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1、大学物理实验报告-弗兰克赫兹实验实验题目:弗兰克赫兹实验实验器材:FH 实验管、恒温加热电炉、FH 实验装置、示波器。实验内容:1熟悉实验装置,掌握实验条件。该实验装置由 FH 管、恒温加热电炉及 FH 实验装置构成,其装置结构如下图所示:F-V管中有足够的液态汞,保证在使用温度范围内管内汞蒸气总处于饱和状态。一般温度在 100 C至 250 C。并且由于 Hg对温度的灵敏度高,所以温度要调好,不能让它变化太大。灯丝电压控制着阴极 K发射电子的密度和能量分布,其变化直接影响曲线的形状和每个峰的位置,是一个关键的条件。2测量 Hg的第一激发电位。1)起动恒温控制器,加热地 F-H管,使炉温稳定在
2、 157 C,并选择合适的灯丝电压,VG1K=2.5V,V G2p=1.5V,V f=1.3V。2)改变 VG2k的值,并记录下对应的 Ip值上(每隔 0.2V记录一个数据)。3)作数据处理,作出对应的 Ip-VG2k图,并求出 Hg的第一激发电位(用逐差法)。3测 Ar原子的第一激发电位。1)调节好相关的数据:V p=8.36V,V G1=1.62V,V G2k=0100V,V f=2.64V;2)将相关档位调到自由档位,在示波器上观看得到的 Ip-VG2k图,是否符合实验要求(有六个以上的波峰)。再将相关档位调到手动档位。3)手动改变 VG2k的值,并记录下对应的 Ip值上(每隔 0.05
3、V记录一个数据)。4)作数据处理,作出对应的 Ip-VG2k图,并求出 Hg的第一激发电位(用逐差法)。4得出结论。原始数据:1. Vf=1.3V VG1K=2.5V VG2p=1.5V T=157C求汞原子的第一激发电位的数据表2. Vp=8.36V VG1=1.62V VG2k=0100V Vf=2.64V求 Ar原子的第一激发电位的数据表 数据处理:1 求 Hg原子的第一激发电位。将在实验中记录下的数据,以点的形式描在 x-y坐标上,并用平滑曲线连接后得到的图形为:得到的七个峰值(Ip),对应的 UG2K依次为:U 1=7.0V , U2=11.6V , U3=16.0V , U4=21
4、.0V , U5=25.8 V, U6=30.6V , U7=35.6V .设 Ux为 Hg的第一激发电位,则有下列式子(逐差法):4*Ux1=U5-U1=25.8V-7.0V=18.8V, Ux1=4.7V;4*Ux2=U6-U2=30.6V-11.6V=19.0V, Ux2=4.8V;4*Ux3=U7-U3=35.6V-16.0V=19.6V, Ux3=4.9V则 = =4.8V.不确定度分析:uA=u0.68=1.32*uA=1.32*0.06V=0.08V.则 Ux= u0.68=4.8 0.08V.2. 求 Ar原子的第一激发电位。将在实验中记录下的数据,以点的形式描在 x-y坐标上
5、,并用平滑曲线连接后得到的图形为:得到的六个峰值(Ip),对应的 UG2K依次为:U 1=3.00V , U2=4.15V , U3=5.35V , U4=6.60V , U5=7.90V, U6=9.20V .设 Ux为 Hg的第一激发电位,则有下列式子(逐差法):3*Ux1=U4-U1=6.60V-3.00V=3.60V, Ux1=1.20V;3*Ux2=U5-U2=7.90V-4.15V=3.75V, Ux2=1.25V;3*Ux3=U6-U3=9.20V-5.35V=3.85V, Ux3=1.28V 则= =1.24V.不确定度分析:uA=u0.68=1.32*uA=1.32*0.02
6、3V=0.030V.则 Ux= u0.68=1.24 0.030V.结论:由此可得,Hg 的第一激发电位 UxHg=4.8 0.08V,而 Ar原子的第一激发电位为UxAr=1.24 0.030V。思考题:说明温度对充汞 F-H管 Ip-VG2k曲线影响的物理机制。答:,在一定温度下(一般在发 100 C至 250 C),才可得到合适压强的汞蒸气,这时汞原子的密度也是合适的。汞蒸气对温度非常敏感,如果温度不在合适范围之内,会影响到汞原子在 F-H管内的密度。如果温度较低,会导致 F-H管中汞原子的密度较小,就进一步为汞原子专门提供与电子碰撞,这就使得电子的平均自由程变大,电子有机会使积蓄的能量
7、超过 4.9V,从而使高激发态的激发概率迅速增加,会 Ip有了对应的峰,并在 Ip-VG2kr曲线上有对应的峰,出现高激发态时的电位,这就会影响到实验的结果。如果温度较高,汞管内的密度较大,使电子每次能量到达 4.9eV时,有足够大的概率与汞原子发生能量交换,使得电子的速度重新回到零,并需要重新加速,直到再次到达 4.9eV,又与汞原子发生能量交换.始终都在在基态和第一激发态之间,并且在 Ip-VG2K曲线中会表现出有多个峰值,并且都是处在第一激发态上。则会使所以说,在实验中对汞的温度也有一定的讲究:过高时,则在 Ip-VG2k曲线上会出现多个峰;过低则会使得出现高激发态上的峰值,在图中表现为,两个峰值的距离会加大。实验心得: 1. 实验过程中,开始时使用的仪器,在调好了相关数据后,进行读数时,发现数据变化很小、,这就增大了读取数据的误差。后来换了一台仪器,读取时,电流随电压的改变而改变的幅度变大,这就大大减小了读取数据的误差,也使得实验中测量 Hg的第一激发电位较为准确。所以我觉得在实验开始时调整好实验仪器,也是一件非常重要的事。2. 在实验过程中,一定要定下心来。实验中读取数据有的时候是一件很枯燥单调的事,当需要读取的数据很多时,容易变得浮躁,使得会出现读取错误的情况。这就需要我们能够冷静自我,一心一意地去做自己要做的事,把需要实验的步骤做好。这很重要。