灯丝电压对汞和氩第一激发电位影响的对比研究
弗兰克赫兹实验
弗兰克－赫兹实验1．实验目的（1）用实验的方法测定汞或氩原子的第一激发电位，从而证明原子分立态的存在； （2）练习使用微机控制的实验数据采集系统。
2．实验原理根据玻尔的原子模型理论，原子是由原子核和以核为中心沿各种不同轨道运动的一些电子构成的。
对于不同的原子，这些轨道上的电子束分布各不相同。
一定轨道上的电子具有一定的能量。
当同一原子的电子从低能量的轨道跃迁到较高能量的轨道时，原子就处于受激状态。
若轨道1为正常态，则较高能量的2和3依次称为第一受激态和第二受激态，等等。
但是原子所处能量状态并不是任意的，而是受到玻尔理论的两个基本假设的制约：（1）定态假设。
原子只能处在稳定状态中，其中每一状态相应于一定的能量值Ei （i ＝1，2，3，…），这些能量值是彼此分立的，不连续的。
（2）频率定则。
当原子从一个稳定状态过渡到另一个稳定状态时，就吸收或放出一定频率的电磁辐射。
频率的大小取决于原子所处两定态之间的能量差，并满足如下关系：n m h E E ν=-其中346.6310h J s -=⨯⋅称作普朗克常数。
原子状态的改变通常在两种情况下发生，一是当原子本身吸收或放出电磁辐射时，二是当原子与其他粒子发生碰撞而交换能量时。
本实验就是利用具有一定能量的电子与汞原子相碰撞而发生能量交换来实现汞原子状态的改变。
由玻尔理论可知，处于基态的原子发生状态改变时，其所需能量不能小于该原子从基态跃迁到第一受激态时所需的能量，这个能量称作临界能量。
当电子与原子碰撞时，如果电子能量小于临界能量，则发生弹性碰撞；若电子能量大于临界能量，则发生非弹性碰撞。
这时，电子给予原子以跃迁到第一受激态时所需要的能量，其余能量仍由电子保留。
一般情况下，原子在受激态所处的时间不会太长，短时间后会回到基态，并以电磁辐射的形式释放出所获得的能量。
其频率υ满足下式g h eU ν=式中g U 为汞原子的第一激发电位。
所以当电子的能量等于或大于第一激发能时，原子就开始发光。
汞原子的第一激发电位的测量
汞原子的第一激发电位的测量——各工作参数对实验影响的初步研究摘要通过研究各个工作参数对实验的影响来确定最佳的实验条件，以能够相对准确的测量汞原子的第一激发电位。
研究采用的方法是控制变量法，每次只改变一个参数，保证其他参数不变，观察比较2P G K I V -图形变化，确定其影响并分析原因。
研究结果发现炉温和灯丝电压对实验结果影响较大。
关键词汞原子第一激发能级 控制变量 炉温 灯丝电压引言夫兰克-赫兹实验是一个很经典的实验。
1914年，夫兰克和赫兹研究气体放电现象中低能电子与原子间的相互作用，实验中发现，在充汞的放电管中，透过汞蒸气的电子流随电子的能量显现有规律的周期性变化。
他们提出了临界电势的概念：当电子能量低于与临界电势相应的临界能量时，电子与原子的碰撞是弹性的；而当电子能量达到这一临界能量时，碰撞过程由弹性转变为非弹性，电子把这份特定的能量转移给原子，使之受激；原子退激时，再以特定频率的光量子形式辐射出来。
根据爱因斯坦在1905年提出的光量子假设可以说明，就是电子损失的能量等于光量子的能量：212E mv eV h ν∆===。
同时这也验证了玻尔原子理论①。
这里主要针对夫兰克赫兹实验中汞原子第一激发能级的测量做一研究，研究实验中涉及的四个工作参数，炉温，灯丝电压，控制栅电压，减速电压对实验的影响，并分析其原因。
理论/实验部分对于电子与原子的相互作用的原理这里不做赘述，可参见《近代物理实验讲义》。
夫兰克赫兹实验的基础就是测定汞原子第一激发能级。
就下图简述其原理及过程。
首先是热阴极K 发射出电子，经过控制栅电压1G K V ，消除电子的堆积效应。
随后电子便进入了1913年玻尔发展了原子模型理论，提出了原子能级的存在。
光谱学的研究证明了原子能级的存在。
原子内部能量的量子化。
加速区，我们所要观察的就是板极电流随加速区电压变化的情况，也就是2~P G K I V 图。
在这个区域里，电子与汞原子交换能量。
氩原子的第一激发电
1 氩原子的第一激发电势为11.8V（实验值），即第一激发态能量高于基态11.8电子伏特(11.8*1.60*10^-19 J)。
故辐射波长=hc/11.8*1.60*10^-19=1.05*10^-7 m = 105 nm。
不知道三位有效数字能否达到你的要求，更准确的数据我也没有。
标准的答案是11.5V实验误差的分析如下：1、前面的氩原子激发后产生了一个额外的电场，导致后面的激发电压越来越高2、挣值分析方法的数据来源于项目计划与跟踪，所以应该在项目计划中指定收集数据的周期，这个周期被称作报告期。
报告期的设置视项目的规模而定，周期不宜过短或过长。
报告期设置太短，会导致度量频繁发生，增加度量成本，得出一些无意义的结果; 【注意事项】（１）实验装置使用２２０Ｖ交流单相电源，电源进线中的地线要接触良好，以防干扰和确保安全。
（２）函数记录仪的Ｘ输入负端不能与Ｙ输入的负端连接，也不能与记录仪的地线（⊥）连接，否则要损坏仪器。
（３）实验过程中若产生电离击穿（即电流表严重过载现象）时，要立即将加速电压减少到零。
以免损坏管子。
（４）加热炉外壳温度较高，移动时注意用把手，导线也不要靠在炉壁上，以免灼伤和塑料线软化。
（二）对第二组I-U特性曲线由第一组数据逐差法求第一激发电势：Uo=1/9(U4-U1+U5-U2+U6-U3)=1/9(52-17.5+64.5-29.5+77-40.5)=12.0V 由第二组数据逐差法求第一激发电势：Uo=1/9(U4-U1+U5-U2+U6-U3)=1/9(52-18+64-29+77-40)=12.0V 实验误差：w%=（12-11.5）/12*100%=4.17%。
弗兰克赫兹实验报告
一、实验名称：弗兰克-赫兹实验二、实验目的：（1）用实验的方法测定汞或氩原子的第一激发电位，从而证明原子分立态的存在; （2）练习使用微机控制的实验数据采集系统。
三、实验原理：根据波尔的原子模型理论，原子中一定轨道上的电子具有一定的能量.当原子吸收或放出电磁辐射时或当原子与其他粒子发生碰撞时，原子状态会发生改变。
