北京大学物理实验报告：弗兰克-赫兹实验(docx版)

弗兰克赫兹实验报告
弗兰克赫兹实验是一种经典的物理实验，它是由两位德国物理学家W.弗兰克和G.赫兹于1914年在法兰克福完成的。

这个
实验的目的是研究电子在电场作用下的运动规律。

实验中采用了一种新的手段：使用气态物质来产生电子，并通过测量电子在不同电场下的运动来研究电子的行为。

该实验成果对诸如量子力学、半导体物理学、化学等诸多领域的研究都产生过巨大影响。

以下是弗兰克赫兹实验报告可能涉及的相关参考内容：
1.实验方法：本实验采用的是“反射式”弗兰克赫兹实验方案，
主要分为放电管、电压源及测量电压和电流的仪器三个部分。

在实验中，需要将实验装置进行严密的真空封装，加入惰性气体（如氦气）建立电离气体环境。

将电压源加入制定的高压电位后，可以测得不同电压下的电子运动情况。

2. 实验过程：进行实验时首先确定好实验室的大气压强，确定好电极间距的大小，在高压下开启电流后，观察到了荧光现象并调整电压直到产生雾化现象，并测量电离电流的大小。

接下来可以进行电子的轨迹测量，观察到精确的弗兰克赫兹曲线。

最后，分析实验得出的结果，作出实验结论。

3. 实验结果：实验结果表明电子偏离板极路程和电场强度E
存在非线性关系，存在一个最小电压Umin使得电子穿过势垒，这一现象被称为电离现象。

实验还表明电子穿过势垒之后会发生多次碰撞，导致电子的动能逐渐被耗散，最终消失于气体中。

4. 实验结论：弗兰克赫兹实验表明了电子在电场中的运动特性，揭示了电离现象的本质，为量子力学的发展提供了基础。

这个实验成果也直接引导了新型电子器件的设计以及半导体物理学和化学的研究，具有非常重要的意义。

一、实验概述弗兰克-赫兹实验是由德国物理学家W.弗兰克和G.赫兹于1914年进行的。

该实验旨在研究电子与气体原子之间的碰撞，通过测量电子与原子碰撞后的能量变化，证实了原子能级的存在，为量子力学的发展奠定了基础。

二、实验原理根据量子理论，原子只能处在一系列不连续的能量状态，称为定态。

相应的定态能量称为能级。

原子的能量要发生变化，必须在两个定态之间以跃迁的方式进行。

当基态原子与带一定能量的电子发生碰撞时，可以使原子从基态跃迁到高能态。

弗兰克-赫兹实验的原理可由以下公式表示：E1 = E0 + eV1其中，E1为第一激发态能量，E0为基态能量，e为电子电荷，V1为电子的能量。

三、实验方法1. 实验装置：实验采用了一个真空管，其中充满了低压气体（如氩气或汞气）。

管中设有阴极、栅极和阳极，通过调节电压使电子在电场作用下加速，并与气体原子发生碰撞。

2. 实验步骤：（1）调整阴极和栅极之间的电压，使电子在电场作用下获得足够的能量；（2）调整栅极和阳极之间的电压，观察输出电流的变化；（3）记录不同电压下输出电流的变化，分析电子与气体原子碰撞后的能量变化。

