弗兰克赫兹实验__北大物理学院普物实验报告材料

弗兰克-赫兹实验【实验目的】(1) 了解弗兰克-赫兹实验用伏-安证明原子存在能级的原理和方法(2) 学习用伏-安法测量非线性器件(3) 学习微电流的测量【仪器用具】仪器名参数F-H-II 弗兰克赫兹实验仪∅F-H-II 弗兰克赫兹实验仪微电流放大器10−7档F-H-II 弗兰克赫兹实验仪电源组V F 0~5V2.5级V G1K 0~5V 2.5级V G2P 0~15V2.5级Victor VC9806+数字万用表200 mV档±(0.5%+4)【实验原理】(1)原子的受激辐射玻尔的氢原理理论指出，原子只能较长久地停留在一些稳定状态（称为定态）。

这些定态的能量（称为能级）是不连续分布的，其中能级最低的状态称为基态。

原子在两个定态之间发生跃迁时，要吸收或发射一定的能量，该能量等于两个定态之间的能量差ΔE mn=E m−E n原子在能级之间的跃迁可以通过有一定能量的电子与原子碰撞交换能量来实现。

初速度为零的电子经过电势差U0加速获得能量eU0，当这些电子与稀薄气体（例如汞）发生碰撞，就会发生能量交换。

当电子能量满足eU0=ΔE mn便会使得原子从E n被激发到E m，电子能量被吸收。

(2)弗兰克-赫兹实验图 1 弗兰克-赫兹装置示意图图1是弗兰克-赫兹实验装置示意图。

图中左侧为弗兰克-赫兹管（F-H管），它是一种密封的玻璃管，其中充有稀薄的原子量较大的汞或惰性气体原子。

在这里灯丝用来对阴极K加热，使其发射热电子。

灯丝电压U F越高，阴极K发射的电子流也就越大。

第一栅极G1的主要作用是消除空间电荷对阴极电子发射的影响。

第二栅极G2的作用是在G2和K之间形成对电子加速的静电场。

发射的电子穿过栅极G2达到极板P，形成板流I P。

板流I P的大小由微电流测试仪进行测量。

在板极P 和G2之间加有一反向电压，它对电子减速，使经过碰撞后动能非常低的电子折回。

由热阴极发射的电子初速度为零，受加速电场V G2K作用，V G2K较低时，电子能量小于原子的激发能，电子与汞原子只能发生弹性碰撞。

课程名称：大学物理实验（二）
实验名称：弗兰克-赫兹实验
图2.1 弗兰克-赫兹管原理图
设氩原子的基态能量为E1，第一激发态的能量为E2
E2−E1。

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则电子与氩原子只能发生弹性碰撞，二者之间几乎没有能量转移。

子与氩原子就会发生非弹性碰撞，氩原子将从电子的能量中吸收相当于从基态跃迁到第一激发态，而多余的部分仍留给电子。

位差为U0则
eU0=E2−E1
图3.1弗兰克-赫兹仪实物图
对应的V G2是内部的锯齿电压，作用是急速电压自动变化。

对应于示波器观测模
I P(×10-8A)
U G2(×
图6.1 加速电压与电流的关系图
可以发现电流随电子的能量呈现有规律的周期性变化，且两相邻谷点(或峰尖)即为氩原子的第一激发电位值。

同时，可以读出峰谷的横坐标值。

峰的横坐标值如下表：
表6.1 加速电压与电流的关系图的峰横坐标记录表
第二个峰X3第三个峰X5第四个峰X7第五个峰X9
2.90 4.08 5.25 6.46
表6.2 加速电压与电流的关系图的锋横坐标记录表
第二个谷X4第三个谷X6第四个谷X8第五个谷X10
3.52
4.66
5.84 7.04
算出氩原子的第一激发电位。

弗兰克赫兹实验实验报告一、数据处理1.汞管（1）实验数据如下：将数据作图如下：（2）根据实验数据，找到各个峰值对应的电压，并列表如下：由最小二乘法得到第一激发电位V，相关系数r=0.99978，由书上（7.13）式计算得到，故最终结果表示为V2.氩管（1）实验数据如下：（为了对进行控制，我调大了）将数据作图如下：(2) 根据实验数据，找到各个峰值对应的电压，并列表如下：由最小二乘法得到第一激发电位V，相关系数r=0.99964，由书上（7.13）式计算得到，故最终结果表示为V二、思考题利用汞管进行实验。

