弗蘭克赫茲實驗報告.doc

近代物理實驗題目 弗蘭克赫茲實驗 班級 09物理 學號 09072053 姓名 張澤民 指導教師 余云鵬 弗蘭克赫茲實驗實驗背景：1914年，德國物理學家夫蘭克和赫茲對勒納用來測量電離電位的實驗裝置作了改進。他們采取慢電子(幾個到幾十個電子伏特)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)。通過實驗測量，電子和原子碰撞時會交換某一定值的能量，且可以使原子從低能級激發(fā)到高能級，獨立證明了原子波爾理論的正確性，由此獲得了1925年諾貝爾物理學獎。一、實驗目的1. 通過測定汞原子的第一激發(fā)點位，證明原子能級的存在。2. 學習測量微電流的方法。二、實驗原理（一）原子能級圖1根據玻爾理論，原子只能處在一些不連續(xù)的定態(tài)中，每一定態(tài)相應于一定的能量，常稱為能級。受激原子在能級間躍遷時，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躍遷到高能級。夫蘭克赫茲實驗正是利用電子與原子的碰撞實現這種躍遷的。電子在加速電壓的作用下獲得能量，表現為電子的動能，當時，即可實現躍遷。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如右圖所示。汞原子基態(tài)為由二個6s 電子組成的，較近的激發(fā)態(tài)為由一個6s 電子和一個6p 的電子構成的單能級和， 和組成的三能級。只有為允許自發(fā)躍遷態(tài)：,發(fā)出波長為253.7nm的紫外光，對應能量為。 和為亞穩(wěn)態(tài)，因的躍遷屬于禁戒躍遷，所以通常把態(tài)稱為汞的第一激發(fā)態(tài)。（二）原理說明圖2 圖3實驗原理圖如圖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，只有穿過柵極后仍有較大動能的電子，才能克服拒斥電場作用，到達板極形成板流。以下是根據實驗得出的曲線示意圖，每當時都會下降，曲線上兩個相鄰的峰（谷）圖4Fig的間距即為原子第一激發(fā)電位。 三、實驗儀器FH 實驗管， WMZK01 溫度控制儀，電腦化XY 記錄儀，FHII 型夫蘭克赫茲實驗儀4、 實驗數據與結論(1)T=150，F=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=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=2.0V,G1k=2.2v，G2=2.0V（V）05677.6910111200.82.48.0121.04.0153212.5131416.517.419203631.87.232.4583021由（3）中圖標可以得出個峰值電壓為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=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應電壓分別為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=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）中圖可知各峰值點對應的電壓分別為7.9v,12.7V,17.8V,22.7V,易得出第一激發(fā)電位為4.9V，與實際理論值相符合。5、 實驗結論 實驗中通過改變溫