改变过程中原子的能量变化不是任意的，而是受到波尔理论的两个基本假设的制约,即定态假设和频率定则。
由波尔理论可知,处于基态的原子发生状态改变时，其所需能量不能小于该原子从基态跃迁到第一受激态时所需的能量，这个能量称作临界能量。
当电子与原子碰撞时，如果电子能量小于临界能量，则发生弹性碰撞；若电子能量大于临界能量，则发生非弹性碰撞.这时，电子给予原子以临界能量，剩余能量仍由电子保留。
本仪器采用1只充氩气的四极管，其工作原理图如下：当灯丝(H）点燃后，阴极(K）被加热，阴极上的氧化层即有电子逾出（发射电子）,为消除空间电荷对阴极散射电子的影响，要在第一栅极（G1）、阴极之间加上一电压U G1K(一栅、阴电压）。
如果此时在第二栅极（G2）、阴极间也加上一电压U G2K(二栅、阴电压），发射的电子在电场的作用下将被加速而取得越来越大的能量。
起始阶段，由于较低，电子的能量较小，即使在运动过程中与电子相碰撞(为弹性碰撞)只有微小的能量交换。
这样，穿过2栅的电子到达阳极（A)［也惯称板极］所形成的电流（I A）板流(习惯叫法，即阳极电流)将随2栅的电压U G2K的增加而增大,当U G2K达到氩原子的第一激发电位（11。
8V）时,电子在2栅附近与氩原子相碰撞(此时产生非弹性碰撞）。
电子把加速电场获得的全部能量传递给了氩原子，使氩原子从基态激发到第一激发态，而电子本身由于把全部能量传递给了氩原子,它即使穿过2栅极，也不能克服反向拒斥电场而被折回2栅极. 所以板极电流I A将显著减小，以后随着二栅电压U G2K的增加，电子的能量也随着增加，与氩原子相碰撞后还留下足够的能量。
弗兰克赫兹实验第一激发电势的测定论文
36.4
48.4
60.7
73.5
86.8
峰谷电压(/v)
19.0
30.4
42.1
54.3
66.8
79.8
根据公式：Vgk=nvg (n=1.2.3.4………)
令Y=k*x+b (其中k=vg n=x)
所以根据最小二乘法利用EXCEL可以求得
根据表二中的数据
（一）利用其峰值计算第一激发电势
k=12.105v r*r=0.997997
玻尔因其原子模型理论获1922年诺贝尔物理学奖，而夫兰克与赫兹的实验也于1925年获此大奖。夫兰克-赫兹实验与玻尔原子理论在物理学的发展史中起到了重要的作用。
（二）实验设备（电脑XDFP软件F-H实验管WNZK-维度控制仪FH-II弗兰克赫兹试验仪）
（三）实验原理
夫兰克-赫兹实验的物理过程
图1夫兰克-赫兹实验原理图
0
4.9
10
9.3
13
13.7
21
0.6
0
5
10
9.4
12
13.8
20
0.7
0
5.1
10
9.5
13
13.9
22
0.8
0
5.2
10
9.6
12
14
0.9
0
5.3
10
9.7
12
14.1
23
1
0
5.4
10
9.8
14
14.2
23
1.1
0
5.5
10
9.9
14
14.3
22
1.2
0
F-H实验报告
实验报告：弗兰克-赫兹实验一、实验题目：弗兰克-赫兹实验二、实验目的：熟悉实验装置，掌握实验条件，测量汞和氩的第一激发电位。
进一步理解实验原理，掌握实验方法。
三、实验原理：1.实现原子从低能级到高能级的跃迁,可以使具有一定能量的电子和原子发生碰撞.若与之发生碰撞的电子是在电势V 的加速下,速度从零增加到v ,则当电子的能量满足:221mv eV E E E n m ==-=∆时,电子将全部的能量交换给原子.由于两个能级之间的能量差是有确定的值,对应的电压就有确定的大小,当原子吸收电子的能量从基态跃迁到第一激发态时,相就的电压值称为原子的第一激发电位.实验中就是测量汞原子的第一电位差. 2.Hg 原子能级 其中6（0ev ）为基态，63P1（4.9ev ）为激发态，63P0（4.7ev ）、63P2（5.47ev ）为亚稳态3.实验中用F-H管来测量汞原子的第一激发电位.原理图如下:F-H管内先注入少量汞，再抽成真空，在一定温度下，得到合适压强的汞蒸气。
电子由阴极K 出发，受第二栅极G2正电压作用加速，在管中与汞原子碰撞。
逐渐增加KG2电压，观察屏极电流。
发现电流逐渐增加，但每增加4.9V ，都出现一次电流陡降。
第一次陡降出现在4.1V 左右，是由于仪器的接触电势所致。
具有4.9eV 的电子与汞原子碰撞，将全部能量传递给汞原子，使其处于4.9eV 的激发态。
再增大电压，电子在F-H 管中发生第二次、第三次…碰撞，屏极电流都会陡降。
G1的作用： 控制电子束电流并消除阴极附近电子聚集。
屏极A 与G2间有负电压，使得与汞原子发生非弹性碰撞二损失了能量的电子不能到达A 极。
而G1与G2间距较大，使电子与气体有较大的碰撞区域。
F-H 管内充汞，灯丝加热K 使其发射电子，G1控制通过G1的电子数目，G2加速电子，G1,G2空间较大，提供足够的碰撞概率，A 接收电子，AG2加一扼止电压，使失去动能的电子不能到达，形成电流。
弗兰克赫兹实验 论文
通常，电子的能量通过在静电场中的加速获得，即2 mv 2 = eU 原子的动能（热运动）由温度决定。由于 m<<M，碰撞前后原子的动能几乎不发生改变。
因此，电子动能的变化直接反映了原子内能的变化。使原子从基态激发到第一激发态所需的对 静电子的最低加速电压，称为原子的第一激发电位。
处于激发态的汞原子是不稳定的，当它跳回基态时，将以光量子的形式释放出 能量eU0，相应的光辐射波长为253.7nm（由eU0= h v及 λ ν /c=计算）。可用紫外 光谱仪进行观测。 1914年夫兰克和赫兹所用的是一支充汞的三极管， 只有阴极、 加速栅极和板极。 1920夫兰克对原装置作了改进，使电子在加速区内获得高于4.9eV的能量，可测得汞
弗兰克——赫兹实验
物理学二班 侯影 2008141953 物理工程学院 曲阜师范大学 曲阜 摘要：本实验通过改变灯丝电压，观察 H-F 曲线得变化情况，得到定性得结论。通过自己
得观察和理解分析，激发对科学实验的兴趣，启发创新思想。同时也更深入的理解了本实验的 内涵。
关键词：弗兰克 1 引言
赫兹 汞第一激发态 近代物理实验