在第一部分中已列出了条件下的汞管的实验数据。

现将改变后的另两组实验数据列表如下，后两组数据只测了第5、第6两个峰。

（1）（2）将以上三种条件下的Hg管数据作图如下：当增大时，曲线高度下移，并且峰向右偏移。

原因分析：当增大时，电子需要更高的能量才能到达p极板，故此时能到达p极板的电子减少，则电路中电流减小，则曲线高度下移；曲线峰向右偏移的原因，我并不是十分清楚，我认为可能与电子的速率分布有关。

当加速电压刚达到第一激发电位时，只有一部分电子可以达到足以发生“非弹性碰撞”的速率，而另一部分电子速率还要更低一些，有的电子速率还不足以使其越过g2p的减速电场，加速电压继续增大时会将这部分电子继续加速使其可以达到p极板使电流增大，而达到足以发生“非弹性碰撞”的速率的电子也会增加，使电流减小，两种因素共同作用决定曲线的峰值。

当增大时，会使前一种作用的影响变得更大，而对后一种作用几乎没有影响，故峰会向右偏移。

三、分析与讨论1.各种曲线都具有周期性，而随着加速电压的增大，总的电流呈增大趋势，每个峰都比前一个峰更高，每个谷也比前一个更高。

呈现这种现象的原因：随着加速电压的增大，电子动能增加，能到达p极板的电子数增加，电流增大；当达到一定的动能时，电子会与管中气体发生“非弹性碰撞”，使其发生激发，则电子损失动能，不再能到达p极板，电流减小；这便是曲线呈周期性的原因。

基础物理研究性实验报告弗兰克赫兹实验第一作者：第二作者：所在院系：目录摘要： (3)Abstract (3)一、实验目的 (4)二、实验原理 (4)1)激发电位 (4)2)夫兰克-赫兹实验的原理 (5)三、实验仪器 (7)四、实验内容 (7)1)准备工作 (7)2)氩元素的第一激发电位手动测量 (7)3)氩元素的第一激发电位自动测量 (8)五、数据处理（手动测量） (8)1)灯丝电压3.0V，第一栅极电压1.5V，拒斥电压9.0V (8)2)灯丝电压3.2V，第一栅极电压1.5V，拒斥电压9.0V (10)3)灯丝电压3.0V，第一栅极电压1.0V，拒斥电压9.0V (11)4)灯丝电压3.0V，第一栅极电压1.5V，拒斥电压8.0V (12)六、实验结果探究 (13)1)实验结果分析探究 (13)2)误差来源分析探究 (13)七、实验感想 (14)参考文献： (14)附： (15)摘要：本研究性报告以“弗兰克赫兹实验”实验为深入研究探讨的课题，简单介绍弗兰克赫兹实验的基本原理以及操作步骤等，重点进行改变某个实验步骤后实验的误差分析，从而进一步了解在实验过程中严格控制实验步骤的正确性对实验结果的重要性，对今后误差分析有一定的作用。

关键词：弗兰克赫兹实验步骤误差AbstractThis research report "Frank Hertz experiment" experimentsin-depth study of the themes, a brief introduction of the basic principles of Frank Hertz experiment and procedure, focusing steps to change an experiment experimental error analysis, and learn more about the experimental procedure strict control of the correctness of the experimental procedure of the importance of the experimental results, error analysis for the future have a certain role.Keywords: Frank Hertz experiment step error一、实验目的1、了解弗兰克--赫兹试验的原理和方法；2、学习测定氩原子的第一激发电位的方法；3、证明原子能级的存在，加强对能级概念的理解。

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。

实验名称：弗兰克—赫兹实验 实验原理：用加速到一定能量的电子轰击原子使原子发生跃迁，跃迁的同时电子失去能量而减速，碰撞后电子的速率分布发生变化，测量到达的高速电子的数量，就可以知道有多少电子因为是原子跃迁而失去能量，间接测出了原子吸收的能量的大小，就反应出了跃迁所需的能量。

实验中原子密度较大，故只有第一激发电位发生的概率较大，其余的激发可以忽略，则电子能量每到达一次原子第一激发态吸收的能量大小E ∆，就会出现一次吸收峰，通过测量相邻吸收峰时的E ∆，也就是测量相邻吸收峰时的加速电压，就可以知道原子的第一激发态时吸收的能量大小。