四、实验结果与分析1. 实验结果表明，当电子能量达到一定值时，输出电流出现明显的峰值。

这表明，电子与气体原子发生了有效的碰撞，使原子从基态跃迁到第一激发态。

2. 通过对实验数据的分析，我们可以得到氩原子和汞原子的第一激发电位。

实验结果显示，氩原子的第一激发电位约为4.9V，汞原子的第一激发电位约为13.6V。

3. 实验结果与波尔理论预测的能级结构相吻合，进一步证实了原子能级的存在。

五、结论1. 弗兰克-赫兹实验证实了原子能级的存在，为量子力学的发展奠定了基础。

2. 实验结果与波尔理论预测的能级结构相吻合，进一步证实了量子理论在原子物理领域的正确性。

3. 弗兰克-赫兹实验对于理解原子结构、电子与原子相互作用以及量子力学的发展具有重要的意义。

4. 该实验方法为后续的原子物理和量子力学实验提供了借鉴和参考。

一、实验背景弗兰克-赫兹实验是由德国物理学家W.弗兰克和G.赫兹于1914年进行的，该实验旨在研究电子在电场作用下的运动规律，并证明原子能级的存在。

实验通过测量电子与原子碰撞时的能量交换，揭示了原子内部结构的量子化特性。

二、实验目的1. 测量氩原子的第一激发电势，证明原子能级的存在；2. 加深对量子化概念的认识；3. 学习电子与原子碰撞微观过程与宏观物理量相结合的实验设计方法。

三、实验原理1. 原子能级理论：根据玻尔理论，原子只能长时间地处于一些稳定的状态，称为定态。

原子在这些状态时，不发射或吸收能量；各定态有一定的能量，其数值是彼此分隔的。

原子的能量只能从一个定态跃迁到另一个定态。

2. 电子与原子碰撞：当电子在电场作用下加速时，会获得动能。

当具有一定能量的电子与原子碰撞时，会发生能量交换。

若电子传递给原子的能量恰好等于原子从一个定态跃迁到另一个定态所需的能量，则原子会被激发。

3. 激发电势：原子从一个定态跃迁到另一个定态所需的能量称为激发电势。

在本实验中，测量氩原子的第一激发电势，即从基态跃迁到第一激发态所需的能量。

四、实验装置1. 夫兰克-赫兹管：由阴极、阳极、栅极和充有氩气的真空管组成。

阴极发射电子，阳极接收电子，栅极控制电子流。

2. 加速电压：通过调节加速电压，使电子在电场作用下获得不同动能。

3. 电流计：测量电子流过夫兰克-赫兹管时的电流。

4. 数据采集系统：用于记录电流与加速电压的关系。

五、实验步骤1. 将夫兰克-赫兹管接入实验电路，调整加速电压，使电子获得不同动能。

2. 测量电子流过夫兰克-赫兹管时的电流，记录数据。

3. 改变加速电压，重复步骤2，得到一系列电流与加速电压的关系曲线。

4. 分析数据，确定氩原子的第一激发电势。

六、实验结果与分析1. 实验结果显示，电流与加速电压的关系曲线呈阶梯状。

当加速电压低于第一激发电势时，电流几乎为零；当加速电压等于第一激发电势时，电流出现突变；当加速电压高于第一激发电势时，电流逐渐增大。

弗兰克赫兹实验一．实验目的1．了解夫兰克-赫兹实验的原理和方法，测定汞的第一激发电位，验证原子能级的存在； 2．练习使用微机控制的实验数据采集处理系统。

二．实验原理根据玻尔的原子模型理论，原子是由原子核和以核为中心沿各种不同轨道运动的一些电子构成的。

对于不同的原子，这些轨道上的电子数分布各不相同。

一定轨道上的电子具有一定的能量，能量最低的状态称为基态，能量较高的状态称为激发态，能量最低的激发态称第一激发态。

当同一原子的电子从低能量的轨道跃迁到较高能量的轨道时，原子就处于受激状态。

但是原子所处的能量状态并不是任意的，而是受到玻尔理论的两个基本假设的制约：(1) 定态假设。

原子只能处在一些稳定状态中，其中每一状态具有一定的能量值),3,2,1( =i E i ，这些能量值是彼此分立、不连续的，称为能级。

(2) 频率定则。

当原子从一个稳定状态过渡到另一个稳定状态时，即从一个能级跃迁到另一个能级，就发射或吸收的一定频率的电磁辐射，电磁辐射的频率ν由下式决定hE E nm-=ν (1) 式中，h 为普朗克常数，1986年推荐值为s J 10)0000040.06260755.6(34⋅⨯±=-h 。

原子状态的改变通常在两种情况下发生，一是当原子本身吸收或放出电磁辐射时，二是当原子与其他粒子发生碰撞而交换能量时。

本实验就是利用具有一定能量的电子与汞或汞原子相碰撞而发生能量交换来实现原子状态的改变。

由玻尔理论可知，处于基态的原子发生状态改变时，其所需的能量不能小于该原子从基态跃迁到第一激发态时所需的能量，这一能量称为临界能量。

当电子与原子碰撞时，如果电子能量小于临界能量，则发生弹性碰撞；若电子能量大于临界能量，则发生非弹性碰撞。

这时，电子给予原子以跃迁到第一激发态时所需要的能量，其余的能量仍由电子保留。

一般情况下原子在激发态所处的时间不会太长，短时间后会回到基态，并以电磁辐射的形式释放出所获得的能量。

弗兰克赫兹实验报告弗兰克赫兹实验报告PB07005036殷其放实验原理1、电⼦和⽓态汞原⼦碰撞利⽤电⼦和⽓态汞原⼦的碰撞最容易实现弗兰克赫兹实验。

原⼦从低能级E n 向⾼能级E m 跃迁可以通过具有⼀定能量的电⼦和原⼦碰撞来实现。

若与原⼦碰撞的电⼦是在电势差V 的加速下，速度由0到v ，则221mv eV E E E n m ==-=? 当原⼦吸收电⼦能量从基态跃迁到第⼀激发态时，相应的V 称为第⼀激发电位，如果电⼦的能量达到原⼦电离的能量，会有电离发⽣，相应的V 称为该原⼦的电离电位。

2、实验装置实验原理图：电⼦碰撞在F-H 管内进⾏。

真空管内充以不同的元素就可以测出相应元素的第⼀激发电位。

F-H 四极管包括电极灯丝F ，氧化物阴极K ，两个栅极G1和G2和⼀个屏极A ，阴极K 照在灯丝F 外，⼜灯丝F 的电压可控制K 发射电⼦的强度，靠近阴极K 的实第⼀栅极，在G1和K 之间加有⼀个⼩正电压VG1K ，第⼆栅极远离G1⽽靠近屏极A ，G2和A 之间加⼀⼩的遏⽌负电压VG2A.85分F-H 管内充有Hg 时，VG2K 和屏流Ip 满⾜：}23exp{2K G p V C I充Hg 的F-H 管被加热式Hg ⽓化后，Ip-VG2K曲线发⽣变化，如图所⽰当VG2K=4.9nV(n=1,2,3…)时，图线上都将出现⼀个峰值，原因是每到⼀个4.9V 电⼦与汞原⼦发⽣了⾮弹性碰撞，电⼦将能量全部转移给汞原⼦，失去能量的电⼦不能到达屏极。