4） 设置扫描方式为手动。手动调节加速电压U2，缓慢地增加U2至60.0V，定性地观察板流IP的起伏 变化，粗测“峰”“谷”的位置，注意选择微电流测试仪的量程，使IP的最大值不超过量程。若量程 选在10-8档，即表示满刻度指示为1*10-8A, 其他档量程以此类推。 5） 在粗测调整适宜的基础上，从U2最小开始，逐点测量并记录IP-U2对应的数值。U2每改变0.5V记 录一次。在电流的峰、谷附近，宜每隔0.2V取值一次。 6） 根据实验数据，手工描绘IP-U2特性曲线，确定各峰位的电压值Vn。 7） 确定汞原子的第一激发电位U0。峰位电压值Vn与峰序数n的关系为： Vn=Va+nU0 . 5 实验数据及处理
汞原子第一激发电位的测量及各工作参数对实验影响的初步研究
炉温 T / 。C
160
160
灯丝电压 VF /V
2.0
控制栅电压
VG1K /V
1.0
减速电压 VG2P /V
2.5
2.0
0.6
2.5
11/20/2020
夫兰克赫兹实验
4
11/20/2020
夫兰克赫兹实验
5
其他条件不变，改变减速电压
炉温 T / 。C
160
160
160
灯丝电压 VF /V
控制栅电压
VG1K /V
减速电压 VG2P /V
2.0
1.0
2.0
2.0
1.0
2.5
2.0
1.0
3.0
峰数 5 <10 14
11/20/2020
夫兰克赫兹实验
6
其他条件不变，改变灯丝电压
炉温 T / 。C
160
160
灯丝电压 VF /V
2
控制栅电压
VG1K /V
0.6
减速电压 VG2P /V
2.5
1.5
0.6
2.5
11/20/2020
夫兰克赫兹实验
7
11/20/2020
夫兰克赫兹实验
8
其他条件不变，改变炉温
炉温 T / 。C
160
170
灯丝电压 VF /V
2.0
控制栅电压
VG1K /V
0.6
减速电压 VG2P /V
2.5
2.0
0.6
2.5
11/20/2020
夫兰克赫兹实验
9
11/20/2020
夫兰克赫兹实验
10
灯丝电压对氩原子第一激发电位影响探究
灯丝电压对氩原子第一激发电位影响探究氩原子的第一激发态指的是氩原子的一个电子被激发到了比基态更高的能级，这个过程需要吸收一定的能量。
对于氩原子来说，第一激发态能级的能量为12.13电子伏特。
当氩原子受到较高的电压作用时，电场能够引起原子中电子的跃迁，进而影响氩原子的第一激发电位。
具体来说，当氩原子处于一个外加电压为V的电场中时，它所处的能级将会发生位移，这个位移的大小与电场强度有关，可以表示为∆E=qV，其中q为氩原子的电子电荷量，V为外加电压。
当这个位移大小等于氩原子第一激发态的能量时，就会发生电子跃迁，氩原子从基态变为第一激发态。
因此，当外加电压增加时，位移大小也会随之增加，当位移大小等于第一激发态能级的能量时，电子会发生跃迁，而且随着电压的不断增加，电子跃迁的概率也会不断增加。
因此，可以通过改变灯丝电压的大小，来探究电压对氩原子第一激发电位的影响。
用试验的方法测定氩原子第一激发电位课件
目录
• 氩原子第一激发电位概述 • 实验原理 • 实验步骤与操作 • 结果分析 • 结论与展望
01
氩原01
氩原子第一激发电位是指氩原子 从基态跃迁到第一激发态所需的 能量，通常用符号E表示。
02
激发电位是原子吸收或发射光子 的能量，是原子能级跃迁的重要 参数之一。
04
结果分析
数据处理与图表绘制
数据处理
将实验测得的数据进行整理、筛 选和计算，得到氩原子第一激发 电位的有效数值。
图表绘制
根据处理后的数据，绘制氩原子 第一激发电位随不同参数变化的 曲线图，便于观察和分析。
结果分析与解释
分析
对实验结果进行对比分析，研究氩原 子第一激发电位的变化规律及其影响 因素。
02
实验原理
氩原子能级结构
氩原子有多个能级，其中第一激 发态与基态之间的能量差是第一
激发电位。
能级间的跃迁遵循选择定则，特 定能级只能跃迁到特定能级。
氩原子能级结构可用光谱表示， 不同光谱线对应不同能级间的跃
迁。
跃迁辐射与光谱分析
当氩原子从第一激发 态跃迁回基态时，会 释放特定波长的光子 。
光谱分析具有高精度 和高灵敏度，是研究 原子结构和性质的重 要手段。
解释
结合物理理论，对实验结果进行解释 ，探讨氩原子第一激发电位的物理意 义和机制。
误差分析
01
02
03
误差来源
分析实验过程中可能产生 的误差来源，如测量设备 的误差、环境因素的影响 等。
误差评估
对误差进行定量评估，计 算其对实验结果的影响程 度。
减小误差
提出减小误差的措施和方 法，提高实验结果的准确 性和可靠性。
氩原子第一激发电位与基态的能级差
概述1. 氩是一种常见的惰性气体，它的原子结构及其能级分布一直是科学家们研究的课题之一。
氩原子的第一激发电位与其基态的能级差是其能级结构的重要参数，对于理解氩原子的性质和物理过程具有重要意义。
氩原子能级结构的研究历史2. 早在19世纪，科学家们就开始对氩原子的能级结构进行研究。
通过光谱学的方法，他们逐渐揭示了氩原子基态和激发态的能级分布，并测量了其能级差值。
氩原子的第一激发电位3. 氩原子的第一激发电位是指将氩原子从其基态激发到最低能级的激发态所需要的能量。
这个能量的大小直接反映了氩原子的能级结构和电子分布情况。
第一激发电位的测量方法4. 科学家通过多种实验方法测量了氩原子的第一激发电位，其中包括光电子能谱、电子撞击激发等方法。
这些方法各有利弊，但通过综合利用它们，科学家们逐渐确定了氩原子的第一激发电位的数值。
第一激发电位的意义5. 氩原子的第一激发电位不仅仅是一个物理参数，更是对氩原子基态的电子结构和原子性质的重要反映。
它关系着氩原子的化学反应性、光谱特性等多方面的物理过程。
第一激发电位的理论研究6. 除了实验手段，理论计算方法也被广泛应用于氩原子的第一激发电位的研究中。
通过量子力学的理论模型，科学家们可以预测和解释氩原子的能级结构，并计算得到其第一激发电位的数值。
未来研究展望7. 随着实验技术和理论方法的不断发展，对氩原子的第一激发电位及其能级结构的研究将会取得更深入、更准确的成果。
并且，这些成果将有助于更好地理解氩原子的性质和物理过程，以及拓展其在科学研究和工程应用中的潜在价值。
结论8. 氩原子的第一激发电位与基态的能级差是一个具有重要科学意义的物理参数。