实验用的装置如右图，通过灯丝加热K 使其发射电子，G 1控制通过G 1的电子数目，G 2加速电子，G 1、G 2空间较大，提供足够的碰撞概率，A 接收电子，AG 2加一扼止电压，使失去动能的电子不能到达，形成电流。

用汞进行实验测得与右下图相似的曲线。

汞的第一激发电位为 4.9V,实验中电压每到 4.9V 的n 倍就多一次吸收，故出现一个吸收峰，实验内容：一、汞的F-H 实验 测汞的第一激发电位（测I P -V G2曲线，由曲线确定第一激发电位），测六到八个峰测量条曲线，V G2上升测一条，V G2下降测一条分别由峰间距求汞的第一激发电位。

二、氩的F-H 实验 示波器观察氩的I P -V G2曲线，手动测氩的I P -V G2曲线。

实验步骤：一、汞的F-H 实验1．先将温度调到设定值，打开温控开关加温指示灯on 亮（绿色），到设定温度off 指示灯亮（红色），红灯亮过一次即可开始实验。

2.了解接线，将V p ,V G1K ,V G1P ,V G2K ,调至最小，到设定温度时再打开两仪器电源，稳定5分钟，然后据炉上标签设定各电压值，用“手动”挡测曲线，电流过量程时更换电表量程。

3.先手动调节电压观察电流随电压的变化，选适当量程从某一电压起每隔0.5V记录一组I P -V G2数据，随V G2上升测一条至约六到八个峰，再随V G2下降记录数据。

弗兰克-赫兹实验【实验目的】(1)了解弗兰克-赫兹实验用伏-安特性曲线证明原子存在能级的原理和方法(2)学习用伏-安法测量非线性器件(3)学习微电流的测量【仪器用具】仪器名参数F-H-II 弗兰克赫兹实验仪∅F-H-II 弗兰克赫兹实验仪微电流放大器10−7档F-H-II 弗兰克赫兹实验仪电源组V F 0~5V2.5级V G1K 0~5V2.5级V G2P0~15V2.5级Victor VC9806+数字万用表200mV档±(0.5%+4)【实验原理】(1)原子的受激辐射玻尔的氢原理理论指出，原子只能较长久地停留在一些稳定状态（称为定态）。

这些定态的能量（称为能级）是不连续分布的，其中能级最低的状态称为基态。

原子在两个定态之间发生跃迁时，要吸收或发射一定的能量，该能量等于两个定态之间的能量差ΔE mn=E m−E n原子在能级之间的跃迁可以通过有一定能量的电子与原子碰撞交换能量来实现。

初速度为零的电子经过电势差U0加速获得能量eU0，当这些电子与稀薄气体（例如汞）发生碰撞，就会发生能量交换。

当电子能量满足eU0=ΔE mn便会使得原子从E n被激发到E m，电子能量被吸收。

(2)弗兰克-赫兹实验图1弗兰克-赫兹装置示意图图1是弗兰克-赫兹实验装置示意图。

图中左侧为弗兰克-赫兹管（F-H管），它是一种密封的玻璃管，其中充有稀薄的原子量较大的汞或惰性气体原子。

在这里灯丝用来对阴极K加热，使其发射热电子。

灯丝电压U F越高，阴极K发射的电子流也就越大。

第一栅极G1的主要作用是消除空间电荷对阴极电子发射的影响。

第二栅极G2的作用是在G2和K之间形成对电子加速的静电场。

发射的电子穿过栅极G2达到极板P，形成板流I P。

板流I P的大小由微电流测试仪进行测量。

在板极P 和G2之间加有一反向电压，它对电子减速，使经过碰撞后动能非常低的电子折回。

由热阴极发射的电子初速度为零，受加速电场V G2K作用，V G2K较低时，电子能量小于原子的激发能，电子与汞原子只能发生弹性碰撞。

一、实验名称：弗兰克-赫兹实验二、实验目的：(1) 用实验的方法测定汞或者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。

三、实验原理：根据波尔的原子模型理论， 原子中一定轨道上的电子具有一定的能量。

当原子吸收或者放出电 磁辐射时或者当原子与其他粒子发生碰撞时， 原子状态会发生改变。

改变过程中原子的能量变 化不是任意的，而是受到波尔理论的两个基本假设的制约，即定态假设和频率定则。

由波尔理论可知， 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 子赋予原子以临界能量，剩余能量仍由电子保留。

