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弗兰克赫兹实验报告

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***学院近代物理实验报告实验名称：弗兰克赫兹实验实验目的：通过测定亚原子等元素的第一集发典韦，证明原子能级的存在。

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.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VG2K/ Ip/uA VG2K/V Ip/uA VG2K/V Ip/uA VG2K/V Ip/uA VG2K/V Ip/Ua0.5 0 8 1.5 15.5 8.4 23 2.5 30.5 17.61 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 31.5 121、汞5101520253035404505101520I p /u AVG2K/V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=4.91V2 0 9.5 1.9 17 6.2 24.5 10.6 32 7 2.5 0 10 3.1 17.5 2 25 12.5 32.5 4.23 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 7.5 276 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 36.5 137 3.5 14.5 4.4 22 5.8 29.5 12.9 37 8.5 7.5 2.515 6.822.5 2.1 30 15.8Hg 的Ip-VG2K 数据ΔV7=40.30-35.41=4.89V 故汞的第一激发电位为V V 76.4789.491.489.483.463.474.449.4=++++++=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。

当温度较高时，则会出现相反效果。

实验心得当用示波器测量Ar 的第一激发电位时，要注意调整发射电子的强度，不能在最高处出Ar 的Ip-VG2K 图像现截止的情况。

当测量Hg的第一激发电位时，必须注意调整炉内温度，避免出现数据和图像的异常。

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弗兰克赫兹实验报告及数据处理-资料类

弗兰克赫兹实验报告及数据处理-资料类

弗兰克赫兹实验报告及数据处理－资料类关键信息项：1、实验目的2、实验设备3、实验原理4、实验步骤5、数据记录与处理方法6、误差分析7、实验结论11 实验目的本实验旨在通过研究电子与原子的碰撞过程，测量汞原子的第一激发电位，从而深入理解原子的能级结构和量子特性。

111 具体目标掌握弗兰克赫兹实验的基本原理和实验方法。

学会使用实验仪器进行数据测量和采集。

能够对实验数据进行准确的记录和处理，得出有意义的结论。

12 实验设备弗兰克赫兹实验仪，包括充汞的玻璃管、加热炉、灯丝电源、加速电压电源、扫描电压电源、微电流放大器等。

数字示波器，用于观测实验中的电信号。

计算机，用于数据采集和处理。

121 设备要求实验仪各电源输出稳定，电压和电流精度满足实验需求。

微电流放大器灵敏度高，噪声低。

数字示波器具有足够的带宽和采样率，以准确显示实验信号。

13 实验原理弗兰克赫兹实验是利用一定能量的电子与原子碰撞，使原子从基态跃迁到激发态。

当电子的能量等于原子的激发能时，会发生明显的电流下降，通过测量电流随加速电压的变化曲线，可以确定原子的激发电位。

131 电子与原子的碰撞在充有汞蒸气的玻璃管中，电子在电场的作用下被加速，获得一定的能量。

当电子与汞原子碰撞时，可能将能量传递给汞原子，使其激发到高能态。

132 第一激发电位的测量随着加速电压的增加，电子的能量逐渐增大。

当电子能量达到汞原子的第一激发电位时，与汞原子发生非弹性碰撞，电子损失大量能量，导致电流下降。

继续增加电压，电子再次获得足够能量与汞原子碰撞，电流又会下降，从而形成一系列的电流峰和谷。

相邻峰或谷之间的电压差即为汞原子的第一激发电位。

14 实验步骤141 实验准备检查实验仪器是否完好，连接线路是否正确。

开启加热炉，将汞蒸气加热到合适的温度。

142 电源调节调节灯丝电源，使灯丝发射适量的电子。

缓慢调节加速电压和扫描电压，观察示波器上的电流信号。

143 数据测量从低电压开始，逐步增加加速电压，同时记录微电流放大器的输出电流值。

弗兰克赫兹效应实验报告

弗兰克赫兹效应实验报告

一、实验目的1. 通过弗兰克-赫兹实验，了解并掌握原子能级的存在和量子化的概念。

2. 熟悉实验仪器和操作方法，提高实验技能。

3. 培养分析实验数据、处理实验结果的能力。

二、实验原理1. 原子能级与量子化根据量子理论，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。

2. 弗兰克-赫兹效应弗兰克-赫兹实验采用慢电子与稀薄气体中原子碰撞的方法，证实了原子能级的存在。

实验中，电子由阴极发出，经电压加速后趋向板极，途中与气体原子发生碰撞。

若电子能量足以克服减速电压，则能穿过栅极到达板极形成电流。

当电子与原子碰撞时，部分能量会传递给原子，使原子从基态跃迁到激发态或电离态。

实验结果表明，电子的能量与原子激发态之间的能量差是量子化的。

三、实验仪器与设备1. 弗兰克-赫兹实验仪2. 数字电压表3. 数字电流表4. 氩气瓶5. 阴极灯丝加热电源6. 磁铁四、实验步骤1. 连接实验仪器，调整实验装置。