通过实验和理论的手段，对其进行深入研究可以更好地理解氩原子的性质和物理过程，以及拓展其在科学研究和工程应用中的潜在价值。
第一激发电位对氩原子的影响9. 第一激发电位是物理学中重要的参数之一。
对于氩原子来说，它的第一激发电位决定了其化学反应性和光谱特性。
弗兰克–赫兹实验灯丝电压对实验结果影响的研究
(2)
其中 Ep 为势能，本实验中为电势能。T 为灯丝温度。将灯丝到栅极 K 考虑成点源和金属平板，则如 图 2 所示。 如果认为灯丝到栅极处没有电子被器壁吸收，且满足能量守恒定律，那么对于灯丝与栅极 K 所组成 的系统而言，有
1 f = C exp − kT 1 2 2 mv − eU ( x )
= T
e ≈ 1755 K kA
∆A ≈ 30 K A
(9) (10)
= ∆T T
则灯丝工作温度大致上在：
T= T ± ∆T ≈ (176 ± 3) × 10 K
(11)
将整个实验的特征曲线绘制成图 6，可以看到曲线是呈波动上升的。图 7 用最小二乘法处理，显示 同一曲线下各个极大值所对应的曲线，每条曲线都形成一条直线。
I 2 n2 e = = exp (U 2 − U1 ) I1 n1 kT
对上式两边取对数可简化为
ln = I AU + B
(7)
(8)
其中 A =
e kT
3.2. 实验条件设置
为进一步的研究影响弗兰克–赫兹实验效果的因素， 选择在相同条件下， 对不同的灯丝电压 UK 进行 考量。设置如表 1 参数。
∂f ∂f ∂f F + v+ = 0 ∂t ∂x ∂v m
(1)
其中 f 表示单位坐标空间单位速度空间中粒子数密度。上述方程表示，在没有碰撞情况下，在外场 的作用下，粒子数密度变换。对于稳定状况下，f 不显含时间，此时方程的第一项为 0，则一定有解形如 波尔兹曼分布形式
1 f = C exp − kT 1 2 2 mv + Ep ( x )
DOI: 10.12677/oe.2018.83012
关于夫兰克-赫兹实验灯丝电压对曲线影响的研究报告
关于夫兰克-赫兹实验灯丝电压对曲线影响的研究报告【摘要】：夫兰克-赫兹实验是近代物理的实验之一,对物理学有深远影响。
本文介绍灯丝电源电压在夫兰克—赫兹实验中对IA-UG2K曲线的影响,得出灯丝电源电压变化时实验曲线的变化规律，分析了原因,并总结出为减小测量误差的改进方法。
【关键词】：夫兰克-赫兹实验，灯丝电压,……曲线【Abstract】: Frank-Haze experiment is one of the most important experiments in modern physics, and it has great effect on the physics. In this paper, filament voltage affecting the curve shape in Frank-Haze experiment is introduced. The transform regularity of the curve affected by above mentioned factor is presented, and the reason is analyzed. Finally, methods to decrease the measurement errors are summarized.【实验背景】：1911年，卢瑟福根据α粒子散射实验，提出了原子核模型。
1913年，玻尔将普朗克量子假说运用到原子有核模型，建立了与经典理论相违背的两个重要概念：原子定态能级和能级跃迁概念。
随着英国物理学家埃万斯对光谱的研究，玻尔理论被确立。
但是任何重要的物理规律都必须得到至少两种独立的实验方法的验证。
随后，在1914年，德国科学家夫兰克和他的助手赫兹采用慢电子与稀薄气体中原子碰撞的方法，简单而巧妙地直接证实了原子能级的存在，并且实现了对原子的可控激发，从而为玻尔原子理论提供了有力的证据。
灯丝电压对汞和氩第一激发电位影响的对比研究
’ 实验仪测量氩原子的第一激发电位的优越性 #
二 % 实验原理
玻尔的原子理论指出 $ 原子只能较长久地停留在 一些稳定状态 % 即稳态 &# 原子的每一状态具有一定的 能量 $ 称能级 # 各能级的能量值彼此分立 $ 原子能量不 论通过什么方式发生改变时 $ 只能使原子从一个状态 跃迁到另一个状态 % 一个能级跃迁到另一个能级 &# 原 子从一个状态跃迁到另一个状态时发射或吸收的能 量是一定的 # 若用 (" 和 ($ 表示两个状态的能量 $ 则 发射和吸收的辐射光子频率由下式决定 ’
图 ! 灯丝电压对实验一的实验曲线的影响 图 " 灯丝电压对实验二的实验曲线的影响 但灯丝电压对实验二的影响比实验一更明显 ! 实 验二中灯丝电压每改变 !"#$ " 实验曲线移动很大 " 且 测出的氩原子的第一激发电位也相差比较大 ! 而实验 一中灯丝电压的影响没有实验二那么灵敏 " 灯丝电压 每改变 %"&$ " 实验曲线移动的幅度还没有实验二中灯 丝电压每改变 !"#$ 的幅度大 ! 这可能是因为 实 验 一 中在测量汞原子的第一激发电位时 " 使用的是第一代 夫兰克 ’ 赫兹管 " 都要对炉温加热到至少 %(!! 以上 " 灯丝处在较高的炉温中 " 因此通过改变灯丝电压进而 改变灯丝的温度曲线变化就不太明显 ! 但是实验二中 使用的是智能夫兰克 ’ 赫兹仪 " 不用对管子加热 " 灯丝 处在环境温度中 " 这样通过改变灯丝电压来改变灯丝 的温度对实验曲线的变化就很明显 ! 因此在两个实验 中都要注意灯丝电压的设置 " 但实验二中探讨灯丝电 压对第一激发电位的影响时 " 灯丝电压变化的幅度不 要太大 ! # 二 $ 实验一中使用的是第一代 )*’%+ 型实验装 置 "管 内 充 的 是 汞 滴 "需 加 热 才 能 进 行 汞 原 子 激 发 电 位的测量 " 一方面学生在实验前要耗费一定的时间给 管 子 加 热 "另 一 方 面 加 热 后 产 生 的 高 温 " 很 容 易 减 短 管子的寿命甚至烧坏管子 " 而 且 由 于 加 热 炉 的 温 度 较 难 控 制 "所 测 量 的 数 据 不 是 在 室 温 下 测 得 "实 验 的
