汞原子少所以碰撞几率随着加速电压的变大.PPTVIP

测量的两个电路图 以下是八个峰对应的加速电压以及峰峰值观察：峰峰值有什么变化趋势？ 谢谢~ QA time 弗兰克-赫兹实验 实验者 李永林 08300720394 组号：A6 A，若无汞蒸气，情况怎样？ 用图1的电路图，在没有汞蒸气的情况下测量电流与加速电压的关系图，如下：理论上：加速电压越大，电流应该越大。 有可能不是线性，但不可能加速电压变大，电流却变小。 但实验结果却如此： 下降趋势是参数的问题吗？ 改变各参数以后，即如上图中的各条曲线，当加速电压达到一定大小时，电流变小的趋势毫无改变。 那么下降的原因是？ 可能是里面真空不净，有残余气体。当电子能量达到某值时，与里面的气体发生非弹性碰撞，比如使气体分子电离等等……从而使电子能量降低，有点类似于弗兰克-赫兹图像的第一个峰谷…… 问：这会对后继实验产生不良影响么？ ——不会 从图上可以大致看出：波形下降，即电子能量开始损失时的阀值能量是很高的，至少比汞蒸气高一个数量级以上。 测量的数据显示，大概是70伏左右下降，而汞蒸气的第一激发能大概对应5V的加速电压，两者15倍的关系…… 在后继实验中，特别是测量第一激发态的实验，电子能量不会这么高，所以，影响可以忽略。 ? B，测量加速电压与电流的关系图 峰—峰之间的值是逐渐变大的？ 由于汞蒸气的第一激发能为4.9eV即加速电压每增加4.9V，峰就减小一次，可见数据较好但稍微偏大，还算合理。 但是，可明显看出峰—峰之间的值是逐渐变大的。 一开始认为是数据的误差问题，但观察其它数据，这似乎是个普遍情况。 —求解释？ 汞原子最外层有2个电子，基态为6s6s1 S0，第一组激发态的能级为6s6p3P0态(以下简称63p0态)、6s6p3P1 态(以下简称63p1 态)、6s6p3P2态(以下简称63p2态)，共三个态。 电子与汞原子碰撞，汞原子可能从基态跃迁到 63p0，63p1 ，63p2 这三态，而据文献：这三态的激发能分别为4.67 eV，4.89 eV 及5.46 eV。 汞原子跃迁示意图 思考： 为什么书上只说了4.89V？ 实际上，从这三个激发态跃迁回基态时，由于： 受选择定则的限制，△J=2和△J=0是不能跃迁的，仅仅有△J=1的63p1是可以跃迁回基态的！ 这就是为什么实验测量汞原子的能谱时只能看到4.89 eV的谱线。 但是，从基态激发时可不会受限制。 峰—峰值随加速电压变大而变大的原因 最开始，当加速电压较小时，电子能量较低，达到4.67 eV 时就会往而 63p0 态跃迁，因此实验中测出的前几个峰间距会比理论上汞的第一激发电位4.89 eV稍低。（当然，我的数据从较大的加速电压11.5V开始的，没有体现出小于4.89eV的，实际上，这个实验装置很难看到小于4.9eV的。） 当加速电压增大时，电子获得的能量足够大，使能量达到或超过4．89 eV，多数电子就会使汞原子从基态激发到63p1 态。 随着加速电压的增大，往 63p2 态跃迁的比例会增大，总体看来，测得的第一激发能随加速电压的变大逐渐变大了…… C, 测汞蒸气温度与F—H图的关系 疑问1：为什么弗兰克-赫兹曲线都是中间大，两边小？ 一方面，如果非弹性碰撞几率不变的话，峰谷差值应该与电流大小成正比，也就相当于与加速电压成正比或正相关，即导致峰谷差值随加速电压变大而变大。另一方面，加速电压变大时，每次的碰撞几率要变小，导致峰谷值变小。这两种作用的互相博弈导致了弗兰克赫兹曲线中间大两边小的形状。 加速电压较低，但足以使电子能量达到使汞原子跃迁的情况下，由于加速电压低，能到达收集电极的电子本来就少。每一次加速后电子能量被吸收的的几率变化不大，所以电流越大，每一次以一定几率被汞原子非弹性碰撞损失能量的电子就多。同时，加速电压越大，电子达到一定能量所需要的加速路程也就短，与汞原子发生碰撞损失能量的概率也就低。所以，图像的前半段，加速电压逐渐增大，峰谷值的差逐渐变大，但变大的趋势在逐渐减小。 到了后半段，由于加速电压很大，电子达到一定能量所需要的加速的时间很短，碰撞损失能量的几率就会变小，导致峰谷差值变小。当然可能还有另外的原因：有没有可能加速电压很大时，汞原子被激发了但还没有跃迁回基态的比例增加，也导致电子达到足够能量后发生非弹性碰撞的几率减小？ 疑问2：为什么温度越高，波形结束得越晚？ 对比130°和190°，非常明显。 原因是前面已经提到过的，温度低，汞原 子少，所以碰撞几率随着加速电压的变大，衰减得快，导致很快波形就消失。汞原子浓度大的，随着加速电压的变大，碰撞几率衰减慢，波形结束晚。