弗兰克赫兹实验 实验报告
弗兰克-赫兹实验实验报告
课程名称：大学物理实验（二）
实验名称：弗兰克-赫兹实验
图2.1 弗兰克-赫兹管原理图
设氩原子的基态能量为E1，第一激发态的能量为E2
E2−E1。初速度为零的电子在电位差为U的加速电场作用下具有能量则电子与氩原子只能发生弹性碰撞，二者之间几乎没有能量转移。
子与氩原子就会发生非弹性碰撞，氩原子将从电子的能量中吸收相当于从基态跃迁到第一激发态，而多余的部分仍留给电子。
位差为U0则
eU0=E2−E1
图3.1弗兰克-赫兹仪实物图
对应的V G2是内部的锯齿电压，作用是急速电压自动变化。对应于示波器观测模
I P(×10-8A)
U G2(×
图6.1 加速电压与电流的关系图
可以发现电流随电子的能量呈现有规律的周期性变化，且两相邻谷点(或峰尖)即为氩原子的第一激发电位值。同时，可以读出峰谷的横坐标值。
峰的横坐标值如下表：
表6.1 加速电压与电流的关系图的峰横坐标记录表
第二个峰X3第三个峰X5第四个峰X7第五个峰X9
2.90 4.08 5.25 6.46
表6.2 加速电压与电流的关系图的锋横坐标记录表
第二个谷X4第三个谷X6第四个谷X8第五个谷X10
3.52
4.66
5.84 7.04
算出氩原子的第一激发电位
弗兰克赫兹实验
弗兰克赫兹实验实验报告
一、数据处理
1.汞管
将数据作图如下
1.5
（2）根据实验数据，找到各个峰值对应的电压，并列表如下
n 1 2 3 4 5 6
5.1 9.7 14.6 19.6 24.6 29.9
V，相关系数r=0.99978，由书上（7.13）式由最小二乘法得到第一激发电位
V
计算得到，故最终结果表示为
2.氩管
（1）实验数据如下
（为了对进行控制，我调大了）
5.5 7.2 11.8 13.0 14.0 15.0 15.5 15.9 1
6.4
0.0 0.0 0.3 3.2 12.0 32.4 41.4 43.1 54.4
由最小二乘法得到第一激发电位计算得到，故最终结果表示为V，相关系数r=0.99964，由书上(7.13)式V
将数据作图如下
(2)根据实验数据，找到各个峰值对应的电压，并列表如下
n 1 2 3 4 5 6
18.3 30.0 41.4 53.4 66.4 79.2
、思考题
利用汞管进行实验。在第一部分中已列出了
条件下的汞管的
将以上三种条件下的Hg管数据作图如下
当增大时，曲线高度下移，并且峰向右偏移。原因分析：当增大时，电子需要更高的能量才能到达p极板，故此时能到达p极板的电子减少，则电路中电流减小，则曲线高度下移；曲线峰向右偏移的原因，我并不是十分清楚，我认为可能与电子的速率分布有关当加速电压刚达到第一激发电位时
，只有一部分电子可以达到足以发生非弹性碰撞”的速
加速电压继续增大时会将这部分电子继续加速使其可以达到p极板使电流增大，而达到足
以发生非弹性碰撞”的速率的电子也会增加，使电流减小，两种因素共同作用决定曲线的峰值。当增大时，会使前一种作用的影响变得更大，而对后一种作用几乎没有影响，故峰会向右偏移。
弗兰克赫兹实验报告
弗兰克赫兹实验报告
弗兰克赫兹实验是一种经典的物理实验，它是由两位德国物理学家W.弗兰克和G.赫兹于1914年在法兰克福完成的。这个
实验的目的是研究电子在电场作用下的运动规律。实验中采用了一种新的手段：使用气态物质来产生电子，并通过测量电子在不同电场下的运动来研究电子的行为。该实验成果对诸如量子力学、半导体物理学、化学等诸多领域的研究都产生过巨大影响。
以下是弗兰克赫兹实验报告可能涉及的相关参考内容：
1.实验方法：本实验采用的是“反射式”弗兰克赫兹实验方案，
主要分为放电管、电压源及测量电压和电流的仪器三个部分。在实验中，需要将实验装置进行严密的真空封装，加入惰性气体（如氦气）建立电离气体环境。将电压源加入制定的高压电位后，可以测得不同电压下的电子运动情况。