实验步骤及内容⼀、测Hg 的第⼀激发电位1、将装置温度调整到⼀定值，然后将Vf,Vp,Vg 调制标定值 Vf=1.3V VG1K=2.5V VG2P=1.5V T=157℃2、测量VG2K-Ip 曲线，先将VG2K 跳⾄(调⾄)最⼩，之后每增⼤0.5V 记录⼀次Ip 的数据，直到测出6到8个峰⼆、测Ar 的第⼀激发电位 1、接线2、扫描开关调⾄“⾃动”挡，速度开关调⾄“快进（快速）”3、调整⽰波器“CH1”“CH2”的位置4、调节VG1,Vp,Vf 的位置⾄给定值5、开始测量，从零开始，VG2K 每隔0.05V 记录⼀次Ip 值直到最⼤ VG2K 实际值：⽰数x10，Ip 实际值：⽰数x10（na ）测量数据及分析1、汞5101520253035404505101520I p /u AVG2K/VVG2K/ Ip/uA VG2K/V Ip/uA VG2K/V Ip/uA VG2K/VIp/uA VG2K/V Ip/Ua0.5 0 8 1.5 15.5 8.4 23 2.5 30.5 17.6 1 0 8.5 0.9 16 9.8 23.5 5 31 16.2 1.5 0 9 1 16.5 9.3 24 8 31.5 12 2 0 9.5 1.9 17 6.2 24.510.6 32 7 2.5 0 10 3.1 17.5 2 25 12.5 32.5 4.2 3 0 10.5 4.8 18 1.2 25.5 14.9 33 5.2 3.5 0 11 6.1 18.5 3 26 14 33.5 8.7 4 0 11.5 7 19 5 26.5 10.9 34 12 4.5 0 12 5.3 19.5 7.5 27 6 34.5 16 5 0.5 12.5 2.5 20 9.9 27.5 2.9 35 19 5.5 1 13 1.1 20.5 11.9 28 3.8 35.5 20 6 2 13.5 1.2 21 12 28.5 6.2 36 18.2 6.5 3 14 2.5 21.5 10.5 29 9.5 36.5 13 7 3.5 14.5 4.4 22 5.8 29.5 12.9 37 8.5 7.5 2.5 156.8 22.5 2.1 3015.8Hg 的Ip-VG2K 数据Hg 的Ip-VG2K 图像各峰值之间的VG2K 之差为 ΔV1=11.41-6.92=4.49V ΔV2=16.15-11.41=4.74V ΔV3=20.78-16.15=4.63V ΔV4=25.61-20.78=4.83V ΔV5=30.50-25.61=4.89V ΔV6=35.41-30.50=4.91V ΔV7=40.30-35.41=4.89V 故汞的第⼀激发电位为V V 76.47 89.491.489.483.463.474.449.4=++++++=2、氩VG2K /V Ip/uA VG2K /V Ip/uA VG2K /V Ip/uA VG2K /V Ip/uA VG2K /V Ip/uA VG2K /V Ip/uA VG2K /V Ip/uA VG2K /V Ip/uA 0.5 0 13 8.5 25.5 22.1 38 40.6 50.5 63.8 63 83.8 75.5 96.9 88 106.7 1 0 13.5 9.8 26 25.3 38.5 45.7 51 69.6 63.5 87.4 76 99.8 88.5 110.51.5 0 14 11.1 26.5 27.6 39 50 51.5 72.2 64 89.1 76.5 100.989 112.8 2 0 14.5 11.9 27 30.7 39.5 53.1 52 73.8 64.5 88.3 77 100 89.5 112 2.5 0 15 13.1 27.5 33.4 40 56.1 52.5 73.5 65 85.9 77.5 96.8 90 110.8 3 0 15.5 14.4 28 35.1 40.5 56.7 53 71.3 65.5 81.7 78 91.5 90.5 107.23.5 0 16 15.6 28.5 37 41 56.4 53.5 67.1 66 75.7 78.5 84.7 91 102.6 4 0 16.5 16.7 29 38.1 41.5 54.9 54 60.9 66.5 65.2 79 77.7 91.5 94.7 4.5 0 17 17.5 29.5 38.2 42 51.8 54.5 54 67 57.6 79.5 69.5 92 87 5 0 17.5 18.4 30 37.6 42.5 46.3 55 47 67.5 47.4 80 60.3 92.5 78.7 5.5 0 18 19.1 30.5 36.6 43 41.8 55.5 37.4 68 38 80.5 50.3 93 69.3 6 0 18.5 19.5 31 34.7 43.5 35.8 56 28.9 68.5 28.3 81 41.1 93.5 61.7 6.5 0 19 19.7 31.5 32.6 44 29.6 56.5 21.7 69 22.5 81.5 32 94 52.9 7 0 19.5 19.5 32 29.4 44.5 23.7 57 15.5 69.5 17.4 82 29.4 94.5 49.6 7.5 0 20 19.3 32.5 26 45 18.1 57.5 11.9 70 16.4 82.5 28.4 95 46.8 8 0 20.5 18.8 33 22.3 45.5 13.6 58 11 70.5 18.7 83 30.9 8.5 0 21 17.9 33.5 19.3 46 11.4 58.5 13.4 71 23.9 83.5 36 9 0.1 21.5 17.1 34 16.1 46.5 11.5 59 18.7 71.5 31.6 84 42.5 9.5 0.5 22 15.8 34.5 14.5 47 14.4 59.5 27.9 72 41.2 84.5 51.8 10 1.2 22.5 14.9 35 14.7 47.5 20.1 60 36 72.5 50 85 61.5 10.5 2.2 23 14.3 35.5 16.4 48 29.2 60.5 45.8 73 58.4 85.5 69.1 11 3.4 23.5 14.5 36 19.7 48.5 35.5 61 56.1 73.5 69 86 77.6 11.5 4.6 24 15.4 36.5 24.4 49 43 61.5 63 74 77.4 86.5 87 12 6 24.5 17.2 37 30 49.5 50.1 62 71.8 74.5 86.4 87 96.8 12.57.32519.337.535.35057.662.578.97592.987.5101Ar 的Ip-VG2K 数据20406080100020406080100120I p /u AVG2K/VC各峰值之间的差为ΔV1=29.12-19.16=9.96V ΔV2=40.46-29.12=11.34V ΔV3=52.09-40.46=11.63V ΔV4=63.92-52.09=11.83V ΔV5=76.33-63.92=12.41V ΔV6=89.28-76.33=12.95V故Ar 的第⼀激发电位为V V 69.11695.1241.1286.1163.1134.1196.9=+++++=思考题当F-H 管温度较低时，由于电⼦平均⾃由程⼤，电⼦有机会使积蓄的能量超过4.9eV ，从⽽使原⼦向⾼激发态跃迁的概率增加，这样图像上Ip 会对应出现⾼激发态的峰值，曲线的峰间距变长，峰值增⼤。

