《弗兰克—赫兹实验》由会员分享，可在线阅读，更多相关《弗兰克—赫兹实验（12页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、弗兰克 赫兹实验信息安全 07 级 姓名:马文博 学号:PB07210411实验名称：弗兰克赫兹实验实验目的：利用电子碰撞原子的方法，观察并测量汞的激发电位和电离电位，从而证明原子能级的存在。实验原理：1、电子与气态 Hg 原子的碰撞为了实现原子从低能级到高能级的跃迁,可以使具有一定能量的电子和原子发生碰撞.这是最容易实现 Franck-Hertz 实验的方法.若与之发生碰撞的电子是在电势 V 的加速下,速度从零增加到 v,则当电子的能量满足: 21mveVEEnm时,电子将全部的能量交换给原子.由于两个能级之间的能量差是有确定的值,对应的电压就有确定的大小,当原子吸收电子的能量从基态跃迁到第
2、一激发态时,相就的电压值称为原子的第一激发电位.实验中就是测量汞原子的第一电位差.2、Hg 原子能级下图是 Hg 的谱图.其中 61S0（0ev）为基态，6 3P1（4.9ev）为激发态，6 3P0（4.7ev） 、6 3P2（5.47ev）为亚稳态.3、实验装置 实验中用 F-H 管来测量汞原子的第一激发电位.原理图如下: F-H 管内充汞，灯丝加热 K 使其发射电子，G 1 控制通过 G1 的电子数目，G 2 加速电子，G 1、G 2 空间较大，提供足够的碰撞概率，A 接收电子，AG 2 加一扼止电压，使失去动能的电子不能到达，形成电流。实验曲线：4. 碰撞过程及能量交换此过程在 G1G2
3、 空间发生，在加速场的作用下，电子获得动能，与原子的弹性碰撞中，电子总能量损失较小，在不断的加速场作用下，电子的能量逐渐增大，就有可能与原子发生非弹性碰撞，使原子激发到高能态，电子失去相对应的能量，使其不能到达 A 从而不能形成电流。VGK2= 4.7V，使原子激发到 63P0，此态较稳定，不容易再产生跃迁，故不容易观察到这个吸收。VGK2= 4.9V，使原子激发到 63P1，引起共振吸收，电子速度几乎为零，电子不能到达 A，形成第一个峰。VGK2= 9.8V，电子与原子发生两次非弹性碰撞，在 G2 处失去动能，形成第二个峰。VGK2= 4.9nV，将形成第 n 个峰。实验内容：1、测量汞的第
4、一激发电位1）先将温度调到设定值， （T=157 ）打开温控电源，加温指示灯Con 亮（绿色） ，到设定温度 off 指示灯亮（红色） 。2） 将 Vf，V G1K，V G2P，V G2K的旋钮调到最小，到设定温度后，再打开两仪器电源，然后据炉上标签设定各电压值，这时可以调节的值，每次增加 0.5V，进而读出 的值（单位：10 -8A） 。2Gk pI2、 测量氩的第一激发电位1） 接通电源，开关调到自动，观察示波器上 的 曲线，rA2pGkIV调节相关实验参数，直到示波器上显示的曲线图接近完美。2） 将开关调到手动，保持已调好得参数不变，将 调到最小，2Gk使之从 0 开始变化，每次增加 0
5、.05（单位：10V） ，读 的值pI（单位：10nA） 。实验数据及数据处理：1.测量汞的第一激发点位Vf=2V VG1K=2.6V VG2p=0.5V T=154VG2k/V 0.5 1 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0Ip/1080 0 0 0 0 0 0 1.0 3.0 4.5VG2k 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5 8.0 8.5 9.0 9.5 10.0Ip 8.0 12.0 16.4 13.9 7.1 2.1 1.8 4.4 9.0 14.8VG2k 10.5 11.0 11.5 12.0 12.5 13.0 13.5 14.0 14.5 1
6、5.0Ip 22.0 28.0 30.0 23.2 7.1 3.0 6.0 12.2 27.2 34.8VG2k 15.5 16.0 16.5 17.0 17.5 18.0 18.5 19.0 19.5 20.0Ip 41.0 43.1 40.0 26.2 8.2 3.5 7.8 16.0 28.0 38.0VG2k 20.5 21.0 21.5 22.0 22.5 23.0 23.5 24.0 24.5 25.0Ip 49.9 50.0 47.0 27.5 12.0 8.2 16.2 31.1 43.5 52.0VG2k 25.5 26.0 26.5 27.0 27.5 28.0 28.5
7、29.0 29.5 30.0Ip 57.0 58.0 57.0 39.1 18.7 14.1 24.0 39.8 50.0 60.0VG2k 30.5 31.0 31.5 32.0 32.5 33.0 33.5 34.0 34.5 35.0Ip 62.0 63.0 57.0 44.1 26.0 17.0 22.2 37.6 50.0 61.0VG2k 35.5 36.0 36.5 37.0 37.5 38.0 38.5 39.0 39.5 40.0Ip 70.0 69.0 61.0 50.0 34.0 28.2 35.1 50.0 63.0 78.0VG2k 40.5 41.0 41.5 42
8、.0 42.5 43.0 43.5 44.0 44.5 45.0Ip 81.0 80.0 71.0 58.0 46.8 39.5 43.3 57.0 70.0 79.0VG2k 45.5 46.0 46.5 47.0 47.5 48.0 48.5 49.0 49.5 50.0Ip 87.0 85.0 80.0 69.0 53.0 50.0 51.0 59.0 71.0 82.00 10 20 30 40 5002040608010VG2K/VVG2K-IpIp/10-8A(6.5,16.4)(1.5,30)(16.0,43.1)(21,50)(26,58)(31,63)(35.,70)(40.