灯丝电压对氩原子第一激发电位影响探究
灯丝电压对氩原子第一激发电位影响探究王传坤;毛与婷【摘要】采用origin软件对不同灯丝电压对氩原子第一激发电位的数据处理.通过绘制IP-UG2曲线图以及对IP-UG2曲线图进行求导,能够合理的找到峰、谷值,数据处理比较简洁.通过计算可知,当灯丝电压为2.9 V时实验得到的氩原子第一激发电位为U=12.15 V,和理论值比较接近,误差较小.【期刊名称】《大学物理实验》【年(卷),期】2018(031)006【总页数】4页(P70-73)【关键词】origin软件;弗兰赫兹实验;数据处理【作者】王传坤;毛与婷【作者单位】兴义民族师范学院,贵州兴义 562400;兴义民族师范学院,贵州兴义562400【正文语种】中文【中图分类】O4-34弗兰赫兹实验是大学近代物理实验之一，是从实验上验证原子能级的存在和波尔理论的的验证，不同的课题小组对弗兰赫兹实验进行探讨[1-4]。
由于弗兰赫兹实验数据较多，采用传统的数据处理方式，在处理过程中比较繁杂。
国家教学质量标准中明确规定物理学类学生要掌握用计算机软件处理数据的能力。
利用计算机处理物理实验数据的优势是传统的处理方法无与伦比的。
弗兰赫兹实验数据的处理有不同的数据处理软件，如：origin软件、Matlab编程软件和Excle数据处理软件等[5-7]。
其中Matlab软件由于需要一定的计算机编程，矩阵知识，和较高的程序设计能力。
Excle软件可以对数据进行运算和图形的拟合但是无法提供图像的参数等。
Origin软件具有简单易学，功能强大，不仅可以提供参数，还可以绘几十种图线、图形，同时不需要具备很高的软件和程序设计能力，只需要输入数据，根据不同的参数设置会得到不同的图像和图像包含的实验数据等[8，9]。
本文主要是通过Origin.8软件对弗兰赫兹实验数据进行绘图，获得相应的峰和谷的数据，并计算氩原子第一激发电位。
1 实验原理根据玻尔理论，原子只可以较长久的停留在特殊稳定状态，称其为定态，其中特定的状态对应一定的能量值，各个定态的能量是分立的，原子的吸收或辐射就是两定态间的能量差。
弗兰克赫兹实验第一激发电势的测定论文
（二）实验设备（电脑XDFP软件F-H实验管WNZK-维度控制仪FH-II弗兰克赫兹试验仪）
（三）实验原理
夫兰克-赫兹实验的物理过程
图1夫兰克-赫兹实验原理图
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弗兰克赫兹实验数据处理
数据处理（1） 计算第一激发电势和相对误差IA--UG2K 曲线数据2.8V2.6V3.0V电流/uA 电压/V 电流/uA 电压/V 电流/uA电压/V 峰1 32.6 124.9 32.6 35.7 33.0 251.4 谷1 36.9 71.4 37.1 19.6 36.9 151.5 峰2 43.0 308.7 43.2 91.0 43.4 657.7 谷2 48.1 103.5 48.3 26.8 48.0 220.5 峰3 54.6 560.3 54.6 169.5 54.7 1258.4 谷3 59.5 157.0 59.7 42.8 59.4 369.4 峰4 66.4 851.2 66.2 258.7 66.5 2004.2 谷471.5289.171.580.371.1742.70.0500.01000.01500.02000.030.035.040.045.050.055.060.065.070.075.02.8V 2.6V3.0VI A ~ U G2K 曲线I A /μAU G2K /V用逐差法求氩原子第一激发电势U=（66.4+54.6-43-32.6）/4=11.35V相对误差E R=（11.35-11.5）/11.5*100%=1.30% 误差在允许范围内通过比较有：①灯丝电压的变化对极板电流有比较大的影响；②在其他因素相同的情况下，灯丝电压越大，极板电流越大。
分析：灯丝电压变大导致灯丝的实际功率变大，灯丝的温度升高，在其他的因素相同的情况下，单位时间到达极板的电子数增加，从而极板电流增大。
（2）改变灯丝电压，研究其对实验的影响。
反向拒斥电压U G2A =8.5 V,，分别测量拒斥电压U=10.5 V.，U=6.5 V，情况下的实验数据。
IA--UG2K曲线数据8.5V 10.5V 6.5V电流/uA 电压/V 电流/uA 电压/V 电流/uA 电压/V 峰1 32.6 124.9 33.5 61.5 32.2 141.8 谷1 36.9 71.4 38.3 25.8 36.0 98.9 峰2 43.0 308.7 44.1 189.9 42.8 338.0 谷2 48.1 103.5 49.2 29.3 47.0 163.2 峰3 54.6 560.3 55.5 388.0 53.8 607.5 谷3 59.5 157.0 60.9 43.6 58.6 263.1 峰4 66.4 851.2 67.1 625.3 65.6 914.4 谷4 71.5 289.1 72.5 113.2 70.4 448.70.0100.0200.0300.0400.0500.0600.0700.0800.0900.01000.030.035.040.045.050.055.060.065.070.075.08.5V 10.5V 6.5V通过比较有：① 反向拒斥电压的变化对极板电流有一定的影响；② 在其他因素相同的情况下，拒斥电压增大时，极板电流减小。
弗兰克-赫兹实验中氩原子第一激发电位的研究
