赫兹实验报告

惠州学院近代物理实验报告电子科学系 09物理2 班实验日期 2012 年 11 月 15 日姓名学号同组姓名指导老师宋晋湘实验名称：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en向高能级em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1?e?em?en?ev?mv22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：3ip?cexp{vg2k}2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=2.5vvg2p=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ip/ua20151050051015202530354045hg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?4.49?4.74?4.63?4.83?4.89?4.91?4.89 ?4.76v7ar的ip-vg2k数据120100 80604020a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 ar的ip-vg2k图像故ar的第一激发电位为v?9.96?11.34?11.63?11.86?12.41?12.95 ?11.69v6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，不能在最高处出篇二：弗兰克-赫兹实验报告大学物理实验报告-弗兰克赫兹实验实验题目：弗兰克赫兹实验实验器材：f－h实验管、恒温加热电炉、f－h实验装置、示波器。

实验内容：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：f-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100 oc至250 oc。

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157 oc，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）。

3．测ar原子的第一激发电位。

1）调节好相关的数据：vp=8.36v，vg1=1.62v，vg2k=0~100v，vf=2.64v；2）将相关档位调到自由档位，在示波器上观看得到的ip-vg2k图，是否符合实验要求（有六个以上的波峰）。

再将相关档位调到手动档位。

3）手动改变vg2k的值，并记录下对应的ip值上（每隔0.05v记录一个数据）。

4）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）。

4．得出结论。

原始数据:1. vf=1.3v vg1k=2.5v vg2p=1.5v t=157oc求汞原子的第一激发电位的数据表2. vp=8.36v vg1=1.62v vg2k=0~100v vf=2.64v求ar原子的第一激发电位的数据表数据处理：1．求hg原子的第一激发电位。

将在实验中记录下的数据，以点的形式描在x-y坐标上，并用平滑曲线连接后得到的图形为：得到的七个峰值（ip），对应的ug2k依次为：u1=7.0v , u2=11.6v , u3=16.0v , u4=21.0v ,u5=25.8 v, u6=30.6v , u7=35.6v .设ux为hg的第一激发电位，则有下列式子（逐差法）：4*ux1=u5-u1=25.8v-7.0v=18.8v, ux1=4.7v; 4*ux2=u6-u2=30.6v-11.6v=19.0v, ux2=4.8v; 4*ux3=u7-u3=35.6v-16.0v=19.6v, ux3=4.9v 则==4.8v.不确定度分析：ua=u0.68=1.32*ua=1.32*0.06v=0.08v.篇三：弗兰克赫兹实验报告弗兰克赫兹实验实验背景：1914年，德国物理学家夫兰克和赫兹对勒纳用来测量电离电位的实验装置作了改进。

他们采取慢电子(几个到几十个电子伏特)与单元素气体原子碰撞的办法，着重观察碰撞后电子发生什么变化(勒纳则观察碰撞后离子流的情况)。

通过实验测量，电子和原子碰撞时会交换某一定值的能量，且可以使原子从低能级激发到高能级，独立证明了原子波尔理论的正确性，由此获得了1925年诺贝尔物理学奖。

一、实验目的1. 通过测定汞原子的第一激发点位，证明原子能记得存在。

2. 学习测量微电流的方法。

二、实验原理（一）原子能级根据玻尔理论，原子只能处在一些不连续的定态中，每一定态相应于一定的能量，常称为能级。

受激原子在能级间跃迁时，要吸收或发射一定频率的光子。

然而，原子若与具有一定能量的电子发生碰撞，也可使原子从低能级跃迁到高能级。

夫兰克－赫兹实验正是利用电子与原子的碰撞实现这种跃迁的。

电子在加速电压ｕ的作用下获得能量，表现为电子的动能mv/2，当eu?mv2/2?en?em时，即可实现跃迁。

若原子吸收能量eu0。

从基态跃迁到第一激发态，则称u0为第一激发电位或中肯电位。

汞原子基态之上的最低一组能级如右图所示。

汞原子基态为由二个6s 电子组成的1s0，较近的激发态为由一个6s 电子和一个6p 的电子构3333成的1p单能级和，和组成的三能级。

只有pppp12101为允许自发跃1迁态：3p1?s0,发出波长为253.7nm的紫外光，对应能量为231因pu0?4.9ev。

3p2 和3p0为亚稳态，1?s0的跃迁属于禁戒跃迁，所以通常把3p1态称为汞的第一激发态。

（二）原理说明实验原理图如图2和图3所示，充汞的夫兰克- 赫兹管，其阴极k被灯丝h加热，发射电子。

电子在k 和栅极g 之间被加速电压ukg加速而获得能量，并与汞原子碰撞，栅极与板极a之间加反向拒斥电压uga，只有穿过栅极后仍有较大动能的电子，才能克服拒斥电场作用，到达板极形成板流ia。

以下是根据实验得出的ia?ugk曲线示意图，每当ugk?nu0时ia都会下降，曲线上两个相邻的峰（谷）的ugk间距即为原子第一激发电位。

三、实验仪器f—h 实验管， wmzk—01 温度控制仪，电脑化x—y 记录仪，fh—ii 型夫兰克—赫兹实验仪四、实验数据与结论（一）标准系统参数：灯丝电压ugk?1.5v；加速电压ug1k?2.0v；反向拒斥电压ug2p?3.0v；温度t?180c 200600 1.5v500400 100 ia300020000400006000080000100000 ugk图5利用origin拾取峰值后得到如下数据（表1），并线性拟合如图6：90000linear regression for ugk=1.5v 80000700006000050000ugk40000300002000010000 246810121416linear regression for sheet1_b:y = a + b * x parametervalueerror------------------------------------------------a2454.90705182.56756b5127.8344120.07975----------------------------------------------- n表1 图6 从图中可以读出本次试验标准参数下的原子第一激发点位（及曲线斜率）uo?5.1278v。

（二）改变温度，研究温度对曲线的影响：灯丝电压ugk?1.5v；加速电压ug1k?2.0v；反向拒斥电压ug2p?3.0v 分别测t?170c，t?190c，t?200c下的数据与上述t?180c数据对比。

用类似的处理方法，有以下数据（表2）：表2 通过比较有：（1）hg原子的第一激发电位在5.1v左右；（2）实验中第一峰值并不在4.9v处，而是沿ugk轴向右平移；（3）随着温度的升高，第一激发电位有小幅下降，直观图形如图7。