大学物理实验报告-夫兰克-赫兹实验夫兰克-赫兹实验报告一、实验目的1.了解和掌握夫兰克-赫兹实验的基本原理和操作方法。

2.通过夫兰克-赫兹实验，了解电子在强电场中的运动规律和能级分布。

3.通过对实验数据的分析和处理，加深对量子力学基本原理的理解和应用。

二、实验原理夫兰克-赫兹实验是研究电子在强电场中的运动和能级分布的重要实验，它利用电子枪将电子加速到高速状态，然后通过调节加速电压和电极间隙，观察电子与静态电压作用后的电流变化。

电子枪采用热阴极电子管，通过加热阴极材料使其发射电子，然后在阳极电压的作用下形成电子束打到高速旋转的靶上。

电子与靶的碰撞会激发出二次电子，这些二次电子在空间电荷场的作用下形成电流。

当加速电压逐渐增加时，电子的动能也逐渐增加，它们与靶的碰撞会更加剧烈，产生的电流也会随之增加。

当加速电压达到一定值时，电流会突然增加一个数量级，这就是夫兰克-赫兹效应。

通过对实验数据的分析和处理，可以得出电子在不同能级下的运动规律和能级分布，进而验证量子力学的基本原理和方程。

三、实验步骤1.按照实验设备的布置要求连接好实验电路，并检查各电器连接是否完好；2.将电子枪和阴极打拿掉后进行预热，同时调整阳极电流至适当值；3.逐渐增加加速电压，并记录各电压下的电流值；4.当电流突然增加一个数量级时，即为夫兰克-赫兹效应的出现时刻；5.继续增加加速电压并记录各电压下的电流值，直到电流值趋于稳定；6.改变阳极电流值并重复上述步骤；7.对实验数据进行处理和分析，得出电子在不同能级下的运动规律和能级分布。

四、实验结果及分析1.实验结果：通过夫兰克-赫兹实验，我们观察到了明显的夫兰克-赫兹效应的出现时刻，并记录了各电压下的电流值。

2.数据处理与分析：通过对实验数据的分析和处理，我们得出了一些电子在不同能级下的运动规律和能级分布。

发现当加速电压达到一定值时，电流会突然增加一个数量级；随着加速电压的增加，电流也会继续增加；当加速电压达到一定值时，电流会趋于稳定。

实验报告：弗兰克-赫兹实验一、实验题目：弗兰克-赫兹实验二、实验目的：1914年，弗兰克和赫兹用电子碰撞原子的方法测量到了汞的激发电位和电离电位，证实了原子存在定态能级。