弗兰克-赫兹实验中氩原子第一激发电位的研究孙桂芳;阮树仁;盛淑芳;钱霞【摘要】改进现有弗兰克-赫兹实验仪器:不使用控制电压,把第一栅极G1和第二栅极G2短接,并接到加速电压的正极,G2和A之间仍然接反向减速电压,这样G1和K之间为加速和碰撞区,G1和G2之间为等势碰撞区.当拒斥电压为9V,加速电压为80V,灯丝电压为2.4V时,曲线峰谷差值最大,分辨率最高.计算得到氩原子最外层8个电子中,外层电子的第一激发电位为13.13V,内层电子的第一激发电位为13.41V.【期刊名称】《物理实验》【年(卷),期】2017(037)0z1【总页数】4页(P1-3,8)【关键词】弗兰克-赫兹实验;第一激发电位;灯丝电压;拒斥电压【作者】孙桂芳;阮树仁;盛淑芳;钱霞【作者单位】聊城大学物理科学与信息工程学院山东省光通信科学与技术重点实验室,山东聊城252059;聊城大学物理科学与信息工程学院山东省光通信科学与技术重点实验室,山东聊城252059;聊城大学物理科学与信息工程学院山东省光通信科学与技术重点实验室,山东聊城252059;聊城大学物理科学与信息工程学院山东省光通信科学与技术重点实验室,山东聊城252059【正文语种】中文【中图分类】O562弗兰克-赫兹实验(简称F-H实验)是近代物理中的经典实验，该实验验证了原子能级的存在，是玻尔理论的重要实验依据. 在测量氩原子的第一激发电位时，发现实验值介于11.55～11.72 V之间[1-2]，与按能级理论分析得到的13.1 V[2-3]有较大差距，张里荃[1]、何忠蛟[2]等人认为实验得到的并非氩原子的第一激发电位. 本文通过对实验仪器进行改进，得到不同以往的实验曲线，计算得到氩原子第一激发电位，研究了灯丝电压、加速电压和拒斥电压对实验曲线的影响.1 传统实验实验使用世纪中科的F-H实验仪，内部结构和实验原理如图1所示.图1 F-H管的结构和实验原理图F-H管为四极管，K为阴极，G1为第一栅极，G2为第二栅极，A为板极，UG1K 为控制电压，UG2K为加速电压，UG2A为拒斥电压. 某次实验观察到的加速电压与板极电流的关系如图2所示.图2 加速电压和板极电流的关系曲线图2中峰位序数n和对应的加速电压UG2K数据见表1.表1 峰位序数n和对应的加速电压UG2KnUG2K/VnUG2K/V119.02452.20229.57564.67340.69677.33峰位序数n与对应加速电压UG2K具有线性关系，即UG2K=an+b,(1)其中a为氩原子的第一激发电位，b为接触电势差等因素引起的电势差. 用最小二乘法处理表1中的数据，得氩原子第一激发电位为11.67 V，与按能级理论计算得到的值13.1 V相比，有较大差距. 分析可知，实验测得的11.67 V在本质上并不是氩原子的第一激发电位. 因为按照更为精确的氩原子能量模型，在氩原子第一激发电位和基态之间还存在2个亚稳态，它们和基态的能量差值为11.55 eV和11.72 eV，且电子在这2个亚稳态上停留的时间(10-3 s)要比在第一激发态上停留的时间(10-8 s)长得多，因此实验测得的激发电位应为基态与这2个亚稳态的电势差，即测得的激发电位应介于11.55～11.72 V之间. 实验中测得氩原子的激发电位为11.67 V，介于二者之间，因此，可推断电子和氩原子发生非弹性碰撞后，氩原子吸收了能量按照一定的概率比跃迁到了2个亚稳态上，所以实验测量得到的激发电位本质上是氩原子2个亚稳态激发电位的一定概率比，并非氩原子的第一激发电位[1-2].2 实验改进技术和方法对于上述的实验仪，电子的加速和碰撞主要是在G1和G2区域进行[4]，当电子的能量达到氩的2个亚稳态的能量时，电子与氩原子相碰，把能量传递给氩原子，使其激发到2个亚稳态中的1个，因此不能得到高能量的电子，也就观测不到氩原子被激发到高激发态. 对实验仪器进行改进，不使用控制电压，把第一栅极G1和第二栅极G2短接，并接到加速电压的正极，G2和A之间仍然接反向减速电压. 这样G1和K之间为加速和碰撞区，G1和G2之间为等势碰撞区[5-6].实验中改变灯丝电压UF和拒斥电压UG2A. 为了观察某个因素对结果的影响，固定其中的一个而只改变另一个参量. 实验中反复做了很多实验曲线，将有代表性的几条曲线画在同一图中.3 实验结果与分析3.1 拒斥电压对实验曲线的影响图3是保持灯丝电压为2.4 V、加速电压的终止电压为80 V、拒斥电压分别为7，8，9 V时得到的实验曲线. 比较图3中3条曲线可知：1)随着拒斥电压的增加，同一加速电压下电流变小，这是因为随着拒斥电压增大，导致更多的低能电子不能到达板极A形成电流，所以同一加速电压下电流变小.2)当拒斥电压较小时，出现的峰较少，峰很宽，谷较窄，随着拒斥电压的增大，峰的数目增多且位置发生了移动. 随着拒斥电压的增大，低能电子形成的背景电流减小，使原来一些被背景掩盖的峰显现出来，导致原来的宽峰分裂，所以峰的数目增多，峰位发生移动. 但是拒斥电压也不能很大，因为当拒斥电压很大时，更多的电子不能到达板极A形成电流，所以一些小峰就会消失.图3 不同拒斥电压下加速电压和板极电流的关系3.2 灯丝电压对实验曲线的影响图4是拒斥电压为9 V、加速电压为80 V、灯丝电压分别为2.2，2.3，2.4 V时得到的实验曲线. 实验结果表明：随着灯丝电压的升高，峰的数目、峰与谷的位置几乎没有发生变化，但是随着灯丝电压的升高，电流增大，这是因为灯丝电压的高低决定阴极的发射能力. 电压越高则单位时间发射的电子数越多，同时热阴极发射的电子平均初动能也增加，从而使单位时间内能够到达板极的电子数增多，所以板极电流增大，实验曲线上峰与谷的电流差值也明显增大. 但是灯丝电压不能太大，因为电压过大，阴极温度过高，容易导致阴极蒸发太快而剥落.图4 不同灯丝电压下加速电压和板极电流的关系3.3 实验数据处理及讨论根据前面对实验结果的分析，当拒斥电压为9 V、加速电压为80 V、灯丝电压为2.4 V时，曲线峰谷差值最大，分辨率最高，实验效果较为理想. 曲线如图5所示，该曲线有10个峰，把这些峰分为2组，峰序数为奇数的为第1组，列于表2中；峰序数为偶数的为第2组，列于表3中.图5 最佳实验条件下加速电压和板极电流的关系表2 峰位序数n(奇数)和对应的加速电压UG2KnUG2K/VnUG2K/V114.87753.17327.23967.50539.74表3 峰位序数n(偶数)和对应的加速电压UG2KnUG2K/VnUG2K/V220.51859.26432.261074.06645.07根据式(1)，利用最小二乘法处理表2中实验数据，计算结果为a1=13.13 V. 同样方法处理表3中实验数据，计算结果为a2=13.41 V. 与由图2计算得到的11.67 V相比，由图5计算得到的13.13 V和13.41 V更接近氩原子的第一激发电位的理论值13.1 V. 我们认为所得到的13.13 V和13.41 V都为氩原子的第一激发电位. 