弗蘭克-赫茲實驗實驗報告

1、時間：2021.03. 06弗蘭克就童賣殮創(chuàng)作：歐陽道-賣驗?zāi)康耐ㄟ^測文汞原子的第一激發(fā)電住，證朗原子能 級存柱。二賣殮原理1激發(fā)削勢玻余的原子能級理論f 1J原子只能長時間的停翱亦一些稔走的狀態(tài)，(簡稱定態(tài)丿O原子亦這些狀態(tài)時，不發(fā)射或吸收能 量；各定態(tài)有定的能量，其數(shù)值是彼.此分隔的。原子 的能量不論通過什么方式發(fā)生改麥，它只能從一個定態(tài) 躍遷到另一個定態(tài)。(2)原子從一個之態(tài)躍遷到了另一個定態(tài)而發(fā)射 或吸收一良的能量，輻射頻率是一走的，滿足hv = Em - Efi J原子賣現(xiàn)能級躍遷的逾徑之一,就是通過具有一走 能量的電子與原子碰撞的方式來賣現(xiàn)的。設(shè)初速度為零的電子往削勢差為U的加速色

2、場作用 下，荻得的能量為eU,多具有這種能量的削子與稀薄毛體中的原子發(fā)生碰撞時，就會發(fā)生能量交換，如以E1 帶表汞原子的基態(tài)能量，E2代表汞原子第一激發(fā)態(tài)的能 量，那么當汞原子從電子傳遞.來的能量恰好為eU0 =E2-Ex 時，汞原子就會從基態(tài)躍遷到第一激發(fā)態(tài)。相應(yīng)的削勢 差稱為汞的第一激發(fā)電勢(中肯色勢丿。夫蘭充核子賣驗原理如圖1示。IA/nA柱充汞的夫蘭克拯童管中，電子有陰極圖3夫蘭克-；赤茲管第一激坷芒斶-Ugk曲線Ugk/VK和柵極G之問的加速亀莊Ugk供亀子加速。在板極A和柵極G之問加有彳巨斥電壓Uag。管子空間亀住分布如 圖2示。多色子通過KG空問進入GA空間時，如果有 較丸的能量

3、丫cUag),就能沖過反向拒斥電場而到達 板極形成電流，為微電流計PA 檢測出。如果色子征 KG空間與汞原子碰撞，把自己的一部分能量給了汞原 子而使后者激發(fā)的話，色子本身剩余的能量很少，以玫 功過柵極后不足以克服拒斥電場而彼折回到柵極。這 時，通過微電流計的電流將顯著的癒小。賣唸時，觀案削流計的削流隨Ugk逐漸增加時的現(xiàn) 象。如果原子能級確賣存往的話，而且基態(tài)與第一激發(fā) 態(tài)有確定的能量差，就能觀察到如圖3示的IaUgk曲 線。曲線反映了汞原子柱KG空問與電子進行能量交換 的情況。當KG空問色莊逐漸增加時，色子在KG空間 彼加速而取得越來越大的能量。但起始階段，由于色壓 較低,削子的能量較少，即

4、使在運動過程中它與原子碰 撞也只有較少的能量交換（彈性碰撞丿。穿過柵極的色 子形成的板流IA將隨柵極電壓的增加而增大（圖中 OA段丿。當KG間的電壓達到汞廉子的第一激發(fā)血勢 U0時，電子淮.柵極附近與汞原子柏碰撞，將自己從加 速色場中獲得的全部能量都交給后者，幷且使后者從基 態(tài)激發(fā)到第一激發(fā)態(tài)。而電子本身由于能量全部交給了 汞原子，即使穿過了柵極也不能克服拒斥電場而彼折回 柵極。所以板極削流IA將顯著類?。▓DAB段丿。隨 著棚極電壓的正家，電子的能量也隨著增加，淮.與汞原 子碰撞后還密下足夠的能量，可以克服反向拒斥電場而 達到板極 A,這時削流有開始上升（BC段丿。直到 KG間色壓是二僖的汞原

5、子的第一激發(fā)色勢時，電子柱 KG空間又會因為二次碰撞而失去能量，因而又凌成了 第二次板極電流的下啥fCD段丿,同理Ugk=M 5=1, 2, 3,）（3）凡符合（3丿式的地方板極電流都會下跌，形成規(guī) 則起伏麥化的IA-UGK曲線。而各次板極電流下陣相對 應(yīng)的陰、枷極色壓差幾就_幾應(yīng)該是汞原子的第一激發(fā) 電勢。三賣驗儀彖FH-1A夫蘭克-就茲賣驗儀（加熱爐、微電流 測量放大器丿、溫度計。四賣殮內(nèi)彖及步驟1、正確連接線路，A, G、H、K連線對應(yīng)，不 可混接或短路。2、將微削流放大甕，工作選擇置于DC,工作狀態(tài) 置于R,柵極色壓調(diào)到最小，預(yù)熱5分鐘。3、接通加熱爐電源，溫度升至i8oc時調(diào)零no-

6、5 伎）和滿度fFULLJ o4、緩慢增加柵極電壓，粗略全面觀疼一次IA的起伏 變化，當（1A表滿度時柏應(yīng)的改變信率。5、從0V起仔細調(diào)節(jié)柵極電壓，細心觀疼IA的變 化，同時記錄數(shù)據(jù)。讀出IA的舉谷值的色流和對 應(yīng)的電壓，至少記錄4組蜂谷值。為了準確反映 賣驗規(guī)律，A啥谷值的兩側(cè)分別記兩組數(shù)擔。6、賣驗屯牛，微電流放大器工作選擇，工作狀態(tài)置 于O,柵極電壓調(diào)到最小，只關(guān)閉加熱爐點驗， 不要關(guān)閉微電流放大器。五、數(shù)據(jù)記錄及處理1賣驗數(shù)據(jù)記錄峰1谷1峰2谷2峰3谷3怕谷4Ugk/V11.612.115.116.919.621.524.226.2Ia/uA (KT5)13.65.939.07.959

7、.012.1121.024.02數(shù)據(jù)處理(1)根擔賣驗原理可以得到第一激發(fā)電勢為Uq = u亦- u畑 H 或“廠 SUn =谷”1 一 谷”，得(2)不確定度計算A類分量B類不確定度分量合成不確：t度(3丿第一激發(fā)削勢為六賣驗結(jié)果及討論1、由賣驗圖象可以驗證了汞原子的能級存亦，并 根據(jù)賣驗數(shù)據(jù)計算得到汞原子的第一激發(fā)電勢 為久=0b = (4.6O.3W ,與公認的理論值 。=4.91/符合的較好。2、鎂差可能出現(xiàn)的廉因(1) 溫度的微小變化引起.的鎂差；(2) 讀數(shù)時的視覺娛差；(3丿儀彖匂身的諼差。開始階段電流變化不朗 顯，謀差可能較大。七注意事項1、連線時注憲A、K、G, H問的對應(yīng)，避免混接或短路。2、對微色流放大器丸進行預(yù)熱，淮.接通加熱爐電源。