这个实验方法至今仍是探索原子结构的重要手段之一。

实验目的是熟悉实验装置，掌握实验条件，测量汞的第一激发电位、电离电位和高激发电位。

进一步理解实验原理，掌握实验方法。

三、实验原理:1.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.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:221mv eV E E E n m ==-=∆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 原子能级其中61S0（0ev ）为基态，63P1（4.9ev ）为激发态，63P0（4.7ev ）、63P2（5.47ev ）为亚稳态3.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，但每增加4.9V ，都出现一次电流陡降。

第一次陡降出现在4.1V 左右，是由于仪器的接触电势所致。

具有4.9eV 的电子与汞原子碰撞，将全部能量传递给汞原子，使其处于 4.9eV 的激发态。

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。

弗兰克赫兹实验报告一、实验目的了解弗兰克赫兹实验的原理和方法，通过实验测量氩原子的第一激发电位，证明原子能级的存在。

二、实验原理弗兰克赫兹实验是用一定能量的电子去轰击原子，通过测量电子与原子碰撞过程中的能量损失，来研究原子的能级结构。

当电子与原子发生非弹性碰撞时，电子损失的能量等于原子的激发能。

在本实验中，电子在加速电场中获得能量，然后与氩原子碰撞。

如果电子的能量小于氩原子的第一激发能，碰撞为弹性碰撞，电子能量几乎不变。

当电子能量达到氩原子的第一激发能时，会发生非弹性碰撞，电子损失能量，导致电流下降。

通过测量电流随加速电压的变化，可以得到氩原子的第一激发电位。

三、实验仪器弗兰克赫兹实验仪，包括充氩的弗兰克赫兹管、加热炉、微电流放大器、电压扫描电源等。

四、实验步骤1、连接实验仪器，打开电源，预热仪器一段时间。

2、调节加热炉温度，使弗兰克赫兹管中的氩气达到合适的工作状态。

3、调节电压扫描电源，设置起始电压、终止电压和扫描步长。

4、观察微电流放大器的示数，记录电流随加速电压的变化数据。

5、改变扫描步长，重复实验，获取多组数据。

五、实验数据及处理以下是一组实验测量得到的电流 I 随加速电压 U 的变化数据：｜加速电压 U（V）｜电流 I（μA）｜｜：：｜：：｜｜ 10 ｜ 20 ｜｜ 20 ｜ 35 ｜｜ 30 ｜ 50 ｜｜ 40 ｜ 70 ｜｜ 50 ｜ 85 ｜｜ 60 ｜ 60 ｜｜ 70 ｜ 45 ｜｜ 80 ｜ 75 ｜｜ 90 ｜ 60 ｜｜ 100 ｜ 40 ｜以加速电压 U 为横坐标，电流 I 为纵坐标，绘制电流电压曲线。

从曲线中可以明显看到电流出现多次下降，相邻两次下降对应的电压差值近似相等，这个差值即为氩原子的第一激发电位。

通过对数据的分析和计算，得到氩原子的第一激发电位约为_____V。

六、实验误差分析1、温度的影响：实验中弗兰克赫兹管的温度对氩原子的状态有影响，如果温度不稳定或偏离最佳值，可能导致实验结果的偏差。

弗兰克赫兹实验报告内容弗兰克-赫兹实验为能级的存在提供了直接的证据，对玻尔的原子理论是一个有力支持，那么，下面是给大家整理收集的弗兰克赫兹实验报告内容，供大家阅读参考。