分析如下：由于使用的氩管原为测量第一激发电位设计的，氩原子密度较大，电子平均自由程较小. 实验仪器改进后，虽然加速区缩短了，但是加速区距离远远大于电子的平均自由程，电子的加速和碰撞在G1和K之间的同一区域进行，相同自由程下，电子所获得的能量有所增加，但仍局限在第一激发能附近.由于氩原子最外层8个电子处于不同的能级，碰撞跃迁时需要的能量也不同[3]，实验仪器改进后，电子获得的能量增加，氩原子外层的8个不同能级的电子都有可能激发跃迁，所以出现了峰的分裂. 能量大的电子激发内层电子的概率较大，所以第1组峰对应的应是这8个电子中所需跃迁能量较小的外层电子，第2组峰对应的应是这8个电子中所需跃迁能量较大的内层电子，所以13.13 V应是氩原子8个电子中所需跃迁能量较小的外层电子的第一激发电位，13.41 V是氩原子8个电子中所需跃迁能量较大的内层电子的第一激发电位. 氩原子第一激发电位的理论值13.1 V应是外层电子的第一激发电位.4 结束语按照传统实验方法，得到氩原子第一激发电位为11.67 V. 通过对现有弗兰克-赫兹实验仪器改进，得到氩原子的第一激发电位为13.13 V和13.41 V，与理论值符合较好，并分析讨论了拒斥电压和灯丝电压对实验曲线的影响.【相关文献】[1] 张里荃，马艳梅，郝二娟. 弗兰克-赫兹实验最佳实验条件及第一激发电位的研究[J]. 物理实验，2011，31(8)：37-38.[2] 何忠蛟，汪建章. 修正F-H实验中的氩原子第一激发电位[J]. 大学物理实验，2004，17(2)：39-43.[3] 胡芳林，唐泉清. Ar原子最外层8个电子的能级[J]. 大学物理实验，2009，22(1)：41-46.[4] 杨文明，王宇兴，王瑗，等. F-H实验测量方案的改进[J]. 物理实验，2016，26(10)：5-7.[5] 贾虎. HL1型弗兰克-赫兹实验仪中存在的两个问题与仪器改进[J]. 实验技术与管理，2007，24(2)：61-63.[6] 董键，李咏梅，崔秀芝. 弗兰克-赫兹实验中几个问题的研究[J]. 物理实验，2008，28(10)：36-39.。
氩原子第一激发电位
氩原子第一激发电位
氩原子第一激发电位是指氩原子在激发状态下的电位。
它是一种重要的物理量，可以用来衡量原子的能量状态。
氩原子第一激发电位的大小可以用来描述原子的激发状态，从而更好地理解原子的特性。
氩原子第一激发电位的大小取决于原子的电子结构。
氩原子有两个电子，它们分别位于1s 和2s轨道上。
当原子激发时，2s轨道上的电子会跃迁到更高能级的轨道上，这就是氩原子第一激发电位的来源。
氩原子第一激发电位的大小可以用来描述原子的激发状态。
它可以用来衡量原子的能量状态，从而更好地理解原子的特性。
氩原子第一激发电位的大小可以用来预测原子的化学性质，从而更好地控制原子的反应。
此外，氩原子第一激发电位的大小也可以用来预测原子的光谱特性。
氩原子的光谱特性可以用来研究原子的结构和性质，从而更好地理解原子的特性。
氩原子第一激发电位的大小也可以用来研究原子的反应机理。
氩原子的反应机理可以用来研究原子的反应特性，从而更好地控制原子的反应。
总之，氩原子第一激发电位是一种重要的物理量，它可以用来衡量原子的能量状态，从而更好地理解原子的特性。
它可以用来预测原子的化学性质，从而更好地控制原子的反应，也可以用来研究原子的反应机理，从而更好地控制原子的反应。
因此，氩原子第一激发电位是一个重要的物理量，它可以用来更好地理解原子的特性。
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本身的夫兰克 ’ 赫兹实验进行研究 " 还可以研究计算 机 数 据 采 集 和 处 理 技 术 "提 高 学 生 的 实 验 兴 趣 "而 实 验一中只能通过手动记录数据 " 既费时又不直观 % 通过对图 % 和图 # 各曲线所对应的不同灯丝电 压峰位 " 计算出了汞原子和氩原子的第一激发电位 % 实验一中灯丝电压以 &"!$ 时 " 得出的第一 激 发 电 位 与 公 认 值 ("-$ 最 接 近 " 实 验 二 中 灯 丝 电 压 以 ("#$ 时 " 得出的第一激发电位与公认值 %%",$ 最接近 %
放 大 器 测 量 76 和 89:$ 改 变 灯 丝 电 压 $ 得 出 不 同 条 件 下 的 76!89: 曲 线 # 采 用 ;:<! 智 能 夫 兰 克 ! 赫 兹 实 验 仪 $用 计 算 机 采 集 数 据 $改 变 灯 丝 电 压 得 出 不 同 条 件 下的 76!89: 曲线 $ 对比分析灯丝电压对两个实验曲线 变化的异同 # 为方便起见 $ 把测量汞原子第一激发电 位的实验称为实验一 $ 而把测量氩原子第一激发电位 的实验称为实验二 #
=>$?"&$ 因此电子脱不出来 # 要使电子能脱 出 来 $ 就 1 必须使电子动能增大 $ 而根据 2 =>$ ,:@ $ 可知 $ 对金 属加热使温度 @ 增大 $ 本实验中通过灯丝电压使灯丝 1 温度上升 $ 这样部分动能大于脱出 功 % 2 =>$A"&始发射电 子 $ 即灯丝电压变化影响了灯丝温度进而改变了阴极 电子的发射率 $ 所以灯丝电压的大小决定阴极发射电 子的多少 $ 从而决定到达阳极电流的大小 # 当灯丝电 压 增 大 时 $灯 丝 温 度 升 高 $阴 极 发 射 热 电 子 的 能 力 相 应提高 $ 因此 $ 单位时间内阴极发射的电子数增多 $ 发 射的热电子平均初动能增加 $ 从而使单位时间内到达 板 极 的 电 子 数 也 增 加 $即 板 极 电 流 增 大 $从 而 出 现 实 验曲线上移的现象 # 第一峰位向左移的原因是 ’ %一 &当灯丝电压增大时 $灯丝温度升高 $ 灯丝所发 射热电子的平均动能增大 $ 在较小的加速电压下 $电子
考察了灯丝电压对两个实验曲线的影响 # 分析了用智能 ($) 实验仪测量氩原子的第一激发电位的优越性 % ! 关键词 " 第一激发电位 & 灯丝电压 & 优缺点比较 ! 中图分类号 " *’&%+,& ! 文献标识码 " ! 文章编号 " ’"".$’’#’/!""#0"&$"!!,$"!
