1、實(shí)驗(yàn)報(bào)告評(píng)分：管理學(xué)院16系09級(jí)學(xué)號(hào)PB09204073姓名梁永翔日期2010-10-26實(shí)驗(yàn)題目：弗蘭克赫茲（FH）實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)原理：1躍遷原理根據(jù)波爾理論，原子只能處在一些不連續(xù)的定態(tài)中，每一個(gè)定態(tài)相應(yīng)一定的能量常稱(chēng)為能級(jí)，其數(shù)值彼此分立的，原子在能級(jí)間進(jìn)行躍遷時(shí)吸收或發(fā)射確定頻率的光子。然而，原子若與一定能量的電子發(fā)生碰撞，也可以使原子從低能級(jí)躍遷到高能級(jí)。夫蘭克赫茲實(shí)驗(yàn)正是利用電子和原12子的碰撞來(lái)實(shí)現(xiàn)這種躍遷。通過(guò)控制加速電壓U,來(lái)控制電子的動(dòng)能一mV,當(dāng)eUJmV2EnEmmV2式中Em,En表示碰撞前后能級(jí)的能量，V,V指碰撞前后電子的速度。如果m0,n1,躍遷到第一激發(fā)態(tài)；如果2

2、n，躍遷到較高激發(fā)態(tài)；如果n,此時(shí)原子被電離。2汞原子的能級(jí)結(jié)構(gòu)本FH實(shí)驗(yàn)使用的碰撞管是充汞的，因?yàn)楣菃卧臃肿樱芗?jí)較為簡(jiǎn)單。汞原子是由原子核和核外80個(gè)電子組成的，在滿(mǎn)的支殼外有兩個(gè)價(jià)電子，在正常情況下，這兩個(gè)電子都處于6s態(tài)，所以它的基態(tài)組態(tài)為6s2及基態(tài)的LS組態(tài)為1Soo處于激發(fā)態(tài)時(shí)，一個(gè)6s電子可能被激發(fā)到較高的61Pi,63P012,61D1,63D123,61F1,63E34,71S。等能量狀態(tài)，甚至電離，而另一個(gè)電子仍留在6s態(tài)，具體能級(jí)如圖1所示。且汞是一種易于操縱的物質(zhì)，常溫下是液體，飽和蒸汽壓很低，加熱就可改變它的飽和蒸汽壓，汞的原子量較大與電子作彈性碰撞時(shí)，電子損失

3、的能量極小，且電正性的汞也不容易和電子親和而形成負(fù)離子，可以用來(lái)研究電子和原子碰撞的規(guī)律。fSVI)'F勺V'nFHI興艮下融融"良3充汞的夫蘭克赫茲管的內(nèi)部原理充汞的夫蘭克赫茲管如圖2所示。電子由熱陰極發(fā)出，在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，陰極K和第一柵極G之間為加速區(qū)，第一柵極G和第二柵極G為碰撞區(qū)（測(cè)第一激發(fā)電位同時(shí)也是加速區(qū)），第二柵極G和極板A為反向區(qū)。管內(nèi)的總體電位如圖3所示。當(dāng)電子通過(guò)KG空間進(jìn)入GK空間時(shí)，如果有較大的能量（eV反）時(shí)，就能沖向反向拒斥電壓而達(dá)到極板形成電流，為微流計(jì)uA表測(cè)出，如果電子在碰撞區(qū)與汞原子碰撞，把自己的一部分能量傳給汞原子，而使汞原子激

4、發(fā)，這樣電子本身所剩的能量就減小，以至于通過(guò)第二柵極后不足于克服拒斥電場(chǎng)而被斥回到第二柵極，這時(shí)微流計(jì)uA表的電流將顯著減小，由汞原子的能級(jí)特點(diǎn)決定電流呈規(guī)律性的變化。國(guó)2】卜】礪壯為-搔成營(yíng)SJ夫絲克獨(dú)合內(nèi)電位分壽4測(cè)汞的第一激發(fā)態(tài)電位的原理實(shí)驗(yàn)報(bào)告評(píng)分：管理學(xué)院16系09級(jí)學(xué)號(hào)PB09204073姓名梁永翔日期2010-10-26測(cè)汞的第一激發(fā)態(tài)電位的電路圖如圖4所示，第一柵極G的作用主要是消除空間電荷對(duì)陰極發(fā)射電子的影響。圖5所示的曲線反映了汞原子在KG空間與電子進(jìn)行能量交換的情況。當(dāng)KG空間電壓逐漸增加時(shí)，電子在KG空間被加速而取得越來(lái)越大的能量。但起始階段，由于電壓較低，電子的能量較