弗兰克赫兹实验报告内容1仪器弗兰克-赫兹管(简称F-H管)、加热炉、温控装置、F-H管电源组、扫描电源和微电流放大器、微机X-Y记录仪。

F-H管是特别的充汞四极管，它由阴极、第一栅极、第二栅极及板极组成。

为了使F-H管内保持一定的汞蒸气饱和蒸气压，实验时要把F-H管置于控温加热炉内。

加热炉的温度由控温装置设定和控制。

炉温高时，F-H管内汞的饱和蒸气压高，平均自由程较小，电子碰撞汞原子的概率高，一个电子在两次与汞原子碰撞的间隔内不会因栅极加速电压作用而积累较高的能量。

温度低时，管内汞蒸气压较低，平均自由程较大，因而电子在两次碰撞间隔内有可能积累较高的能量，受高能量的电子轰击，就可能引起汞原子电离，使管内出现辉光放电现象。

辉光放电会降低管子的使用寿命，实验中要注意防止。

F-H管电源组用来提供F-H管各极所需的工作电压。

其中包括灯丝电压UF，直流1V~5V连续可调;第一栅极电压UG1，直流0~5V连续可调;第二栅极电压UG2，直流0~15V连续可调。

扫描电源和微电流放大器，提供0~90V的手动可调直流电压或自动慢扫描输出锯齿波电压，作为F-H管的加速电压，供手动测量或函数记录仪测量。

微电流放大器用来检测F-H管的板流，其测量范围为108A、107A、106A三挡。

微机X-Y记录仪是基于微机的集数据采集分析和结果显示为一体的仪器。

供自动慢扫描测量时，数据采集、图像显示及结果分析用。

原理玻尔的原子理论指出:①原子只能处于一些不连续的能量状态E1、E2……，处在这些状态的原子是稳定的，称为定态。

原子的能量不论通过什么方式发生改变，只能是使原子从一个定态跃迁到另一个定态;②原子从一个定态跃迁到另一个定态时，它将发射或吸收辐射的频率是一定的。

如果用Em和En分别代表原子的两个定态的能量，则发射或吸收辐射的频率由以下关系决定:hv=|Em-En|(1)式中:h为普朗克常量。

弗兰克赫兹实验报告 摘要： 弗兰克兹实验是一种经典的物理实验，旨在验证原子的量子特性。本实验通过在真空管中加入气体，将高电压施加在气体中观察电子的运动情况，从而研究气体的导电性质和原子结构。通过实验数据的收集和分析，我们能够验证气体的电导现象、电离特性以及原子的能级结构。 引言： 弗兰克赫兹实验是量子物理学的重要实验之一，该实验也是量子理论的重要证据之一。弗兰克兹实验首先由德国物理学家弗兰克和赫兹于1914 年发现，在实验中，他们利用真空管并加入了气体，施加了高电压，观察到了一系列有趣的现象。本文将详细介绍弗兰克兹实验的原理、实验装置和实验步骤，并给出实验数据和分析结果。 一、实验原理： 弗兰克兹实验基于气体的电离现象和电子的能级结构研究，主要依赖于电子与气体原子之间的碰撞和相互作用。电子在真空管中加速运动，在与气体原子碰撞时，会传递能量给原子，使其电离。实验中，利用一个阳极和阴极之间的高电压产生加速电场，使电子在管中运动。当电子与气体原子碰撞后，它们将损失能量，导致电流的变化。 二、实验装置： 1. 真空管：真空管是实验中的重要组成部分，用于封装和观察气体的导电性质。真空管通常有两种类型，即弗兰克兹管和麦克斯韦管。实验中使用的真空管通常具有两个电极，即阳极和阴极。 2. 气体：实验中通常使用的气体有氩气、氖气和氦气等。不同气体的实验结果可能会有所不同，因为不同的气体具有不同的电离能和能级结构。 3. 电源：电源用于提供实验所需的高电压。 4. 测量仪器：实验中通常使用的测量仪器有电流计、电压计和计时器等。 三、实验步骤： 1. 准备工作：首先将真空管接入实验电路，并确保真空管内真空度足够高。然后将所需的气体充入真空管中，并确保管中气体的压力恒定。 2. 电路连接：将电源与真空管的阴极和阳极连接起来，建立电路。 3. 施加电压：通过调节电源，将高电压施加在真空管中。 4. 数据记录：观察并记录实验过程中的电压和电流变化，同时记录电压和电流之间的关系。 5. 数据分析：通过对实验数据的分析，观察电压和电流的关系，并进一步研究气体的导电性质和原子的能级结构。 四、实验结果与讨论： 通过实验数据的收集和分析，我们可以观察到气体导电性质和原子的能级结构。实验中，我们通常可以观察到以下几个现象： 1. 电流与电压的关系：当施加较小的电压时，电流较小，并且随着电压的增加，电流逐渐增大。这是因为气体原子需要较大的能量才能电离，所以在较小的电压下，电流较小。随着电压的增加，电子与气体原子碰撞的几率增加，电离现象增多，导致电流增大。 2. 电流的饱和现象：当电压达到一定值时，电流不再随电压的增加而增大，而保持在一个稳定的值。这是因为在高电压下，气体原子会频繁地被电离，导致电子与原子的碰撞频率增大，并且电子能量已经足够大，无法进一步激发原子的电离。 3. 能级结构的探究：通过观察电流与电压的变化，我们可以推导出气体原子的能级结构。通过实验数据的分析，我们可以获得电子能级跃迁的能量差，从而研究原子的激发态和基态。 结论： 弗兰克兹实验是一种重要的物理实验，通过观察电流与电压的关系，我们可以进一步了解气体导电性质和原子的能级结构。实验结果表明，电流与电压之间存在一定的关系，同时我们也可以推导出气体原子的能级结构。弗兰克兹实验为量子物理学的发展提供了重要的实验验证，并为后续的研究工作提供了重要的参考依据。

一、实验背景及目的1. 实验背景1914年，德国物理学家W.弗兰克和G.赫兹共同完成了一项经典的物理实验——弗兰克-赫兹实验。

该实验旨在验证玻尔提出的原子能级理论，即原子能量是量子化的，电子在能级间跃迁时会吸收或发射特定频率的电磁波。

2. 实验目的（1）验证玻尔原子能级理论，即原子能量是量子化的；（2）测量氩原子的第一激发电位，进一步研究原子能级结构；（3）加深对量子化概念的理解，提高实验操作技能。

二、实验原理1. 原子能级理论玻尔提出的原子能级理论认为，原子内部存在一系列分立的能级，电子在这些能级间跃迁时会吸收或发射特定频率的电磁波。

原子能量量子化意味着能量只能取离散值，即E = nhν，其中E为能量，n为量子数，h为普朗克常数，ν为频率。

2. 实验原理弗兰克-赫兹实验通过观察电子与氩原子碰撞后能量变化，验证了玻尔原子能级理论。

实验装置包括：（1）电子枪：产生慢速电子，电子能量可调；（2）氩气室：充入低压氩气，形成稀薄气体；（3）偏置电压：施加在电子枪和氩气室之间，使电子加速；（4）微电流计：测量通过氩气室的电流；（5）示波器：观察电子与氩原子碰撞后能量变化。

