：式中，為普朗克常量，為了使原子從低能級(jí)向高能級(jí)躍遷，可以通過具有一定能量的電子與原子相碰撞進(jìn)行能量交換的方法來實(shí)現(xiàn)。2設(shè)初速度為零的電子在電勢(shì)差為的加速電場(chǎng)作用下

2、，獲得能量，當(dāng)具有這種能量的汞電子與稀薄氣體的原子發(fā)生碰撞時(shí)，就會(huì)發(fā)生能量交換。如以代表汞原子的基態(tài)能量，代表汞原子的第一激發(fā)態(tài)能量，那么當(dāng)汞原子吸收從電子傳遞來的能量恰為 1汞原子就會(huì)從基態(tài)躍遷到第一激發(fā)態(tài)，相應(yīng)的電勢(shì)差稱為汞的第一激發(fā)電勢(shì)。測(cè)定出這個(gè)電勢(shì)差，就可以根據(jù)公式1求出汞原子的基態(tài)和第一激發(fā)態(tài)之間的能量差了。弗蘭克-赫茲管K5BKGPBYN.png * MERGEFORMATINET K5BKGPBYN.png * MERGEFORMATINET 圖一： 短接， 為等勢(shì)區(qū)，電子由熱陰極發(fā)出，經(jīng)加速電壓使電子加速，電子可到達(dá)任意位置。如果電子在空間中與汞原子碰撞，把自己一局部能量傳給

3、汞原子。從陰極射出來的電子能量不同，從小到大分布，能量大的原子傳遞給汞原子能量，先進(jìn)入激發(fā)狀態(tài)。圖二：加速電壓的正極接G 1；圖三：加速電壓的正極接G 2。這樣連接的電路 ,能保證沒有熱電子打到板極上，只有正離子會(huì)從加速電壓正極向板極加速運(yùn)動(dòng)。此時(shí)由于原子電離可以測(cè)到板極電流。三實(shí)驗(yàn)裝置1.弗蘭克-赫茲管弗蘭克-赫茲管為實(shí)驗(yàn)儀的核心部件，弗蘭克-赫茲管采用間熱式陰極、雙柵極和板極的四極形式，各極均為圓筒狀。弗蘭克-赫茲管充汞氣，玻璃封裝。2.工作電源：FH管電源組用來提供FH管各極所需的工作電壓。其中包括燈絲電壓UF，直流0V6.3V連續(xù)可調(diào)；第一柵極電壓UG1K，直流05V連續(xù)可調(diào)；第二柵極

4、電壓UG2K，直流0100V連續(xù)可調(diào)。3.掃描電源和微電流放大器：提供012V的手動(dòng)可調(diào)直流電壓或自動(dòng)慢掃描輸出鋸齒波電壓，作為FH管的加速電壓，供手動(dòng)測(cè)量或函數(shù)記錄儀測(cè)量。4.微電流測(cè)量?jī)x：微電流放大器用來檢測(cè)FH管的板流。四實(shí)驗(yàn)內(nèi)容了解弗蘭克-赫茲管的結(jié)構(gòu)了解爐溫對(duì)汞管內(nèi)蒸汽濃度和電子自由程的控制，蒸汽濃度與T為指數(shù)關(guān)系，自由程與T成反比關(guān)系。3.分析電子碰撞原子造成原子激發(fā)類型和退激發(fā)的后果，即造成原子能級(jí)的跳躍。原子激發(fā)類型分為：低激發(fā)、高激發(fā)、電離。并且需要的能量越來越高。激發(fā)類型與自由程的關(guān)系：自由程越小，碰撞的時(shí)機(jī)越大，低激發(fā)概率就越大。因此：在爐溫為140攝氏度時(shí)，觀察低激發(fā)態(tài)

5、；在爐溫為100攝氏度時(shí)，觀察高激發(fā)態(tài)；在70至80攝氏度時(shí)，觀察電離現(xiàn)象。退激發(fā)：原子處于低激發(fā)態(tài)時(shí)是不穩(wěn)定的，容易從高能級(jí)躍遷到低能級(jí)，能量通常是同u過光輻射釋放出去，在原子與原子之間傳遞。選擇外部電路，連接電路圖，從0.0v起，每隔一定的電壓值調(diào)節(jié)電壓源，仔細(xì)觀察弗蘭克-赫茲管的極板電流值的變化，讀出極板電流值及對(duì)應(yīng)的電壓值。自擬表格，詳細(xì)記錄實(shí)驗(yàn)條件和相應(yīng)的值。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析表1 測(cè)量汞原子的電離曲線電壓V板極電流A7.60.17.80.380.48.10.68.20.78.30.98.618.91.291.39.11.49.31.89.5210.62.112.62.212.8312.9

6、3.413.2413.66.113.7813.9111412.614.321.214.42414.536.714.63914.74214.846 圖四根據(jù)實(shí)驗(yàn)圖像可知，該圖像可分為4個(gè)階段。第一階段A點(diǎn)：電流為0，說明板極上沒有粒子打上去，也沒有粒子跑出來，即沒有粒子激發(fā)也沒有粒子電離。第二階段A-B段：激發(fā)開始，光電流產(chǎn)生，光子打到板極上。17.227.917.432.217.53417.63617.739.217.840.117.942.318.149表三電壓V板極電流A25.50260.127.10.828.8130.51.230.81.331.11.531.41.731.61.932.

7、3232.72.133333.13.433.33.833.43.933.5433.64.233.75.9346.234.2834.38.634.49.934.510.234.711.934.81334.914.135.11635.218.435.52235.623.835.726363236.13636.23836.442.436.546.636.649.9圖五 前三個(gè)不同的電路圖所測(cè)數(shù)據(jù)畫在在同一個(gè)表上所得到的結(jié)果。圖中電流為0時(shí)電壓的值有明顯的差異，造成這種情況的原因是：對(duì)于圖一電路來說，G 2與P之間是反射區(qū)，加速電壓同時(shí)是控制電壓。此時(shí)G 1與G 2間是等勢(shì)區(qū)，熱電子在獲得了加速能量后，在此區(qū)與汞原子碰撞，碰撞的距離長(zhǎng)，碰撞時(shí)機(jī)多，所以整體比擬靠左；對(duì)于圖二電路來說，加速電壓同時(shí)也是控制電壓，電子一旦進(jìn)入了G1與P之間的反射區(qū)域, 就開始減速，到缺乏一半的距離就要反射回來。此時(shí)，電子與原子非彈性碰撞的時(shí)機(jī)少，在電子能量到達(dá)電離能以前，汞原子被激發(fā)的數(shù)量少，所以比圖一電路所得曲