9、5,81)(45.,87)由以上 Ip -VG2K 曲线，得出峰值时的对应的 VG2K 分别为6.5V , 11.5V, 16.0V, 21.5V, 26V, 31V, 35.5V, 40.5V.利用逐差法计算 1=266.5=19.5() 2=3111.5=19.5() 3=35.516=19.5() 4=40.521.5=19()所以0= 1+ 2+ 3+ 444 =4.8438不确定度的分析:=144=1（ 40） 241 =0.0625故=0.03125V=4刻度 0.1V 计仪 未知 ,按最小故=仪C=0.13=0.33所以= 0.68=(tu)2+2 (1.200.03125)2+
10、0.332=0.33210.95=20.68=0.6642所以汞的第一激发电位为(4.8438 0.3321)V P=0.68(4.8438 0.6642)V P=0.952.测量氩的第一激发点位VG2/V Vf=2.46V VG1=1.68V VP=8.81V(VG2间隔 0.05V)0-0.45 0.69 0.69 0.69 0.69 0.69 0.69 0.69 0.69 0.69 0.690.5-0.95 0.69 0.69 0.69 0.69 0.69 0.69 0.69 0.71 0.80 0.921-1.45 1.16 1.36 1.59 1.81 2.06 2.23 2.48
11、2.66 2.79 2.991.5-1.95 3.20 3.35 3.49 3.60 3.69 3.73 3.72 3.67 3.56 3.432-2.45 3.24 3.01 2.76 2.56 2.51 2.56 2.78 3.06 3.49 3.912.5-2.95 4.31 4.73 5.10 5.47 5.68 5.86 5.92 5.86 5.67 5.423-3.45 4.98 4.55 4.00 3.53 2.98 2.59 2.20 2.04 2.17 2.583.5-3.95 3.20 3.83 4.61 5.41 6.02 6.64 7.08 7.44 7.58 7.56
12、4-4.45 7.35 6.93 6.46 5.79 4.89 4.15 3.41 2.68 2.07 1.664.5-4.95 1.51 1.79 2.39 3.20 4.22 4.99 6.06 7.03 7.46 8.245-5.45 8.70 8.97 9.00 8.82 8.43 7.73 7.07 6.03 5.12 4.105.5-5.95 3.19 2.41 1.79 1.47 1.63 2.10 3.05 3.84 4.94 6.056-6.45 6.93 7.86 8.74 9.45 9.86 10.16 10.20 10.03 9.59 9.026.5-6.95 8.21
13、 7.23 6.23 5.02 4.09 3.15 2.45 2.14 2.20 2.647-7.45 3.34 4.18 5.25 6.35 7.30 8.32 9.15 9.91 10.51 10.887.5-7.95 11.08 11.09 10.91 10.52 9.83 8.92 8.20 7.10 6.21 5.148-8.45 4.38 3.71 3.50 3.60 3.97 4.67 5.18 6.26 7.00 7.908.5-8.95 8.82 9.70 10.51 11.08 11.30 11.50 11.60 11.50 11.30 10.909-9.45 10.65
14、10.02 9.24 8.340 2 4 6 8 10024681012Ip=10-8AVG2k/10V(1.75,3.7)(2.8,5.92)(3.9,7.58)(5.1,9)(6.3,10.2)(7.5,1.09)(8.,1.6)由以上 Ip -VG2K 曲线，得出峰值时的对应的 VG2K 分别为:17.5V, 28V, 39V, 51V, 63V, 75.5V, 88V;=63-17.5=45.5V1=75.5-28=47.5V2=88-39=49V30=1+2+334 =11.833不确定度的分析：=144=1（ 40） 231 =0.439=3=0.253刻度 0.1V 计仪 未知
15、,按最小故=仪C=0.13=0.330.68=(tu)2+2= (1.320.253)2+0.332=0.46950.95=20.68=0.9390所以氩的第一激发电位为 (11.8330.4695) =0.68(11.8330.9390) =0.95误差分析：1. Vf，V G1K，V G2P的值在实验中不稳定，不断的在跳动，可能会对曲线的得出造成影响，因为不同参数对应的曲线并不一致。2.在读取 Hg 的示数时，采用的是指针型的电流表，操作人员在操作时，由于估读以及指针不稳定原因，易造成较大误差。3.由于 Ip 的值十分不稳定，会一直下降，所以读取的必须是瞬时值；然而由于操作人员的主观原因，难免读取会有些时间差，是读取的不是瞬时值，造成一定的误差。4.由于选取的点不够密集，绘制的图形的最高点的与实际的最高点存在一定的出入，会产生一定的误差。5.仪器本身难免存在仪器误差，会对实验造成一定的影响。思考题：问题：说明温度对充汞 F-H 管 Ip-VG2K影响的物理机制。答：实验中,控制管内的汞气压是实验成败的关键。温度较低时,汞的饱和气压很低，管中的汞原子的密度较小,经过加速的后的电子