实验过程中，当电子能量达到氩原子第一激发电位时，电子与氩原子发生碰撞，将能量转移给氩原子，使氩原子从基态跃迁到第一激发态。

此时，电子能量减小，导致通过氩气室的电流减小。

通过测量电流变化，可以确定氩原子的第一激发电位。

三、实验装置及操作1. 实验装置（1）电子枪：提供加速电压，使电子获得能量；（2）氩气室：充入低压氩气，形成稀薄气体；（3）偏置电压：施加在电子枪和氩气室之间，使电子加速；（4）微电流计：测量通过氩气室的电流；（5）示波器：观察电子与氩原子碰撞后能量变化。

2. 实验操作（1）连接实验装置，检查各部分连接是否牢固；（2）打开电子枪电源，调节加速电压，使电子能量可调；（3）充入低压氩气，观察氩气室中电流变化；（4）调节偏置电压，使电子与氩原子发生碰撞；（5）观察示波器，记录电子与氩原子碰撞后能量变化；（6）调节加速电压，重复实验，记录数据。

五、实验数据整理(一)U f 、U G 、Ur 、Ua 与Ip 的关系。

1、 Uf 增加——Ip 增加2、 U G 与Ip 的关系如下：当U G 小于2.3V 时，Ip 随着U G 的增大而增大；当U G 大于2.3V 时，Ip 随着U G 的增大而减小。

（其中U G 为0——5V ）3、 Ur 增大——Ip 增大 (二)由试验数据求解Up1、 原始数据（1）、实验条件——灯丝电压：3.1V ；拒斥场电压：6.6V ；控室珊场电压：2.6V1.3203S 36.853=∆=Ug仪=80×1‰+0.1=0.18V 0.25452=∆=∆仪B345.13203.10.2545B A 3Ug 2222=+=∆+∆=∆所以：3Ug=36.8±1.3V Ug=12.27±0.45V 3、 线性拟和法拟和结果为Y=12.2717X+3.3806 R=0.99933101828.026)0.9993311(22)1(22112=--⨯=--≈--=n r n r bS bS b =b ×0.01828=3.3806×0.01828=0.06180.25452=∆=∆仪B26.00618.02545.02222=+=∆+∆=∆S B Ug所以：Ug=12.27±0.26V 4、 手动取点作图法图像（2）数据整理从图中可得第一峰值Ug1=16.67V 第二峰值Ug2=28.90VUg=Ug2-Ug1=12.23V六、数据及误差分析(一)Uf 、U G 、Ur 与Ip 增减关系分析Ur 为拒斥场电压，它的升高将直接决定电子到达极板处所需的能量，弗兰克-赫兹管内的电子其能量分布应该具有一定的规律，在除Uf 外其它量不变的情况下，Uf 的提高就意味着预原来电子中能量不够的那部分无法到达极板。

U G 为控制珊场电压，它的主要功能是减少空间电荷对阴极电子的影响，提高发射效率。

夫兰克-赫兹实验一．实验简介1914年弗兰克(J.Frank)和赫兹(G.Hertz)用电子碰撞原子的方法，观察测量到了汞的激发电位和电离电位（即著名的Frank-Hertz实验）。

从而证明了原子等级的存在，为早一年玻尔发表的原子结构理论的假说提供了有力的实验证据。

为此他们分享了1925年诺贝尔物理学奖金。

他们的实验方法至今仍是探索原子结构的重要手段之一。

本实验应用Frank-Hertz实验方法实现电子气和Hg原子的碰撞，以观察Hg 原子能级跃迁并对Hg原子第一激发电位进行测量。

通过本实验可以深刻理解弗兰克和赫兹在研究原子内部能量量子化方面所采用的实验方法，了解电子与原子碰撞和能量交换过程的微观图像。

二．实验原理1. 电子与气态Hg原子的碰撞利用电子和气态Hg原子的碰撞时最容易实现Frank-Hertz实验的方法。

为实现原子从低能级En 向高能级Em的跃迁，通常可以通过吸收确定频率γ的光子来实现。

而光子的能量等于两个能级之间的量差，即时，原子吸收全部光子能量，发生能级跃迁，式中h为普朗克常量。

也可以通过使具有一定能量的电子和原子碰撞来实现。

若与之碰撞的电子式在电势差V的加速下，速度从零加到v,则当电子的能量满足时，电子将全部能量交换给你原子。

由于E m - E n 具有确定的值，对应的V 就应该有确定的大小。

当原子吸收电子能量从基态跃迁到第一激发态时，相应的V 称为原子的第一激发电位（或中肯电子）。

因此，第一激发电位V 所对应的就是第一激发态与基态的能量差。

出于激发态的原子是不稳定的，它将以辐射光子的形式释放能量而自发跃迁到低能级。

如果电子的能量达到原子电离的能量，会有电离发生，相应的V 称为原子的电离电位。

其中61S 0（0ev ）为基态，63P 1（4.9ev ）为激发态，63P 0（4.7ev ）、63P 2（5.47ev ）为亚稳态。

当能量等于63P 0，63P 1和63P 2与基态61S 0之间的能量差，即当能量为4.7 eV ，4.9 eV 和5.47 eV 的电子与Hg 原子碰撞时，将有最大的激发概率实现能级间跃迁。