2. 加热阴极灯丝，使电子发射。

3. 调节加速电压，使电子能量逐渐增加。

4. 观察并记录不同加速电压下的板极电流。

5. 分析实验数据，绘制电子能量与板极电流的关系曲线。

6. 根据实验数据，计算氩原子的第一激发能。

五、实验结果与分析1. 实验数据根据实验数据，绘制电子能量与板极电流的关系曲线，如图所示。

2. 结果分析从实验结果可以看出，当加速电压逐渐增加时，板极电流先增大后减小，形成一个峰值。

峰值对应的电压即为氩原子的第一激发电位。

实验结果与理论值基本相符，验证了原子能级的存在。

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

2. 实验结果表明，氩原子的第一激发电位为16.5V，与理论值基本相符。

3. 实验过程中，注意了实验仪器的正确使用和实验数据的准确记录，提高了实验技能。

弗兰克赫兹实验报告模板

弗兰克赫兹实验报告模板

一、实验名称弗兰克-赫兹实验二、实验目的1. 通过实验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. 掌握电子与原子碰撞的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. 根据量子理论，原子只能处于一系列不连续的能量状态，即定态。

2. 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。

3. 电子在加速电压U的作用下获得能量，当其能量等于或大于第一激发态能量E1时，即可实现跃迁。

四、实验器材1. 弗兰克-赫兹实验仪2. 氩气瓶3. 数字电压表4. 数字电流表5. 计时器6. 连接线和导线五、实验步骤1. 检查实验仪器的完整性，确保实验仪正常工作。

2. 打开氩气瓶，调节气体压力至实验要求。

3. 调节加速电压和减速电压，使电子在电场中加速和减速。

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曲线。

6. 根据曲线确定氩原子的第一激发电势。

六、实验数据与分析1. 记录实验过程中输出电流与加速电压的关系曲线。

2. 分析曲线，确定氩原子的第一激发电势。

3. 计算实验误差，分析误差来源。

七、实验结果1. 氩原子的第一激发电势为：XXX eV。

2. 实验误差为：XXX %。

八、实验讨论1. 分析实验结果与理论值的差异，探讨误差来源。

2. 讨论实验过程中可能出现的异常现象，分析原因。

3. 总结实验过程中学到的知识，对实验原理进行深入理解。

九、结论1. 通过实验测量，验证了原子能级的存在，加深了对量子化概念的理解。

2. 掌握了电子与原子碰撞的微观过程与宏观物理量相结合的实验设计方法。

十、参考文献1. 王家骐，张洪涛. 基础物理实验[M]. 北京：高等教育出版社，2010.2. 张志敏，刘志勇，陈国良. 基础物理实验教程[M]. 北京：科学出版社，2008.3. 弗兰克-赫兹实验原理及装置介绍[EB/OL]. /frank-hertz.html，2022-10-01.十一、附录1. 实验数据记录表2. 实验曲线图3. 误差分析报告（注：以上模板仅供参考，具体实验内容可根据实际情况进行调整。

弗兰克-赫兹实验报告12页

弗兰克-赫兹实验报告12页

弗兰克-赫兹实验报告12页一、实验简介弗兰克-赫兹实验是用于研究原子中的电子能级的实验，由德国物理学家弗兰克和赫兹于1914年首次进行。

该实验基于能量量子化的概念，对气体中电子的能级结构进行了实验研究。

实验中使用汞气作为气体样品，并观察了在逐渐递增的电压下电子的能量变化以及电子在经过汞原子时的散射现象。

本实验在原子物理学以及量子力学发展历史上具有里程碑的意义。

二、实验原理1.能量量子化在原子中，电子所拥有的能量和它的运动状态是量子化的，因此它们只存在于特定的能量状态中。

这些能量状态被称为能级，其能量可以通过光子吸收和辐射来进行变化。

2.汞原子的能级汞原子是大型原子，其中包含80个电子，因此具有复杂的能级结构。

常见的汞原子能级包括原子的基态以及第一、第二、第三激发态等。

在本实验中，我们将重点关注第一激发态，其能量为4.9电子伏。

3.散射现象在电子经过汞原子时，它们将与原子中的电子进行散射，影响它们的移动方向和能量。

通过观察不同电压下电子在汞蒸汽中的散射情况，可以研究电子在汞原子中的散射过程以及不同能级的存在情况。

三、实验步骤1.设备调试首先对设备进行调试，检查电源、电压计、放大器等设备是否正常运行。

2.样品处理使用灯丝对汞样品进行加热，使其升华产生汞性气体。

3.电子管与样品接触将电子管的阳极与汞样品接触，使电子通过样品并进行散射。

4.电压递增逐渐递增电压，观察电子的能量变化以及电子在经过汞原子时的散射情况。

5.测量数据通过放大器和电压计来测量电压和电流等数据，记录不同电压下电流和电压之间的关系。

四、数据分析通过测量数据可以得到不同电压下汞蒸汽中散射电子的动能，进一步可以得知电子在不同能级中的能量情况。

例如，在电压为10伏的情况下，当电流增大时，证明散射电子的动能增加，这表明电子已经达到第一激发态能级。

当电压增加到50伏时，电流在急剧减小，这表明散射电子已经失去了能够到达下一个能级所需的能量。

从而可以推断出汞原子存在第一激发态能级。