弗蘭克赫茲實(shí)驗(yàn)報(bào)告.doc

近代物理實(shí)驗(yàn)題目 弗蘭克赫茲實(shí)驗(yàn) 班級(jí) 09物理 學(xué)號(hào) 09072053 姓名 張澤民 指導(dǎo)教師 余云鵬 弗蘭克赫茲實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)背景：1914年，德國(guó)物理學(xué)家夫蘭克和赫茲對(duì)勒納用來(lái)測(cè)量電離電位的實(shí)驗(yàn)裝置作了改進(jìn)。他們采取慢電子(幾個(gè)到幾十個(gè)電子伏特)與單元素氣體原子碰撞的辦法，著重觀察碰撞后電子發(fā)生什么變化(勒納則觀察碰撞后離子流的情況)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)量，電子和原子碰撞時(shí)會(huì)交換某一定值的能量，且可以使原子從低能級(jí)激發(fā)到高能級(jí)，獨(dú)立證明了原子波爾理論的正確性，由此獲得了1925年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 通過(guò)測(cè)定汞原子的第一激發(fā)點(diǎn)位，證明原子能級(jí)的存在。2. 學(xué)習(xí)測(cè)量微電流的方法。二、實(shí)驗(yàn)原理（一）原子能級(jí)圖1根據(jù)玻爾理論，原子只能處在一些不連續(xù)的定態(tài)中，每一定態(tài)相應(yīng)于一定的能量，常稱(chēng)為能級(jí)。受激原子在能級(jí)間躍遷時(shí)，要吸收或發(fā)射一定頻率的光子。然而，原子若與具有一定能量的電子發(fā)生碰撞，也可使原子從低能級(jí)躍遷到高能級(jí)。夫蘭克赫茲實(shí)驗(yàn)正是利用電子與原子的碰撞實(shí)現(xiàn)這種躍遷的。電子在加速電壓的作用下獲得能量，表現(xiàn)為電子的動(dòng)能，當(dāng)時(shí)，即可實(shí)現(xiàn)躍遷。若原子吸收能量。從基態(tài)躍遷到第一激發(fā)態(tài)，則稱(chēng)為第一激發(fā)電位或中肯電位。汞原子基態(tài)之上的最低一組能級(jí)如右圖所示。汞原子基態(tài)為由二個(gè)6s 電子組成的，較近的激發(fā)態(tài)為由一個(gè)6s 電子和一個(gè)6p 的電子構(gòu)成的單能級(jí)和， 和組成的三能級(jí)。只有為允許自發(fā)躍遷態(tài)：,發(fā)出波長(zhǎng)為253.7nm的紫外光，對(duì)應(yīng)能量為。 和為亞穩(wěn)態(tài)，因的躍遷屬于禁戒躍遷，所以通常把態(tài)稱(chēng)為汞的第一激發(fā)態(tài)。（二）原理說(shuō)明圖2 圖3實(shí)驗(yàn)原理圖如圖2和圖3所示，充汞的夫蘭克-赫茲管，其陰極K被燈絲H加熱，發(fā)射電子。電子在K 和柵極G 之間被加速電壓加速而獲得能量，并與汞原子碰撞，柵極與板極A之間加反向拒斥電壓，只有穿過(guò)柵極后仍有較大動(dòng)能的電子，才能克服拒斥電場(chǎng)作用，到達(dá)板極形成板流。以下是根據(jù)實(shí)驗(yàn)得出的曲線(xiàn)示意圖，每當(dāng)時(shí)都會(huì)下降，曲線(xiàn)上兩個(gè)相鄰的峰（谷）圖4Fig的間距即為原子第一激發(fā)電位。 三、實(shí)驗(yàn)儀器FH 實(shí)驗(yàn)管， WMZK01 溫度控制儀，電腦化XY 記錄儀，F(xiàn)HII 型夫蘭克赫茲實(shí)驗(yàn)儀4、 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與結(jié)論(1)T=150，F(xiàn)=2.0V,G1k=1.8V,G2=2V（V）0567.28.0101111.71200.69.09.41.015.02939.838141515.716.71718202121.66.028588070205998101由上圖可知，各峰值電壓分別為7.2V，11.7v, 16.7v, 21.6v，與理論峰值差4.9V非常接近。（2） T=150，F(xiàn)=2.0V,G1k=1.8V,G2=2.0V（V）05677.3891011012.51111.94.31.06.22012.314161717.3192122.32332.44.127424314335246由（2）中圖可得出各峰值電壓分別為7.3V, 12.3V, 17.3V, 22.3v，峰值電壓差值為5V，得出第一激發(fā)電位為5.0V，與理論值接近。（3）、T=150，F(xiàn)=2.0V,G1k=2.2v，G2=2.0V（V）05677.6910111200.82.48.0121.04.0153212.5131416.517.419203631.87.232.4583021由（3）中圖標(biāo)可以得出個(gè)峰值電壓為7.6v,12.5v,17.5v，中間差值為4.9v，既第一激發(fā)電位的大小為4.9v，與理論值相符。（4） 、T=150，F(xiàn)=2.0V,G1k=2.2v，G2=2.5V（V）06.07.07.99.0101212.81401.869.91.21.022266.3161717.82021.522.824251230.8401330504137由（4）中圖可得出峰值所對(duì)應(yīng)電壓分別為7.9V,12.8V, 17.8V, 22.8V，可得出第一激發(fā)電位為5.0V。與理論值相符。（5） T=125，F(xiàn)=2.0V,G1k=2.2V,G2=2.5V（V）05.06.07.07.99.0101212.701.11.76.19.91.21.02226.2161717.82021.022.724251230.840.71328514038由（5）中圖可知各峰值點(diǎn)對(duì)應(yīng)的電壓分別為7.9v,12.7V,17.8V,22.7V,易得出第一激發(fā)電位為4.9V，與實(shí)際理論值相符合。5、 實(shí)驗(yàn)結(jié)論 實(shí)驗(yàn)中通過(guò)改變溫