2. 实验过程：进行实验时首先确定好实验室的大气压强，确定好电极间距的大小，在高压下开启电流后，观察到了荧光现象并调整电压直到产生雾化现象，并测量电离电流的大小。接下来可以进行电子的轨迹测量，观察到精确的弗兰克赫兹曲线。最后，分析实验得出的结果，作出实验结论。
3. 实验结果：实验结果表明电子偏离板极路程和电场强度E
存在非线性关系，存在一个最小电压Umin使得电子穿过势垒，这一现象被称为电离现象。实验还表明电子穿过势垒之后会发生多次碰撞，导致电子的动能逐渐被耗散，最终消失于气体中。
4. 实验结论：弗兰克赫兹实验表明了电子在电场中的运动特性，揭示了电离现象的本质，为量子力学的发展提供了基础。这个实验成果也直接引导了新型电子器件的设计以及半导体物理学和化学的研究，具有非常重要的意义。
弗兰克赫兹实验报告
弗兰克赫兹实验报告
姓名： xxx 学号： xxxxxxxxxx 班级：本硕 xxx 班
实验日期： xxx 年 10 月 13 日
夫兰克-赫兹实验
1、测量氩原子的第一激发电势，证明原子能级的存在，从而加深对量子化概念的认识。
2、加深对热电子发射的理解，学习将电子与原子碰撞微观过程与宏观物理量相结合的实验设计方法。
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。电子在能级之间迁跃时伴有电磁波的吸收和发射，电磁波频率的大小取决于原子所处两定态能级间的能量差，并满足普朗克频率定则。随着英国物理学家埃万斯(E.J.Evans)对光谱的研究，玻尔理论被确立。
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(与光谱研究相独立)，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。
1925 年，由于他二人的卓越贡献，他们获得了当年的诺贝尔物理学奖。夫兰克-赫兹实验至今仍是探索原子内部结构的主要手段之一。所以，在近代物理实验中，仍把它作为传统的经典实验。
根据玻尔的原子理论，原子只能处于一系列不连续的稳定状态之中，其中每一种状态相应于一定的能量值Ei(i=1,2,3‥)，这些能量值称为能级。最低能级所对应的状态称为基态，其它高能级所对应的态称为激发态。
( h 为普朗克常数)
本实验中是利用一定能量的电子与原子碰撞交换能量而实现，并满足能量选择定则：
弗兰克赫兹实验实验报告
弗兰克赫兹实验实验报告 Revised by BLUE on the afternoon of December 12,2020.
弗兰克-赫兹实验
一实验目的
通过测定汞原子的第一激发电位，证明原子能级存在。 二实验原理 1激发电势
玻尔的原子能级理论
（1）原子只能长时间的停留在一些稳定的状态，（简称定态）。原子在这些状态时，不发射或吸收能量；各定态有一定的能量，其数值是彼此分隔的。原子的能量不论通过什么方式发生改变，它只能从一个定态跃迁到另一个定态。
（2）原子从一个定态跃迁到了另一个定态而发射或吸收一定的能量，辐射频率是一定的，满足
n m E E hv -=（1）
原子实现能级跃迁的途径之一，就是通过具有一定能量的电子与原子碰撞的方式来实现的。
设初速度为零的电子在电势差为U 的加速电场作用下，获得的能量为eU ，当具有这种能量的电子与稀薄气体中的原子发生碰撞时，就会发生能量交换，如以E 1带表汞原子的基态能量，E 2代表汞原子第一激发态的能量，那么当汞原子从电子传递来的能量恰好为
120E E eU -=（2）
时，汞原子就会从基态跃迁到第一激发态。相应的电势差称为汞的第一激发电势（中肯电势）。
夫兰克-核子实验原理如图1示。
U GK