5、少，即使在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中它與原子相碰撞也只有微小的能量交換（為彈性碰撞）。穿過(guò)第二柵極的電子所形成的板極電流|將隨第二柵極電A壓UG2K的增加而增大（如圖5的Oa段）。當(dāng)GK間的電壓達(dá)到汞原子的第一激發(fā)電位U0時(shí)，電子在第二柵極附近與汞原子相碰撞，將自己從加速電場(chǎng)中獲得的全部能量交給后者，并且使后者從基態(tài)激發(fā)到第一激發(fā)態(tài)。而電子本身由于把全部能量給了汞原子，即使穿過(guò)了第二柵極也不能克服反向拒斥電場(chǎng)而被折回第二柵極（被篩選掉）。所以板極電流將顯著減?。▓D5所示ab段）。隨著第二柵極電壓的不斷增加，電子的能量也隨之增加，在與汞原子相碰撞后還留下足夠的能量，可以克服反向拒斥電場(chǎng)而達(dá)到板極A,這時(shí)電流又開(kāi)

6、始上升（bc段）。直到G2K間電壓是二倍汞原子的第一激發(fā)電位時(shí)，電子在GK間又會(huì)因二次碰撞而失去能量，因而又會(huì)造成第二次板極電流的下降（cd段），同理，凡GK之間電壓滿(mǎn)足：Ug2KnU0（n1,2,3,）時(shí)板極電流1A都會(huì)相應(yīng)下跌，形成規(guī)則起伏變化的1AUG2K曲線。而各次板極電流1A達(dá)到峰值時(shí)相對(duì)應(yīng)的加速電壓差Un1Un，即兩相鄰峰值之間的加速電壓差值就是汞原子的第一激發(fā)電位值U00圖4u量耒原子第一激發(fā)電位的電路5測(cè)汞的較高激發(fā)態(tài)電位的原理4.9eV的能量。所以它只能用于測(cè)量汞原子的第一激發(fā)能。如何在管中實(shí)現(xiàn)較高能在測(cè)汞的第一激發(fā)態(tài)電位的實(shí)驗(yàn)中，電子一般很難達(dá)到超過(guò)級(jí)的激發(fā)呢？首先要獲得較

7、高能量的電子，其次要提高電子在碰撞區(qū)內(nèi)與原子碰撞的幾率。在加速區(qū)中，由于路徑短，能有較多的電子不與汞原子發(fā)生碰撞，這樣電子進(jìn)入碰撞區(qū)時(shí)能有高于4.9eV的能量。為了提高電子在碰撞區(qū)內(nèi)與原子碰撞的幾率，在設(shè)計(jì)時(shí)，使第一柵極G與第二柵極G的間距大于電子的平均自由程，實(shí)驗(yàn)時(shí)，把它們連在一起，形成一個(gè)等勢(shì)區(qū)。圖6給出測(cè)量的電路圖，等勢(shì)區(qū)內(nèi)的電場(chǎng)梯度為碰撞區(qū)的補(bǔ)償電位。由此電路圖所得的碰撞的能量交換的曲線如圖7所示。碰撞和能量交換過(guò)程，以及板極電流的形成與第一激發(fā)態(tài)的過(guò)程相似，只是圖中顯示有多個(gè)峰和谷，且大小不一，間距不等，這與第一激發(fā)態(tài)的規(guī)律不同。這是因?yàn)檫@些峰，可能是較高能量的電子與汞原子碰撞，直接

