弗兰赫兹实验报告

广东第二师范学院学生实验报告

院（系）名称 物理系 姓名 班别 11物理本四B 专业名称 物理教育 学号 实验课程名称 近代物理实验 实验项目名称 弗兰——赫兹实验 实验时间 2014年 4 月 1日 实验地点 物理楼六楼 实验成绩 指导老师签名 果与分析、实验心得 游富 115506020 内容包含：实验目的、实验使用仪器与材料、实验步骤、实验数据整理与归纳（数据、图表、计算等）、实验结一.实验目的 1、了解弗兰克--赫兹实验的原理和方法； 2、学习测定氩原子的第一激发电位的方法； 3、证明原子能级的存在，加强对能级概念的理解。 二、实验使用仪器与材料 F-H管、加热炉、温控装置、F-H管电源组、扫描电源和微电流放大器、温度计 三、实验步骤 1． 正确连接电路； 2． 启动预热与控温： 使加热炉温度稳定在适当值（此值可由实验室给出），以保证在此温度下有利于电子激发汞原子到3P1态，并将激发到高能态和电离的概率限制到最小（在炉温达到设定值以前，先不要通电测量）。 3． 手动测量； 4. 调节电压，记录数据； 5. 绘制曲线 ； 四、实验数据整理与归纳（数据、图表、计算等） U(V) 0 1 1.1 1.4 1.5 1.7 1.8 1.85 1.9 2.15 2.1 2.15 2.2 2.3 2.5

I(μA) 0 0.13 0.34 0.89 1.04 1.18 1.23 1.19 1.13 0.95 0.93 0.88 0.93 1.06 1.48 3.6 3.7 3.8 3.9 4 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 4.8 4.9 5 5.1 1

1.83 2.15 2.32 2.3 2.07 1.71 1.25 0.81 0.61 0.88 1.47 2.11 2.62 2.86 2.87 2.65 2.6 2.7 2.8 2.85 2.9 3 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 1.67 1.79 1.8 1.75 1.67 1.43 1.13 0.84 0.75 0.99 1.37 5.2 5.3 5.5 5.56 5.6 5.7 5.8 5.9 6 6.1 6.2 2.22 1.69 0.72 0.67 0.78 1.32 2.11 2.77 3.27 3.4 3.31 2、处理实验数据得到U-I图 五、实验结果与分析 证实了原子内部能量是量子化的，从而确证了原子能级的存在。 六、实验心得 了解了弗兰克--赫兹实验的原理和方法，学习测定氩原子的第一激发电位的方法，证明原子能级的存在，加强对能级概念的理解。 七．思考题 1.能否用氢气代替氩气，为什么？ 答：不能；氢气是双原子分子，激发的能级是分子能级而非原子能级。

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2.为什么I-U曲线不会从原点开始？ 答：电子由热阴极发出，刚开始加速电压主要用于消除阴极电子的散射的影响，后来电子加速，使其具有了较大的能量冲过反向拒斥电场而到达板极形成板流，并为微电流计所检验出来，故曲线不是从原点开始的。 3.为什么T不会降到零？ 答：随着第二栅极电压的不断增加，电子的能量也随之增加，在与氩原子相碰撞后还留下足够的能量，可以克服反向拒斥电场到达板极，这时电流又开始上升，不致下降到零。 4.为什么I的下降不是陡然的？ 答：因为K极发出的热电子能量时服从麦克斯韦统计分布规律，因此极电流下降不是陡然的。 5.在F-H实验中，得到的I-U曲线为什么呈周期性变化？ 答：当G2k间的电压达到氩原子的第一激发电位U0时电子在第二栅极附近与氩原子相碰撞，将自己从加速电场中获得的全部能量给了氩原子，即使穿过了第二栅极也不能克服反向拒斥电场而被驳回第二栅极，所以，板极电流讲显著减小。随着第二栅极电压的不断增加，电子的能量也随之增加，在与氩原子想碰撞后还留下足够的能量，可以克服反向拒斥电场而达到板极A，这时电流又开始上升，直到G2K间的电压是二倍的第一激发电位时，电子在UG2k间又会因第二次碰撞而失去能量，因而又会造成第二次板极电流的下降，同理，凡UG2k之间电压满足：UG2k=nU0(n=1,2,3...)时，板极电流IA都会相应下跌，形成规则起伏变化的I-U曲线。 6.在F-H管的I-U曲线上的第一个峰的时候，是否对应于氩原子的第一激发电位？ 答：不是，实际的F-H管的阴极和栅极往往是不同的金属材料制成的，因此会产生接触电位差。而进入加速区的电子已经具有一定的能量，使真正加到电子上的加速电压不等于UG2k。这将影响到F-H实验曲线第一个峰的位置，是它左移或右移。 3

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