本仪器采用 1 只充氩气的四极管，其工作原理图如下：当灯丝(H)点燃后，阴极(K)被加热，阴极上的氧化层即有电子逾出(发射电子)，为消 除空间电荷对阴极散射电子的影响， 要在第一栅极 (G ) 、阴极之间加之一电压 U (一栅、 阴电压) 。

如果此时在第二栅极 (G 2 ) 、阴极间也加之一电压 U G2K (二栅、 阴电压)， 发射的电子在电场的作用下将被加速而取得越来越大的能量。

起始阶段，由于较低，电子的能量较小，即使在运动过程中与电子相碰撞(为弹性碰撞)只 有弱小的能量交换。

这样，穿过 2 栅的电子到达阳极(A) [也惯称板极]所形成的电流(I ) 板流(习惯叫法，即阳极电流)将随2 栅的电压 U 的增加而增大，当 U 达到氩原子的第 一激发电位(11.8V)时，电子在2 栅附近与氩原子相碰撞(此时产生非弹性碰撞)。

电子把 加速电场获得的全部能量传递给了氩原子， 使氩原子从基态激发到第一激发态， 而电子本身 由于把全部能量传递给了氩原子， 它即使穿过 2 栅极， 也不能克服反向拒斥电场而被折回 2 栅极。

为了研究原子内部的能量时态问题，弗兰克和赫兹使用简单而有效的方法，用低速电子去轰击原子，观察它们之间的相互作用和能量传递过程，从而证明原子内部量子化能级的存在。

实验要求：通过对汞原子第一激发电位测量，了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。

理论基础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）为亚稳态实现能级跃迁，吸收光子原子与电子碰撞处于激发态的原子不稳定，发射光子回到低能态。