8、把汞原子激發(fā)到較高激發(fā)態(tài)產(chǎn)生的，或者可能是多個(gè)能級(jí)所產(chǎn)生的峰的疊加，以及各個(gè)能級(jí)的穩(wěn)定度不同，及碰撞幾率不等等產(chǎn)生的。B用海量柔層孑里后謝堂電值前電藹國(guó)T較合熱度毫工曲蟆實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：1. 熟悉實(shí)驗(yàn)裝置，掌握實(shí)驗(yàn)條件;2. 測(cè)量汞的第一激發(fā)電位；3. 測(cè)量瀛的第一激發(fā)電位；實(shí)驗(yàn)報(bào)告評(píng)分：管理學(xué)院16系09級(jí)學(xué)號(hào)PB09204073姓名梁永翔日期2010-10-26實(shí)驗(yàn)儀器和步驟:1實(shí)驗(yàn)儀器本實(shí)驗(yàn)所用儀器有：FH1型充汞夫蘭克一赫茲管，F(xiàn)HH1型控制加熱爐，F(xiàn)HH1型微電流放大器和掃描電源，F(xiàn)H1型電源組。2實(shí)驗(yàn)步驟(1)打開(kāi)控溫儀電流開(kāi)關(guān)，旋轉(zhuǎn)控溫旋鈕，設(shè)定實(shí)驗(yàn)所需的溫度。打開(kāi)FH1型微電流放大器

9、和掃描電源，F(xiàn)H1型電源組開(kāi)關(guān)預(yù)熱。(2)用導(dǎo)線將各儀器按電路圖正確連接起來(lái)。(3)將Vf和“手動(dòng)調(diào)節(jié)”電位器旋轉(zhuǎn)到最小，掃描選擇置“手動(dòng)”檔，極性選擇置“負(fù)”檔。(4)待爐溫達(dá)到預(yù)熱溫度后(以溫度盤(pán)指針為準(zhǔn)),接通兩臺(tái)儀器的電源，按實(shí)驗(yàn)所需的參考電壓數(shù)據(jù)，分別調(diào)節(jié)好Vh、Vs、V掃描選擇置“自動(dòng)”檔，定性觀察板流的變化。(5)掃描選擇置“手動(dòng)”檔，緩慢調(diào)節(jié)“手動(dòng)調(diào)節(jié)”電位器，從0至適當(dāng)值(須小于70M)逐漸增大加速電壓Vsk,定性觀察板流的變化，粗測(cè)“峰”、“谷”的位置，注意選擇微電流測(cè)試儀的量程和倍率(X107或X10-8),使板流最大值不超過(guò)量程。(6)在粗測(cè)調(diào)整適宜的基礎(chǔ)上，從Vg2K

10、最小開(kāi)始逐點(diǎn)記錄Vg2K和|A值，在電流變化較大時(shí)，應(yīng)增加測(cè)量點(diǎn)。(7)根據(jù)實(shí)驗(yàn)所需，按照不同燈絲電壓或溫度數(shù)據(jù)，以及不同的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容重復(fù)1-6步驟。(8)用逐差法算出汞原子第一激發(fā)電位，和從數(shù)據(jù)中找出較高激發(fā)電位和電離電位，并與公認(rèn)值相比較，算出測(cè)量相對(duì)誤差和不確定度范圍。以I為縱坐標(biāo)，V52K(或2)為橫坐標(biāo)，畫(huà)出不同溫度和不同燈絲電壓下的I-VG2K(或I-VG2)曲線，并分析討論這些物理參數(shù)對(duì)實(shí)驗(yàn)曲線的影響。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù):1 .汞的測(cè)量數(shù)據(jù):u/v11升/10-811AI-8降/100.50.00.01.00.10.01.50.10.02.00.10.12.50.20.03.00.20.13

11、.50.40.14.00.40.24.50.40.45.00.60.85.51.00.96.01.21.16.51.41.27.01.11.07.50.90.58.01.00.88.51.21.09.01.51.59.51.82.010.02.02.510.52.23.011.02.84.011.52.94.112.01.62.112.51.41.013.02.11.513.52.82.11A實(shí)驗(yàn)報(bào)告評(píng)分:姓名梁永翔日期2010-10-26管理學(xué)院16系09級(jí)學(xué)號(hào)PB0920407314.03.93.114.54.84.515.05.96.015.56.47.116.07.28.116.56.

