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弗兰克-赫兹实验
第90组姓名:龚俊辉学号:PB05013225
实验目的:
用电子碰撞原子的方法观察和测量汞的激发电位和电离电位.
实验器材:
F-H管, 加热炉,加热灯丝,灵敏检流计,可调电源等.
实验原理:
实现原子从低能级到高能级的跃迁,,速度从零增加到,则当电子的能量满足:
时,,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一激发态时,.
实验中用F-
如下:
F-H管内先注入少量汞,再抽成真空,在一定温度下,得到合适压强的汞蒸气。电子由阴极K出发,受第二栅极G2正电压作用加速,在管中与汞原子碰撞。逐渐增加KG2电压,观察屏极电流。发现电流逐渐增加,,都出现一次电流陡降。,是由于仪器的接触电势所致。,将全部能量传递给汞原子,。再增大电压,电子在F-H管中发生第二次、第三次…碰撞,屏极电流都会陡降。G1的作用: 控制电子束电流并消除阴极附近电子聚集。屏极A与G2间有负电压,使得与汞原子发生非弹性碰撞二损失了能量的电子不能到达A极。而G1与G2间距较大,使电子与气体有较大的碰撞区域。
F-H管内充汞,灯丝加热K使其发射电子,G1控制通过
G1的电子数目,G2加速电子,G1、G2空间较大,提供足够
的碰撞概率,A接收电子,AG2加一扼止电压,使失去动能
的电子不能到达,形成电流。
此过程在G1G2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。当时,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。当时,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. 当时,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。同样, 当时将形成第n个峰。图形为:
实验内容:
打开加热炉的电源,把温度调节拔到157度,对F-H管进行加热,待加热炉的指示灯由绿变红时,开始做实验,打开,等的开关,并调节其值为: , ,.调节大小, 先用“快扫”观察现象,后用“手动”档,记录相应的电流、,记录下电流和电压值,再把电压从大到小调节,:
(1)电压从小到大调节时的数据为:
P(最大值)
V(最小值)
一组






9
6
2
1
9
10
二组






11
6
3
1
5
8
三组






14
9
6
2
7
11
四级






16
10
5
3
7
12
五组






19
13
8
4
9
13
六组






20
16
11
5
12
17
七组






20
15
9
7
12
19
最后还有一个数据是第七组最后对应的峰值,.
将以上的数据做成图形如图:
对应的峰值为:
1
2
3
4
5
6
7
8








峰值差为:







所以第一激发电位的平均值为:
由公式,和
可算得测量列的不确定度,
所以这组数据测量得到的汞的第一激发电位为
(2)电压从大到小调节时的数据为:
P(最大值)
V(最小值)
七组






23
15
10
6
10
14
六组





37.