弗兰克赫兹试验必做部分.pptVIP

弗兰克赫兹实验（必做部分） 实验者：孙进杰 合作者：潘鸿盛 指导教师：杨新菊 实验日期：2011/4/27 一.实验背景 弗兰克James Franck，1882—1964 G.赫兹 Gustav Hertz， 1887—1975 1914 年德国科学家弗兰克和赫兹在研究气体放电中低能电子与原子相互作用时发现，透过汞蒸汽的电子流随电子的能量呈现有规律的周期性变化。该实验证实了原子内部的能量是量子化的。为此1925年弗兰克和赫兹共同获得诺贝尔物理学奖。 二.实验原理 玻尔原子结构理论 电子与汞原子的相互作用 三.实验目的 通过测量氩原子的第一激发电位,证明原子能级的存在,加深对原子结构的了解； 了解弗兰克-赫兹实验的设计思想和基本实验方法； 掌握测量氩原子第一激发电位的方法 四.实验内容 测量汞原子的第一激发能 测量汞的高能级激发能 测量汞的电离电位 五.实验数据 T=160°C，VF=2.2V，VG1K=1.6V，VG2K=1.5V。汞的第一激发能级为5.04eV，而理论值为4.89eV，误差为3%。 汞的第一激发能到高级激发能 汞的高能级激发能 可以读出其中较明显的几个峰为5.7，11.0，12.7，17.7，19.6，24.7，26.6。 理论上，63P1,63P2,61P1到61S0跃迁应该有以下组合。（a=4.89，b=5.46，c=6.70）。 找到第一个峰值5.7，与理论值4.89进行比较，差值为0.8，进而修正其他数值，得到理论的峰值（红色部分）。 汞的电离电位 T=80°C，VF=2.0V， VG2K=3V。VAi并不是电离电位，应该扣除一个起始电位VA0，origin直线拟合得到，VE=6.97V，VAi=12.96V，因此Ei=e（VAi- VE+4.89）=10.88eV。理论值为10.36eV，偏差为4% 汞的电离电位偏差产生的原因 微电流计流程较小，线性部分采集到得数据不够，使得误差变大。 在I-V曲线的常数部分不为零，且有一定程度的波动。 实验测得的汞的第一激发能为5.04eV，而不是理论值4.89eV，造成误差。 汞蒸气的温度对Ip-VG2K曲线的影响 汞蒸气温度T增大，汞蒸气气压增大，密度变大，电子与汞蒸气原子的碰撞几率增大，曲线幅度变小。 灯丝电压对Ip-VG2K曲线的影响 灯丝电压增大，单位时间内的热电子数目增多，极板电流增大，曲线幅度增大。 控制栅电压对Ip-VG2K曲线的影响 热阴极发射的电子不可避免的在阴极上产生堆积的电荷，形成势垒阻碍电子的发射。控制栅电压可以消除这些堆积电荷的影响，从而收集到更多的电子，使曲线幅度增减。 减速电压对Ip-VG2K曲线的影响 减速电压增大，幅度减小。因为，随着减速电压的增大，接近G2极板的反向力越大，因此达到极板的电流就会减小。 五.实验结论 本实验使用双栅柱面型四极式弗兰克赫兹管来研究汞原子的第一激发能为5.04eV，更高能级的激发能为10.88eV。同时又定性的研究了汞蒸气的温度、灯丝电压、控制栅电压、减速电压对于Ip-VG2K曲线的影响。 Thank you 孙进杰 08300190051