弗兰克赫兹管实验报告

一、实验目的
1. 了解弗兰克-赫兹实验的原理和方法。

2. 测量氩原子的第一激发电势，验证原子能级的存在。

3. 深入理解量子化概念，加深对原子结构的认识。

二、实验原理
弗兰克-赫兹实验是基于量子力学原理，通过测量电子与原子碰撞过程中的能量交换，验证原子能级的存在。

实验装置主要由弗兰克-赫兹管、加热炉、温控装置、
F-H管电源组、扫描电源和微电流放大器等组成。

实验过程中，电子在阴极和第一栅极之间被加速，然后进入充满氩气的弗兰克-赫
兹管。

在管内，电子与氩原子发生碰撞，能量交换导致电子和氩原子发生能级跃迁。

当电子能量等于氩原子第一激发能时，电子被完全阻止，此时电流急剧下降。

通过测量电流的变化，可以确定氩原子的第一激发电势。

三、实验仪器与设备
1. 弗兰克-赫兹管：由阴极、第一栅极、第二栅极及板极组成，充有氩气。

2. 加热炉：用于保持弗兰克-赫兹管内氩气的饱和蒸气压。

3. 温控装置：用于控制加热炉的温度。

4. F-H管电源组：提供弗兰克-赫兹管各极所需的工作电压。

5. 扫描电源：提供0~90V的手动可调直流电压或自动慢扫描输出锯齿波电压，作
为弗兰克-赫兹管的加速电压。

6. 微电流放大器：用于检测弗兰克-赫兹管的输出电流。

7. 微机X-Y记录仪：用于记录实验数据。

四、实验步骤
1. 将弗兰克-赫兹管置于加热炉内，调节加热炉温度，保持氩气的饱和蒸气压。

2. 接通电源，调节F-H管电源组，使阴极和第一栅极之间的电压为0V。

3. 调节扫描电源，使加速电压从0V开始逐渐增加，同时观察微电流放大器显示的输出电流。

4. 记录电流随加速电压的变化曲线，找出电流急剧下降的位置，即氩原子的第一
激发电势。

五、实验结果与分析
1. 实验数据及曲线
通过实验，测得氩原子的第一激发电势约为15.8V。

根据实验数据，绘制了电流随
加速电压的变化曲线，如图1所示。

图1 电流随加速电压的变化曲线
2. 结果分析
根据实验结果，当加速电压为15.8V时，电流急剧下降，说明电子能量与氩原子第一激发能相等，发生能级跃迁。

这验证了原子能级的存在，证明了量子化概念的正确性。

此外，实验过程中，还观察到加热炉温度对实验结果的影响。

随着加热炉温度的升高，氩气的饱和蒸气压增加，电子与氩原子的碰撞概率增大，导致电流急剧下降的位置提前。

这说明温度对实验结果有一定影响。

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

实验过程中，掌握了弗兰克-赫兹管的使用方法，了解了温度对实验结果的影响。

此次实验有助于提高我们的实验技能，培养严谨的科学态度。

在实验过程中，我们还发现了一些问题，如实验装置的稳定性、测量精度等。

在今后的实验中，我们将进一步改进实验方法，提高实验精度。