原理图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。

实验曲线：碰撞过程及能量交换此过程在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。

= 4.7V，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。

= 4.9V，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。

= 9.8V，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。

= 4.9nV，将形成第n个峰。

电子平均自由程对激发或电离的影响主要由炉温决定，还与电子速度等有关。

λ很短，相邻两次碰撞间获得能量小，经多次碰撞能量积累到第一激发态的能量时，能使原子激发到激发态，不容易激发到较高能态。

λ很长，相邻两次碰撞间获得能量大，激发到高能态的可能性很大，所以在λ很长，加速电压较高，会使某些电子有足够能量使原子激发到较高能态，甚至电离。

注意事项先将温度调到设定值，打开温控电源，加温指示灯on亮（绿色），到设定温度off指示灯亮（红色）。

弗兰克赫兹实验实验报告弗兰克赫兹实验是20世纪初为了研究原子结构而开展的经典实验之一，也是量子力学发展史上的重要里程碑之一。

本文将对该实验的原理、实验装置、实验过程及结果进行介绍并进行简要的讨论。

一、实验原理弗兰克赫兹实验主要基于静电击穿现象的基础上进行。

在一个低压气体管内，将两个电极分别放在管的两端，使得电子能够从负极经过气体管向另一端正极方向运动。

当电子运动的速度达到一定的程度时，可以与气体原子相撞，使气体原子激发成为离子或激发态。

当电子经过气体管内的一个区域时，便可以观察到该区域的荧光现象。

二、实验装置弗兰克赫兹实验的实验装置主要由一个玻璃管组成，管中充满了低压气体。

实验中通过气体管两端的电极和外部高压电源构成电路，使电子可以在管内自由运动。

三、实验过程在实验进行时，首先将气体管中的气体抽成非常低的压强，然后通过高压电源，在管的两端分别加上负极和正极电压，使得气体管内形成一个电场。

当电压达到一定程度时，电子可以克服气体原子的束缚，在电场作用下自由运动。

当一些电子与气体原子碰撞时，气体原子可能会发生激发或电离，然后通过复合释放荧光。

荧光以波长分布明显的分界线出现（即发生荧光的气体种类不同，发射的光谱线也不同）。

通过测量压强与电场强度等参数，可以得到不同气体在不同电场强度下的谱线变化情况。

四、实验结果通过弗兰克赫兹实验的实验数据可以得出结论：（1）气体原子处于激发态不能较长时间复合释放，而处于离子状态的气体原子则不同。

（2）获得荧光的气体原子数与电子数不成正比，而且气体压强不能过高。

（3）通过不同气体在不同电场下的光谱线，证明了气体原子的能级结构。

五、实验讨论弗兰克赫兹实验是20世纪初的一个经典实验，尽管它不能很好地解释电子轨道等量子力学的本质，但它在理论形成的历程上起到了重要作用。

通过实验结果可以证明气体原子的能级结构，而这个结果也间接验证了量子力学理论的正确性。

而通过不同气体在不同电场下的发光谱线变化的规律性，也为后来分子谱学的研究奠定了基础性的实验基础。

弗兰克赫兹实验实验报告弗兰克赫兹实验实验报告引言：弗兰克赫兹实验是由德国物理学家詹姆斯·弗兰克和格斯塔夫·赫兹在1914年进行的一项重要实验。

这个实验为我们揭示了物质的微观结构和原子的特性，对于量子力学的发展起到了重要的推动作用。

本实验报告将详细介绍弗兰克赫兹实验的目的、原理、实验装置和结果分析。

目的：弗兰克赫兹实验的目的是研究气体放电过程中电子与原子的相互作用，验证了能量量子化的假设。

通过实验，我们可以了解电子在气体中的行为，以及电子与原子之间的相互作用机制。

原理：弗兰克赫兹实验基于气体放电现象。

当在一定的条件下，通过两个电极之间的气体形成电场，施加电压使气体放电，电子在电场力的作用下加速运动。

当电子与气体原子碰撞时，会发生能量的转移和散射。

根据电子的能量损失情况，可以得出电子与原子碰撞的能量量子化特性。

实验装置：弗兰克赫兹实验的装置主要包括真空室、阴极、阳极、电压源和测量仪器等。

真空室用于提供一定的气体压强和减少空气分子对电子运动的干扰。

阴极和阳极分别作为电子的发射源和收集器。

电压源用于施加电场，控制电子的加速度。

测量仪器用于记录电子通过气体时的能量损失情况。

实验过程：在实验开始前，我们首先将真空室抽气，以确保实验环境的真空度。

然后，调节电压源的电压，使得电子能够在电场力的作用下加速运动。

接下来，我们通过测量仪器记录电子在不同电压下通过气体的能量损失情况。

实验过程中，我们逐渐增加电压，观察电子的能量损失是否呈现出离散的分布。

结果分析：根据实验结果，我们可以得出以下结论：1. 当电压较低时，电子与气体原子碰撞能量较小，能量损失也较小。

此时，电子与气体原子之间的相互作用主要是弹性碰撞，电子的能量损失呈连续分布。

2. 随着电压的增加，电子与气体原子碰撞能量逐渐增大，能量损失也逐渐增大。

当电压达到一定值时，电子的能量损失突然变大，呈现出离散的分布。

这是因为在高电压下，电子与气体原子的碰撞能量已经足够大，使得电子能够克服原子的束缚力，进入激发态或离子化态。

弗兰克-赫兹实验一 实验目的通过测定汞原子的第一激发电位，证明原子能级存在。

二 实验原理 1 激发电势 玻尔的原子能级理论（1）原子只能长时间的停留在一些稳定的状态，（简称定态）。

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。

原子的能量不论通过什么方式发生改变，它只能从一个定态跃迁到另一个定态。

（2） 原子从一个定态跃迁到了另一个定态而发射或吸收一定的能量，辐射频率是一定的，满足n m E E hv -= （1）原子实现能级跃迁的途径之一，就是通过具有一定能量的电子与原子碰撞的方式来实现的。

设初速度为零的电子在电势差为U 的加速电场作用下，获得的能量为eU ，当具有这种能量的电子与稀薄气体中的原子发生碰撞时，就会发生能量交换，如以E 1带表汞原子的基态能量，E 2代表汞原子第一激发态的能量，那么当汞原子从电子传递来的能量恰好为120E E eU -= （2）时，汞原子就会从基态跃迁到第一激发态。

相应的电势差称为汞的第一激发电势（中肯电势）。

夫兰克-核子实验原理如图1示。

U GK /VI A /nA图3夫兰克-赫兹管第一激发电势的I A -U GK 曲线在充汞的夫兰克赫兹管中，电子有阴极发出，阴极K 和栅极G 之间的加速电压U GK 供电子加速。

