弗兰克_赫兹实验报告
弗兰克_赫兹实验报告
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=25.8V,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.
则Ux=u0.68=4.80.08V.
2. 求Ar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：
得到的六个峰值（Ip），对应的UG2K依次为：U1=3.00V,U2=4.15V,U3=5.35V,U4=6.60V,U5=7.90V,U6=9.20V.
设Ux为Hg的第一激发电位，则有下列式子（逐差法）：
3*Ux1=U4-U1=6.60V-3.00V=3.60V, Ux1=1.20V;
3*Ux2=U5-U2=7.90V-4.15V=3.75V, Ux2=1.25V;
3*Ux3=U6-U3=9.20V-5.35V=3.85V, Ux3=1.28V 则
==1.24V.
不确定度分析：
uA=
u0.68=1.32*uA=1.32*0.023V=0.030V.
则Ux=u0.68=1.240.030V.
结论：由此可得，Hg的第一激发电位UxHg=4.80.08V，而Ar原子的第一激发电位为UxAr=1.240.030V。
思考题：
说明温度对充汞F-H管Ip-VG2k曲线影响的物理机制。
答：，在一定温度下（一般在发100 oC至250 oC），才可得到合适压强的汞
蒸气，这时汞原子的密度也是合适的。汞蒸气对温度非常敏感，如果温度不在合适范围之内，会影响到汞原子在F-H管内的密度。如果温度较低，会导致F-H 管中汞原子的密度较小，就进一步为汞原子专门提供与电子碰撞，这就使得电子的平均自由程变大，电子有机会使积蓄的能量超过 4.9V，从而使高激发态的激发概率迅速增加，会Ip有了对应的峰，并在Ip-VG2kr 曲线上有对应的峰，出现高激发态时的电位，这就会影响到实验的结果。如果温度较高，汞管内的密度较大，使电子每次能量到达4.9eV时，有足够大的概率与汞原子发生能量交换，使得电子的速度重新回到零，并需要重新加速，直到再次到达4.9eV，又与汞原子发生能量交换…….始终都在在基态和第一激发态之间，并且在Ip-VG2K曲线中会表现出有多个峰值，并且都是处在第一激发态上。则会使所以说，在实验中对汞的温度也有一定的讲究：过高时，则在Ip-VG2k曲线上会出现多个峰；过低则会使得出现高激发态上的峰值，在图中表现为，两个峰值的距离会加大。
实验心得:
1. 实验过程中，开始时使用的仪器，在调好了相关数据后，进行读数时，发现数据变化很小、，这就增大了读取数据的误差。后来换了一台仪器，读取时,电流随电压的改变而改变的幅度变大，这就大大减小了读取数据的误差，也使得实验中测量Hg的第一激发电位较为准确。所以我觉得在实验开始时调整好实验仪器，也是一件非常重要的事。
2. 在实验过程中，一定要定下心来。实验中读取数据有的时候是一件很枯燥单调的事，当需要读取的数据很多时，容易变得浮躁，使得会出现读取错误的情况。这就需要我们能够冷静自我，一心一意地去做自己要做的事，把需要实验的步骤做好。这很重要。