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

2.8V

2.6V

3.0V

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4

71.5

289.1

71.5

80.3

71.1

742.7

0.0500.0

1000.0

1500.0

2000.0

30.0

35.0

40.0

45.0

50.0

55.0

60.0

65.0

70.0

75.0

2.8V 2.6V

3.0V

I A ~ U G2K 曲线

I A /μA

U 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 70.4 448.7

0.0100.0200.0300.0400.0500.0600.0700.0800.0900.01000.030.0

35.040.045.050.055.060.065.070.075.0

8.5V 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。 分析： 反向拒斥电压增大，在其他的因素相同的情况下，电子的能量大于eU G2A 的电子数减少，单位时间到达极板的电子数减少，从而极板电流减少。 思考与讨论

（1） 灯丝电压对F —H 实验的I A —U G2K 曲线形状有何影响？对第一激发电

势的测量有何影响？

答：灯丝电压不能过高或过低。因为灯丝电压的高低，确定了阴极的工作电流。灯丝电位低，阴极发射电子的能力减小，使得在碰撞区发生的碰撞减少，检测

I A ~ U G2K 曲线

U G2K /V

I A /μA

到的电流减小，给检测带来困难，从而使I A—U G2K曲线的分辨率下降；灯丝电压高阴极发射电子的能力增加，引起逃逸电子增多，相邻峰、谷值的差值减小。

（2）从I A—U G2K曲线上可以看出阳极电流并不是突然下降，有一个变化的过程（电流的峰有一定的宽度），而且出现峰值后电流不能降为零，这是为什么？

答：这是因为阳极发射的电子的初始速度不是完全相同的，服从一定的统计规律。另外，由于电子与氩原子的碰撞有一定的几率，在大部分电子与氩原子碰撞而损失能量的时候，还会有一些电子没有发生碰撞而到达了阳极，所以阳极电流不会降为零。

实验总结:

通过本实验我们能熟练地用电脑绘制IA ~ UG2K曲线，并了解了弗兰克赫兹实验的原理和具体操作。