供电子加速。在板极A 和栅极G 当电子通过KG 空间进入GA 空间时，如果有较大的能量（≥eU AG ），就能冲过反向拒斥电场而到达板极形成电流，为微电流计PA 检测出。如果电子在KG 空间与汞原子碰
撞，把自己的一部分能量给了汞原子而使后者激发的话，电子本身剩余的能量很少，以致功过栅极后不足以克服拒斥电场而被折回到栅极。这时，通过微电流计的电流将显着的减小。
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者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。 当原子吸收或者放出电 磁辐射时或者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 子赋予原子以临界能量，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 (G ) 、阴极之间加之一电压 U (一栅、 阴电压) 。如果此时在第二栅极 (G 2 ) 、阴极间也加之一电压 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 有弱小的能量交换。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 ) 板流(习惯叫法，即阳极电流)将随2 栅的电压 U 的增加而增大，当 U 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。
弗兰克赫兹实验报告内容
弗兰克赫兹实验报告内容
弗兰克赫兹实验报告内容
弗兰克-赫兹实验为能级的存在提供了直接的证据，对玻尔的原子理论是一个有力支持，那么，下面是CN人才公文网小编给大家整理收集的弗兰克赫兹实验报告内容，供大家阅读参考。
弗兰克赫兹实验报告内容1
仪器
弗兰克-赫兹管(简称F-H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、微机X-Y记录仪。
F-H管是特别的充汞四极管，它由阴极、第一栅极、第二栅极及板极组成。为了使F-H管内保持一定的汞蒸气饱和蒸气压，实验时要把F-H管置于控温加热炉内。加热炉的温度由控温装置设定和控制。炉温高时，F-H管内汞的饱和蒸气压高，平均自由程较小，电子碰撞汞原子的概率高，一个电子在两次与汞原子碰撞的间隔内不会因栅极加速电压作用而积累较高的能量。温度低时，管内汞蒸气压较低，平均自由程较大，因而电子在两次碰撞间隔内有可能积累较高的能量，受高能量的电子轰击，就可能引起汞原子电离，使管内出现辉光放电现象。辉光放电会降低管子的使用寿命，实验中要注意防止。
F-H管电源组用来提供F-H管各极所需的工作电压。其中包括灯丝电压UF，直流1V~5V连续可调;第一栅极电压UG1，直流0~5V连续可调;第二栅极电压UG2，直流0~15V连续可调。
扫描电源和微电流放大器，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F-H管的加速电压，供手动测量或函数记录仪测量。微电流放大器用来检测F-H管的板流，其测量范围为10^-8A、10^-7A、10^-6A三挡。
微机X-Y记录仪是基于微机的集数据采集分析和结果显示为一体的仪器。供自动慢扫描测量时，数据采集、图像显示及结果分析用。
弗兰克赫兹实验 实验报告
弗兰克赫兹实验实验报告
弗兰克赫兹实验是20世纪初为了研究原子结构而开展的经典实验之一，也是量子力学发展史上的重要里程碑之一。本文将对该实验的原理、实验装置、实验过程及结果进行介
绍并进行简要的讨论。
一、实验原理
弗兰克赫兹实验主要基于静电击穿现象的基础上进行。在一个低压气体管内，将两个
电极分别放在管的两端，使得电子能够从负极经过气体管向另一端正极方向运动。当电子