弗兰克赫兹实验报告1914年德国物理学家弗兰克和赫兹进行了一系列实验，这些实验对量子物理学的发展起到了重要的推动作用。

这篇文章将介绍弗兰克赫兹实验的背景、目的、方法、结果以及对科学界的影响。

背景和目的在20世纪初，人们对原子的结构和性质知之甚少。

卢瑟福的金箔实验揭示了原子具有中心核心和绕核运动的电子的结构，但仍缺乏对电子能级和能量的理解。

弗兰克和赫兹的目标是进一步探索气体原子在外加电场下的行为，以研究电子能级的性质。

实验方法弗兰克和赫兹的实验是基于通过高电压激发气体原子的方法。

他们将气体注入到一个长而窄的玻璃管中，称为发射管。

发射管的两端分别连接着两个电极，其中一个是发射电极，另一个是收集电极。

通过高电压，将电子加速并发射到气体原子中。

实验过程当电子经过加速后，它们与气体原子发生碰撞，将能量传递给原子。

根据经典理论，当电子的能量足够高时，它们应该能够充分激发原子，使电子跳到高能级。

然而，弗兰克和赫兹的实验结果却与此相悖。

实验结果及其意义弗兰克和赫兹观察到，在低电压下，电流与电压之间呈线性关系，符合经典理论。

然而，当电压进一步增加时，电流却出现了奇怪的变化。

电流不再随电压呈线性增加，而出现了明显的周期性变化。

这些周期性的波峰和波谷显示了电子在气体原子中的能量转移。

弗兰克赫兹实验的结果揭示了一种新的现象，被称为能量量子化。

根据这一现象，原子只能从一个离散的能量态跃迁到另一个特定的能量态，并且电子在不同态之间跃迁时会放出特定能量的光子。

这种离散的能量态被称为能级，而电子在能级之间跃迁的能量差被称为能级间隔。

弗兰克赫兹实验为量子力学的发展铺平了道路。

它提供了对原子能量态和能级间隔的直接观察，为后来的科学家提供了宝贵的数据和思路。

之后，玻恩等科学家进一步发展了量子力学的理论，完善了对电子行为的描述。

结论弗兰克赫兹实验通过对气体原子在外加电场下的行为的观察，揭示了能级和能量量子化的存在，为量子力学奠定了基础。

弗兰克－赫兹实验【实验目的】（1）用实验的方法测定汞或氩原子的第一激发电位，从而证明原子分立态的存在；（2）练习使用微机控制的实验数据采集系统。

【实验原理】根据玻尔的原子模型理论，原子是由原子核和以核为中心沿各种不同轨道运动的一些电子构成的，如图所示。

对于不同的原子，这些轨道上的电子束分布各不相同。

一定轨道上的电子具有一定的能量。

当同一原子的电子从低能量的轨道跃迁到较高能量的轨道时，原子就处于受激状态。

若轨道1为正常态，则较高能量的2和3依次称为第一受激态和第二受激态，等等。

但是原子所处能量状态并不是任意的，而是受到玻尔理论的两个基本假设的制约：（1）定态假设。

原子只能处在稳定状态中，其中每一状态相应于一定的能量值Ei （i ＝1，2，3，…），这些能量值是彼此分立的，不连续的。

（2）频率定则。

当原子从一个稳定状态过渡到另一个稳定状态时，就吸收或放出一定频率的电磁辐射。

频率的大小取决于原子所处两定态之间的能量差，并满足如下关系：n m h E E ν=-其中346.6310h J s -=⨯⋅称作普朗克常数。

原子状态的改变通常在两种情况下发生，一是当原子本身吸收或放出电磁辐射时，二是当原子与其他粒子发生碰撞而交换能量时。

本实验就是利用具有一定能量的电子与汞原子相碰撞而发生能量交换来实现汞原子状态的改变。

由玻尔理论可知，处于基态的原子发生状态改变时，其所需能量不能小于该原子从基态跃迁到第一受激态时所需的能量，这个能量称作临界能量。

当电子与原子碰撞时，如果电子能量小于临界能量，则发生弹性碰撞；若电子能量大于临界能量，则发生非弹性碰撞。

这时，电子给予原子以跃迁到第一受激态时所需要的能量，其余能量仍由电子保留。

一般情况下，原子在受激态所处的时间不会太长，短时间后会回到基态，并以电磁辐射的形式释放出所获得的能量。

其频率υ满足下式g h eU ν=式中g U 为汞原子的第一激发电位。

所以当电子的能量等于或大于第一激发能时，原子就开始发光。