原子定态能级的观测实验报告.doc

_原子定态能级的观测实验报告实验30 原子定态能级的观测实验报告
【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的方法,成功地使原子从低能级激发到高能级;通过测量电子和原子碰撞时传递的能量值,得出了原子发生跃变时吸收和发射的能量是不连续的,而且是完全确定的结论。从而玻尔的量子能态的假设,被夫兰克和赫兹作出了最直接的实验验证。
【实验目的】
,了解弗兰克和赫兹在研究原子内部能级问题时所采用的基本实验方法。
。
【实验装备】
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
【实验原理】
原子从低能级向高能级跃迁,可以通过具有一定能量的电子与原子相碰撞进行能量交换来实现。设汞原子的基态能量为E,第一激发态的能量为E’,从基态跃迁到第一激发态所需的能量就是E’-E。初速度为零的电子在电位差为U的加速电场作用下具有能量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。当电子的能量eU≥E’-E时,电子与汞原子就会发生非弹性碰撞,汞原子将从电子的能量中吸收相当于E’-E的那一部份,使自己从基态跃迁到第一激发态,而多余的部分仍留给电子。
原子定态能级的观测实验的原理如图1所示,电子由热阴极K发射,阴极K和棚极G之间的加速电压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所示。
当电子通过KG空间进入GA空间时,如果能量E≥eVAG,就能冲过反向电场而到达阳极A而形成阳极电流,由微电流计检出。如果电子在KG空间与汞原子碰撞,而使后者激发的话,则水银蒸汽发出一条明线光谱,同时电子也有可图1F-H实验原理图能剩余能量与不足以克服反向电场而被折回到棚极,这时通过微电流计的电流将显著减少。图3所示的曲线就是测得的电子在KG空间与汞原子进行能量传递的情况。该曲线的明显特征是:(1)随VGA的增加,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)。
【【实验内容】
F--H外形图示与图5,每个控制部件的作用为:前面板,包括:
-电源开关接通时,指示灯亮。
-手动调节加速电压,采用多圈电位器,幅度为0~90V以上。
-第二棚极与阳极之间的电压,调节幅度为0~15V。
-第一棚极与阴极之间的电压,幅度为0~5V。
-控制F-H管的灯丝电压,幅度为1~6V。
-用于连接记录仪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。
-工作方式选择开关。
-电压指示换挡开关,可分别指示加在F-H管上的四个电压。
-用于电压指示。
后面板,包括:
-接示波器Y输入。
-接示波器X输入。

-用于调节计算机的F-H管电流信号幅度大小。
~15V-调节输入到示波器X轴的电压幅度。
-H管-用于连接外部的F-H管。
【实验步骤】
使用方法
接上WMZK温度指示控制仪电源,打开开关。调节温度控制开关,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,按照F-H管所提供的各级电压参数设置电压。先将电压选择开关置于VF,调节VF、VG1K、VG2P旋钮,观察指示的电压到参考电压的数值;然后将选择开关置于VG1K位置;调节VG1K旋钮;再将电压开关置于VG2P位置,调节VG2P旋钮。
试验仪提供了四种工作方式:
手动工作方式:
先把选择开关达到“记录仪”位置,由试验仪进行自动扫描,从电流表上观察指针的偏转情况,适当调节VF、VG1K、VG2P旋钮,观察各旋钮对指针偏转的影响,尽量使指针偏转最大,找出实验的最佳工作点。将选择开关拨到“手动”位置,电压开关调到“加速”位置,缓慢调节“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的电压值,并逐点记录数据,在坐标纸上绘出谱峰IA-VGK曲线。
示波器工作方式:(参考实验室提供的使用资料)
计算机工作方式:(参考实验室提供的使用资料)
2. 注意事项
(1) 实验仪前面板的记录仪 X 输入负端(黑色接线柱)不能与记录仪 Y 输入负端(黑色接线柱)连接,