2022年原子定态能级的观测实验报告.doc

试验30 原子定态能级观察试验汇报
【背景资料】
1914 年, 夫兰克（ ）和赫兹（）用慢电子和稀薄气体原子碰撞方法, 成功地使原子从低能级激发到高能级; 经过测量电子和原子碰撞时传输能量值, 得出了原子发生跃变时吸收和发射能量是不连续, 而且是完全确定结论。从而玻尔量子能态假设, 被夫兰克和赫兹作出了最直接试验验证。
【试验目】
, 了解弗兰克和赫兹在研究原子内部能级问题时所采取基础试验方法。
。
【试验装备】
弗兰克-赫兹管 弗兰克-赫兹试验 WMZK型温度指示控制仪 Tektronix TDS3012B数字荧光示波器 Keithley 2700数据采集/程控开关/数字多用表
【试验原理】
原子从低能级向高能级跃迁, 能够经过含有一定能量电子与原子相碰撞进行能量交换来实现。设汞原子基态能量为E, 第一激发态能量为E’, 从基态跃迁到第一激发态所需能量就是E’－E。初速度为零电子在电位差为U加速电场作用下含有能量ｅU, 若ｅU小于E’－E, 则电子与汞原子只能发生弹性碰撞, 二者之间几乎没有能量转移。当电子能量ｅU≥E’－E时, 电子与汞原子就会发生非弹性碰撞, 汞原子将从电子能量中吸收相当于Ｅ’－Ｅ那一部份, 使自己从基态跃迁到第一激发态, 而多出部分仍留给电子。
原子定态能级观察试验原理如图1所表示, 电子由热阴极K发射, 阴极K和棚极G之间加速电压VGK使电子加速, 在阳极A与棚极G见加有反向拒斥电压VAG, 管内空间电位分布如图2所表示。
当电子经过KG空间进入GA空间时, 假如能量E≥eVAG, 就能冲过反向电场而抵达阳极A而形成阳极电流, 由微电流计检出。假如电子在KG空间与汞原子碰撞, 而使后者激发话, 则水银蒸汽发出一条明线光谱, 同时电子也有可 图1F-H试验原理图 能剩下能量与不足以克服反向电场而被折回到棚极, 这时经过微电流计电流将显著降低。图3所表示曲线就是测得电子在KG空间与汞原子进行能量传输情况。该曲线显著特征是: （1）随VGA增加, 板流IA显示出一系列极大值和极小值; （2）各极大值（或极小值）。
【【试验内容】
F--H外形图示与图5, 每个控制部件作用为: 前面板, 包含:
-电源开关接通时, 指示灯亮。
-手动调整加速电压, 采取多圈电位器, 幅度为0~90V以上。
-第二棚极与阳极之间电压, 调整幅度为0~15V。
-第一棚极与阴极之间电压, 幅度为0~5V。
-控制F-H管灯丝电压, 幅度为1~6V。
-用于连接统计仪X,Y输入端。
-微电流计各档电流指示。
-微电流计换档开关, 分四档, 10ˉ4~10ˉ7A。
-工作方法选择开关。
-电压指示换挡开关, 可分别指示加在F-H管上四个电压。
-用于电压指示。
后面板, 包含:
-接示波器Y输入。
-接示波器X输入。

-用于调整计算机F-H管电流信号幅度大小。
~15V-调整输入到示波器X轴电压幅度。
-H管-用于连接外部F-H管。
【试验步骤】
使用方法
接上WMZK温度指示控制仪电源, 打开开关。调整温度控制开关, 定好目标温度, 加热约半小时, 控制仪红灯亮, 表示加热完成。
F-H试验仪开机前将微电流计置于10ˉ7A档, 各档电压分别旋到最小值。
接通电源, 根据F-H管所提供各级电压参数设置电压。先将电压选择开关置于VF, 调整V
F、 VG1K、 VG2P旋钮, 观察指示电压到参考电压数值; 然后将选择开关置于VG1K位置; 调整VG1K旋钮; 再将电压开关置于VG2P位置, 调整VG2P旋钮。
试验仪提供了四种工作方法:
手动工作方法:
先把选择开关达成“统计仪”位置, 由试验仪进行自动扫描, 从电流表上观察指针偏转情况, 合适调整VF、 VG1K、 VG2P旋钮, 观察各旋钮对指针偏转影响, 尽可能使指针偏转最大, 找出试验最好工作点。将选择开关拨到“手动”位置, 电压开关调到“加速”位置, 缓慢调整“加速”多圈电位器, 从电流表上可观察到峰信号, 用面板读出峰信号所对应电压值, 并逐点统计数据, 在坐标纸上绘出谱峰IA-VGK曲线。
示波器工作方法:(参考试验室提供使用