运动的速度达到一定的程度时，可以与气体原子相撞，使气体原子激发成为离子或激发态。当电子经过气体管内的一个区域时，便可以观察到该区域的荧光现象。
二、实验装置
弗兰克赫兹实验的实验装置主要由一个玻璃管组成，管中充满了低压气体。实验中通
过气体管两端的电极和外部高压电源构成电路，使电子可以在管内自由运动。
三、实验过程
在实验进行时，首先将气体管中的气体抽成非常低的压强，然后通过高压电源，在管
的两端分别加上负极和正极电压，使得气体管内形成一个电场。当电压达到一定程度时，
电子可以克服气体原子的束缚，在电场作用下自由运动。当一些电子与气体原子碰撞时，
气体原子可能会发生激发或电离，然后通过复合释放荧光。荧光以波长分布明显的分界线
出现（即发生荧光的气体种类不同，发射的光谱线也不同）。通过测量压强与电场强度等
参数，可以得到不同气体在不同电场强度下的谱线变化情况。
四、实验结果
通过弗兰克赫兹实验的实验数据可以得出结论：
（1）气体原子处于激发态不能较长时间复合释放，而处于离子状态的气体原子则不同。
（2）获得荧光的气体原子数与电子数不成正比，而且气体压强不能过高。
弗兰克赫兹实验实验报告
弗兰克赫兹实验实验报告
弗兰克赫兹实验实验报告
引言：
弗兰克赫兹实验是由德国物理学家詹姆斯·弗兰克和格斯塔夫·赫兹在1914年进
行的一项重要实验。这个实验为我们揭示了物质的微观结构和原子的特性，对
于量子力学的发展起到了重要的推动作用。本实验报告将详细介绍弗兰克赫兹
实验的目的、原理、实验装置和结果分析。
目的：
弗兰克赫兹实验的目的是研究气体放电过程中电子与原子的相互作用，验证了
能量量子化的假设。通过实验，我们可以了解电子在气体中的行为，以及电子
与原子之间的相互作用机制。
原理：
弗兰克赫兹实验基于气体放电现象。当在一定的条件下，通过两个电极之间的
气体形成电场，施加电压使气体放电，电子在电场力的作用下加速运动。当电
子与气体原子碰撞时，会发生能量的转移和散射。根据电子的能量损失情况，
可以得出电子与原子碰撞的能量量子化特性。
实验装置：
弗兰克赫兹实验的装置主要包括真空室、阴极、阳极、电压源和测量仪器等。
真空室用于提供一定的气体压强和减少空气分子对电子运动的干扰。阴极和阳
极分别作为电子的发射源和收集器。电压源用于施加电场，控制电子的加速度。测量仪器用于记录电子通过气体时的能量损失情况。
实验过程：
在实验开始前，我们首先将真空室抽气，以确保实验环境的真空度。然后，调
节电压源的电压，使得电子能够在电场力的作用下加速运动。接下来，我们通
过测量仪器记录电子在不同电压下通过气体的能量损失情况。实验过程中，我
们逐渐增加电压，观察电子的能量损失是否呈现出离散的分布。
结果分析：
根据实验结果，我们可以得出以下结论：
1. 当电压较低时，电子与气体原子碰撞能量较小，能量损失也较小。此时，电
弗兰克-赫兹实验实验报告
弗兰克-赫兹实验
一 实验目的
通过测定汞原子的第一激发电位，证明原子能级存在。 二 实验原理 1 激发电势 玻尔的原子能级理论
（1）原子只能长时间的停留在一些稳定的状态，（简称定态）。原子在这些状态时，不发射或吸收能量；各定态有一定的能量，其数值是彼此分隔的。原子的能量不论通过什么方式发生改变，它只能从一个定态跃迁到另一个定态。
（2） 原子从一个定态跃迁到了另一个定态而发射或吸收一定的能量，辐射频率是一定的，满足
n m E E hv -= （1）
原子实现能级跃迁的途径之一，就是通过具有一定能量的电子与原子碰撞的方式来实现的。 设初速度为零的电子在电势差为U 的加速电场作用下，获得的能量为eU ，当具有这种能量的电子与稀薄气体中的原子发生碰撞时，就会发生能量交换，如以E 1带表汞原子的基态能量，E 2代表汞原子第一激发态的能量，那么当汞原子从电子传递来的能量恰好为
120E E eU -= （2）
