實驗題目：夫蘭克-赫茲實驗【實驗?zāi)康摹?、通過實驗測定氬原子等元素的第一激發(fā)電位（即中肯電位）。2、理解原子能級的存在及如何躍遷?！緦嶒瀮x器】夫蘭克-赫茲實驗儀【實驗原理】玻爾提出的原子理論指出：①原子只能較長地停留在一些穩(wěn)定狀態(tài)（簡稱為定態(tài)）。原子在這些狀態(tài)時，不發(fā)射或吸收能量：各定態(tài)有一定的能量，其數(shù)值是彼此分隔的。原子的能量不論通過什么方式發(fā)生改變，它只能從一個定態(tài)躍遷到另一個定態(tài)。②原子從一個定態(tài)躍遷到另一個定態(tài)而發(fā)射或吸收輻射時，輻射頻率是一定的。如果用Em和En分別代表有關(guān)兩定態(tài)的能量的話，輻射的頻率ν決定于如下關(guān)系：hν＝|Em－En|（1）式中，普朗克常數(shù)h=6.63×10-34J·s為了使原子從低能級向高能級躍遷，可以通過具有一定能量的電子與原子相碰撞進(jìn)行能量交換的辦法來實現(xiàn)。設(shè)初速度為零的電子在電位差為U0的加速電場作用下，獲得能量eU0。當(dāng)具有這種能量的電子與稀薄氬氣的原子發(fā)生碰撞時，就會發(fā)生能量交換。如以E1代表氬原子的基態(tài)能量、E2代表氬原子的第一激發(fā)態(tài)能量，那么當(dāng)氬原子吸收從電子傳遞來的能量恰好為eU0=E2－E1（2）時，氬原子就會從基態(tài)躍遷到第一激發(fā)態(tài)。而且相應(yīng)的電位差稱為氬的第一激發(fā)電位（或稱氬的中肯電位）。測定出這個電位差U0，就可以根據(jù)（2）式求出氬原子的基態(tài)和第一激發(fā)態(tài)之間的能量差了（其他元素氣體原子的第一激發(fā)電位亦可依此法求得）。夫蘭克一赫茲實驗的原理圖如圖一所示。在充氬氣的夫蘭克一赫茲管中，電子由熱陰極發(fā)出，陰極K和第二柵極G2之間的加速電壓UG2K使電子加速。第一柵極對電子加速起緩沖作用，避免加速電壓過高時將陰極損傷。在板極A和第二柵極G2之間加有反向拒斥電壓UG2A。管內(nèi)空間電位分布如圖二所示。當(dāng)電子通過KG2空間進(jìn)入G2A空間時，如果有較大的能量（≥eUG2A），就能沖過反向拒斥電場而到達(dá)板極形成板極電流（即用“拒斥電壓”篩去小能量電子的方法），為微電流計μA表檢出。如果電子在KG2空間與氬原子碰撞，把自己一部分能量傳給氬原子而使后者激發(fā)的話，電子本身所剩余的能量就很小，以致通過第二柵極后已不足于克服拒斥電場而被折回到第二柵極，這時，通過微電流計μA表的電流將顯著減小。實驗時，使UG2A電壓逐漸增加并仔細(xì)觀察電流計的電流指示，如果原子能級確實存在，而且基態(tài)和第一激發(fā)態(tài)之間有確定的能量差的話，就能觀察到如圖三所示的IA～UG2K曲線。圖三所示的曲線反映了氬原子在KG2空間與電子進(jìn)行能量交換的情況。當(dāng)KG2空間電壓逐漸增加時，電子在KG2空間被加速而取得越來越大的能量。但起始階段，由于電壓較低，電子的能量較少，即使在運動過程中它與原子相碰撞也只有微小的能量交換（為彈性碰撞）。穿過第二柵極的電子所形成的板極電流IA將隨第二柵極電壓UG2K的增加而增大（如圖三的oa段）。當(dāng)KG2間的電壓達(dá)到氬原子的第一激發(fā)電位Uo時，電子在第二柵極附近與氬原子相碰撞，將自己從加速電場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氬原子，即使穿過了第二柵極也不能克服反向拒斥電場而被折回第二柵極（被篩選掉）。所以板極電流將顯著減?。▓D三所示ab段）．隨著第二柵極電壓的增加，電子的能量也隨之增加，在與氬原子相碰撞后還留下足夠的能量，可以克服反向拒斥電場UG2K(V)IA(mA)UG2K(V)IA(mA)UG2K(V)IA(mA)2.用作圖軟件作出IA～UG2K關(guān)系曲線，上傳圖片。（15分）3.由所作的圖中讀出電壓峰值填入下表2，計算氬元素的第一激發(fā)電位，并求百分差（15分）U1(V)U2(V)U3(V)U4(V)U5(V)U2-U1(V)U3-U2(V)U4-U3(V)U5-U4(V)Un+1-百分誤差為：%4、自動測量氬元素的第一激發(fā)電位（1）改變第一加速電壓VG1K，自動測量IA～UG2K關(guān)系曲線上傳圖片。（10分）