12、88.117.03.44.517.53.12.318.03.92.718.55.04.019.06.15.919.57.27.320.08.29.120.58.710.621.09.211.921.58.511.122.05.57.822.54.75.023.05.14.923.56.36.024.08.28.024.59.59.625.010.811.525.511.514.026.011.915.926.510.715.827.08.712.127.56.88.928.06.47.228.57.58.129.09.110.029.510.912.030.012.815.030.514.31

13、8.131.015.220.031.514.220.032.011.917.032.59.213.033.08.510.833.59.110.834.010.512.234.512.215.035.014.617.6實(shí)驗(yàn)報(bào)告評(píng)分:管理學(xué)院16系09級(jí)學(xué)號(hào)PB09204073姓名梁永翔日期2010-10-2635.517.218.136.018.219.736.517.620.137.015.618.837.513.116.038.011.613.138.511.512.539.012.513.139.514.515.140.017.218.240.519.821.241.021.021.641

14、.521.222.542.020.222.042.518.420.143.016.618.843.515.917.844.016.518.144.518.719.245.020.520.52 .瀛的測(cè)量數(shù)據(jù):U/10VI/10nA0.500.321.000.331.500.322.000.322.500.323.000.323.500.324.000.324.500.325.000.325.500.326.000.326.500.327.000.327.500.328.000.328.500.329.000.329.500.3210.000.3210.500.32驗(yàn)報(bào)告評(píng)分：管理學(xué)院16系09

15、級(jí)學(xué)號(hào)PB09204073姓名梁永翔日期2010-10-2611.000.3311.500.3412.000.3812.500.4213.000.4613.500.5014.000.5614.500.6015.000.6515.500.6216.000.6716.500.7117.000.7417.500.7718.000.7918.500.8019.000.8119.500.8120.000.8020.500.7921.000.7621.500.7422.000.7022.500.6723.000.6423.500.6324.000.6624.500.7625.000.8525.501.01

16、26.001.1426.501.2527.001.3827.501.4428.001.5428.501.6129.001.6229.501.6130.001.5630.501.4731.001.3631.501.2332.001.08驗(yàn)報(bào)告評(píng)分：管理學(xué)院16系09級(jí)學(xué)號(hào)PB09204073姓名梁永翔日期2010-10-2632.500.9533.000.8033.500.6834.000.6234.500.6435.000.7535.501.0136.001.2436.501.5337.001.6537.501.9338.002.2738.502.5239.002.6139.502.7040.

17、002.7140.502.6041.002.4541.502.2442.002.0042.501.7143.001.4043.501.0644.000.8044.500.5745.000.4745.500.7846.001.0646.501.3247.001.7047.502.1148.002.3848.502.7149.003.0749.503.3750.003.6050.503.6851.003.7551.503.7352.003.6252.503.3453.003.0253.502.60驗(yàn)報(bào)告評(píng)分：管理學(xué)院16系09級(jí)學(xué)號(hào)PB09204073姓名梁永翔日期2010-10-2654.002

18、.1554.501.6955.001.2255.500.8656.000.6156.500.6057.000.7857.501.1158.001.5358.501.9159.002.3859.502.9360.003.3360.503.4561.004.0061.504.3262.004.5062.504.5963.004.6363.504.5664.004.3664.504.0565.003.6765.503.1966.002.6666.502.0567.001.5667.501.1568.000.9268.500.9469.001.1669.501.4570.001.9470.502.42

19、71.002.9171.503.4272.003.9072.504.3273.004.7373.505.0974.005.4074.505.4575.005.50驗(yàn)報(bào)告評(píng)分：管理學(xué)院16系09級(jí)學(xué)號(hào)PB09204073姓名梁永翔日期2010-10-2675.505.4276.005.2876.505.0677.004.7177.504.0978.003.7278.503.1379.002.6479.502.1180.001.8080.501.7681.001.8581.502.1182.002.4582.502.9583.003.4883.503.9184.004.4384.504.7585.005.2885.505.5686.005.9186.506.1187.006.2987.506.3288.006.2988.506.1689.005.9189.505.6190.005.25數(shù)據(jù)處理:1.汞的激發(fā)電位由數(shù)據(jù)在EXCEL中制圖如下:V評(píng)分:汞的片一%曲線讀圖得各峰值的X坐標(biāo)為:2.瀛的激發(fā)電位僦的-v&2曲線讀圖得各峰值的X坐標(biāo)為:管理學(xué)院16系