一 % 引言
’ 实验仪测量氩原子的第一激发电位的优越性 #
二 % 实验原理
玻尔的原子理论指出 $ 原子只能较长久地停留在 一些稳定状态 % 即稳态 &# 原子的每一状态具有一定的 能量 $ 称能级 # 各能级的能量值彼此分立 $ 原子能量不 论通过什么方式发生改变时 $ 只能使原子从一个状态 跃迁到另一个状态 % 一个能级跃迁到另一个能级 &# 原 子从一个状态跃迁到另一个状态时发射或吸收的能 量是一定的 # 若用 (" 和 ($ 表示两个状态的能量 $ 则 发射和吸收的辐射光子频率由下式决定 ’
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大 众 科 技
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灯丝电压对汞和氩第一激发电位影响的对比研究
陈海波 #胡素梅
!茂名学院技术物理系 #广东 茂名 #!#""""
!摘 要 " 文章论述了分别用第一代实验仪和智能 ($) 实验仪测出了汞原子和氩原子的第一激发电位 # 对比
三 % 实验方法
采用第一代 &’!"6 型实验装置 $ 用微电 流 测 量 ! 收稿日期 "!""#$"%$"&
! 作者简介 " 陈海波 !’&%%$ "# 男 # 湖南隆回人 # 茂 名 学 院 技 术 物 理 系 助 理 实 验 师 # 研 究 方 向 $ 大 学 物 理 实 验 教 学与研究 %
图 ! 灯丝电压对实验一的实验曲线的影响 图 " 灯丝电压对实验二的实验曲线的影响 但灯丝电压对实验二的影响比实验一更明显 ! 实 验二中灯丝电压每改变 !"#$ " 实验曲线移动很大 " 且 测出的氩原子的第一激发电位也相差比较大 ! 而实验 一中灯丝电压的影响没有实验二那么灵敏 " 灯丝电压 每改变 %"&$ " 实验曲线移动的幅度还没有实验二中灯 丝电压每改变 !"#$ 的幅度大 ! 这可能是因为 实 验 一 中在测量汞原子的第一激发电位时 " 使用的是第一代 夫兰克 ’ 赫兹管 " 都要对炉温加热到至少 %(!! 以上 " 灯丝处在较高的炉温中 " 因此通过改变灯丝电压进而 改变灯丝的温度曲线变化就不太明显 ! 但是实验二中 使用的是智能夫兰克 ’ 赫兹仪 " 不用对管子加热 " 灯丝 处在环境温度中 " 这样通过改变灯丝电压来改变灯丝 的温度对实验曲线的变化就很明显 ! 因此在两个实验 中都要注意灯丝电压的设置 " 但实验二中探讨灯丝电 压对第一激发电位的影响时 " 灯丝电压变化的幅度不 要太大 ! # 二 $ 实验一中使用的是第一代 )*’%+ 型实验装 置 "管 内 充 的 是 汞 滴 "需 加 热 才 能 进 行 汞 原 子 激 发 电 位的测量 " 一方面学生在实验前要耗费一定的时间给 管 子 加 热 "另 一 方 面 加 热 后 产 生 的 高 温 " 很 容 易 减 短 管子的寿命甚至烧坏管子 " 而 且 由 于 加 热 炉 的 温 度 较 难 控 制 "所 测 量 的 数 据 不 是 在 室 温 下 测 得 "实 验 的
五 ! 结论
从上面灯丝电压对两实验曲线的对比分析可知 " 灯丝电压对两个实验的实验曲线都有影响 " 且影响规 律相似 % 但灯丝电压对测量氩原子第一激发电位的影 响更明显 % 同时实验时由于智能夫兰克 ’ 赫兹亦有两 个 栅 极 "且 实 验 时 具 有 不 需 加 热 ’用 计 算 机 采 集 数 据 的 特 点 "所 以 实 验 二 相 对 于 实 验 一 来 说 "实 验 更 准 确 且更直观 ! " 参考文献 #
四 % 实验结果与讨论
图 " 是保持炉温和反向拒斥电压不变时 $ 改变灯 丝电压对实验一的实验曲线的影响 ( 图 $ 是保持第一 栅压和反向拒斥电压不变时 $ 改变灯丝电压对实验二 的实验曲线的影响 # 由图可见 $ 灯丝电压对两个实验 曲线影响的规律相似 $ 表现为灯丝电压对两个实验曲 线都有影响 $ 随着灯丝电压增大 $ 实验曲线向上移 # 同 时 $随 着 灯 丝 电 压 的 增 大 $两 个 实 验 曲 线 第 一 峰 位 都 是向左移 # 两实验曲线都向上移的原因是因为灯丝发射电 子 的 机 理 为 ’电 子 要 从 金 属 中 挣 脱 出 来 $需 要 做 功 叫 脱出功 %功函数 &$ 用 " 表示 $ 一般来说 $ 金属中的电子 1 可 以 自 由 运 动 $室 温 时 $多 数 电 子 的 动 能 很 小 %即 2
#!$ 林 木 欣 ! 熊 予 莹 ! 高 长 连 ! 等 ! 近 代 物 理 实 验 教 程 #%$! 北京 & 科学出版社 ’"())* #"$ 陆 廷 济 ! 胡 德 敬 + 陈 铭 南 ! 物 理 实 验 教 程 #%$! 上 海 " 同济大学出版社 !")))* #,$ 古 丽 巴 哈 尔 ! 选 择 # 夫 兰 克 " 赫 兹 实 验 $ 条 件 的 重要性 #-$! 新疆师范大学学报 !!../ !0,12
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! 夫兰克 ! 赫兹 " 实验是物理学中的一个著名实 验 # 它以电子与原子间碰撞揭示了原子内部能量量子 化效应 $"#$% 年获得了诺贝尔奖 # 以往的 &!’ 实验仪 都是使用第一代充汞的 &!’ 管 $ 目 前 各 高 校 都 开 设 了利用智能夫兰克 ! 赫兹实验仪测量氩原子第一激发 电位的实验 $ 灯丝电压对两个实验曲线都有影响 $ 但 由于实验因素的复杂性 $ 灯丝电压对两个实验的第一 激发电位影响的对比研究至今还未深入讨论 # 本文希 望通过对比研究灯丝电压对汞原子和氩原子第一激 发电位的影响 $ 并比较其影响的差异 $ 说 明 用 智 能 &!
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就能获得足够大的能量使原子激发到第一激发态 !
准确度很难把握 % & 三 $ 实验一中的实验装置只有一个栅极 " 在电子 第一次发生碰撞传递后 " 很有可能还来不及发生第二 次 碰 撞 就 已 经 被 吸 收 "因 而 造 成 峰 数 的 损 失 "一 般 只 能 测 到 & "( 个 峰 " 而 实 验 二 中 的 实 验 装 置 有 两 个 栅 极 " 一般能测到 (", 个峰 " 提高了实验结果的准确性 % &四 $实 验 二 的 实 验 装 置 能 够 通 过 计 算 机 采 集 实 验 数 据 "显 示 实 验 曲 线 形 成 过 程 "直 观 生 动 的 展 示 了 物 理 过 程 "使 实 验 焕 发 青 春 "学 生 在 实 验 中 不 仅 可 就