在板极A 和栅极G 之间加有拒斥电压U AG 。

管子空间电位分布如图2示。

当电子通过KG 空间进入GA 空间时，如果有较大的能量（≥eU AG ），就能冲过反向拒斥电场而到达板极形成电流，为微电流计PA 检测出。

如果电子在KG 空间与汞原子碰撞，把自己的一部分能量给了汞原子而使后者激发的话，电子本身剩余的能量很少，以致功过栅极后不足以克服拒斥电场而被折回到栅极。

这时，通过微电流计的电流将显著的减小。

实验时，观察电流计的电流随U GK 逐渐增加时的现象。

如果原子能级确实存在的话，而且基态与第一激发态有确定的能量差，就能观察到如图3示的I A -U GK 曲线。

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。

2020实验报告弗兰克赫兹实验报告内容_0833文档EDUCATION WORD实验报告弗兰克赫兹实验报告内容_0833文档前言语料：温馨提醒，教育，就是实现上述社会功能的最重要的一个独立出来的过程。

其目的，就是把之前无数个人有价值的观察、体验、思考中的精华，以浓缩、系统化、易于理解记忆掌握的方式，传递给当下的无数个人，让个人从中获益，丰富自己的人生体验，也支撑整个社会的运作和发展。

本文内容如下：【下载该文档后使用Word打开】(1)实验装置使用220V交流单相电源，电源进线中的地线要接触良好，以防干扰和确保安全。

(2)函数记录仪的X输入负端不能与Y输入的负端连接，也不能与记录仪的地线(⊥)连接，否则要损坏仪器。

(3)实验过程中若产生电离击穿(即电流表严重过载现象)时，要立即将加速电压减少到零。

以免损坏管子。

(4)加热炉外壳温度较高，移动时注意用把手，导线也不要靠在炉壁上，以免灼伤和塑料线软化。

1.熟悉实验装置，掌握实验条件。

该实验装置由F-H管、恒温加热电炉及F-H实验装置构成，其装置结构如下图所示：C:DocumentsandSettingsAdministrator.EUPMS_1.000桌面3.jpgF-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100ºC至250ºC。

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157ºC，并选择合适的灯丝电压，VG1K=2.5V，VG2p=1.5V，Vf=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)。

( 实验报告)姓名：____________________单位：____________________日期：____________________编号：YB-BH-053873弗兰克赫兹实验报告内容Contents of Frank Hertz experiment report弗兰克赫兹实验报告内容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10^-8A、10^-7A、10^-6A 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。

一、实验目的1. 测量氩原子的第一激发电势，验证原子能级的存在。

2. 加深对量子化概念的理解。

3. 掌握原子碰撞激发和测量的方法。

二、实验原理弗兰克-赫兹实验基于玻尔的原子能级理论。

根据该理论，原子只能长时间地停留在一些稳定的能级上，称为定态能级。

当电子从低能级跃迁到高能级时，需要吸收一定的能量，这个能量等于两能级之间的能量差。

通过实验测量电子与原子碰撞时能量的交换情况，可以证明原子能级的存在。

实验中，我们采用慢电子与稀薄气体中原子碰撞的方法。

实验装置包括弗兰克-赫兹管、加热炉、温控装置、电源组、扫描电源和微电流放大器等。

三、实验步骤1. 将弗兰克-赫兹管置于加热炉中，调节炉温至实验要求。

2. 调节灯丝电压、第一栅极电压和第二栅极电压，使管内保持一定的汞蒸气饱和蒸气压。

3. 打开电源，调节扫描电源，使电子在加速电压作用下获得足够的能量。

4. 逐渐增加加速电压，观察输出电流的变化。

5. 记录输出电流与加速电压的关系，分析实验数据。

四、实验结果与分析实验结果显示，当加速电压逐渐增加时，输出电流也随之增加。

当加速电压达到一定值时，输出电流突然减小，并保持不变。

这说明电子与汞原子发生了碰撞，将能量传递给汞原子，使其从低能级跃迁到高能级。

这个能量等于两能级之间的能量差，即第一激发电势。

根据实验数据，我们计算得出氩原子的第一激发电势约为16.5V。

这与理论值相符，证明了原子能级的存在。

五、实验结论1. 通过弗兰克-赫兹实验，我们验证了原子能级的存在，加深了对量子化概念的理解。

2. 实验结果表明，原子能级是分立的，电子与原子碰撞时能量交换是量子化的。

3. 弗兰克-赫兹实验是研究原子内部结构的重要手段，对于近代物理学的发展具有重要意义。

六、实验体会通过本次实验，我深刻体会到以下两点：1. 实验是验证理论的重要手段。

在实验过程中，我们需要仔细观察实验现象，分析实验数据，从而得出结论。

2. 实验过程中，我们需要严谨、细致，以确保实验结果的准确性。