时，汞原子就会从基态跃迁到第一激发态。相应的电势差称为汞的第一激发电势（中肯电势）。 夫兰克-核子实验原理如图1示。
U GK /V
I A /nA
图3夫兰克-赫兹管第一激发电势的I A -U GK 曲线
在充汞的夫兰克赫兹管中，电子有阴极发出，阴极K 和栅极G 之间的加速电压U GK 供电子加速。在板极A 和栅极G 之间加有拒斥电压U AG 。管子空间电位分布如图2示。当电子通过KG 空间进入GA 空间时，如果有较大的能量（≥eU AG ），就能冲过反向拒斥电场而到达板极形成电流，为微电流计PA 检测出。如果电子在KG 空间与汞原子碰撞，把自己的一部分能量给了汞原子而使后者激发的话，电子本身剩余的能量很少，以致功过栅极后不足以克服拒斥电场而被折回到栅极。这时，通过微电流计的电流将显著的减小。
弗兰克赫兹实验实验报告
弗兰克赫兹实验实验报
告
文件排版存档编号：[UYTR-OUPT28-KBNTL98-UYNN208]
弗兰
克-赫兹实验
一实验目的
通过测定汞原子的第一激发电位，证明原子能级存在。 二实验原理 1激发电势
玻尔的原子能级理论
（1）原子只能长时间的停留在一些稳定的状态，（简称定态）。原子在这些状态时，不发射或吸收能量；各定态有一定的能量，其数值是彼此分隔的。原子的能量不论通过什么方式发生改变，它只能从一个定态跃迁到另一个定态。
（2）原子从一个定态跃迁到了另一个定态而发射或吸收一定的能量，辐射频率是一定的，满足
n m E E hv -=（1）
原子实现能级跃迁的途径之一，就是通过具有一定能量的电子与原子碰撞的方式来实现的。
设初速度为零的电子在电势差为U 的加速电场作用下，获得的能量为eU ，当具有这种能量的电子与稀薄气体中的原子发生碰撞时，就会发生能量交换，如以E 1带表汞原子的基态能量，E 2代表汞原子第一激发态的能量，那么当汞原子从电子传递来的能量恰好为
120E E eU -=（2）
时，汞原子就会从基态跃迁到第一激发态。相应的电势差称为汞的第一激发电势（中肯电势）。
夫兰克-核子实验原理如图1示。
电压U
GK 供电子加速。在板极A和栅极G
AG
布如图2示。当电子通过KG空间进入GA空间时，如果有较大的能量（≥
eU
AG
），就能冲过反向拒斥电场而到达板极形成电流，为微电流计PA检测出。如果电子在KG空间与汞原子碰撞，把自己的一部分能量给了汞原子而使后者激发的话，电子本身剩余的能量很少，以致功过栅极后不足以克服拒斥电场而被折回到栅极。这时，通过微电流计的电流将显着的减小。
弗兰克赫兹实验实验报告
弗兰克赫兹实验实验报告
姓名：武旭学号：组别：10 专业：材料物理日期：9/12/2015
一、实验目的
1.了解气体放电现象中低能电子和原子之间的相互作用；
2.了解原子内部的能量状态与能量交换的微观过程；
3.熟悉研究原子内部结构的思想与方法。
二、实验原理
1.玻尔原子结构理论
原子是由原子核和核外电子所组成，原子核位于原子的中心，电子则沿着以核为中心的各种不同直径的轨道运动。在一定轨道上的电子具有一定的能量，轨道不同则能量大小不同。当电子从一个轨道跃迁到另一个轨道时，会产生能量的变化。若原子吸收能量，则电子从低能级跃迁到高能级；而当电子从高能级跃迁到低能级时，原子放出能量。
2.电子与原子的相互作用
a.亲和e-+A=A-
b.碰撞1
2m e v2+1
2
mv2=1
2
m e v′2+1
2
mv′2+∆E
△E=0时，为弹性碰撞，电子与汞原子之间几乎不交换能量；
△E>0时，为第一类非弹性碰撞，电子将能量传递给原子，使原子激发；
△E<0时，为第二类非弹性碰撞。
c. 电离当电子能量足够大时，可使原子的价电子脱离原子束缚而电离，即e-+A=A++2e-
d. 复合e-+A+=A
e. 光电效应处于激发态的原子退激发时，辐射出光量子，这些光量子打到极板上时会发
生光电效应，从金属板中打出电子。能量关系为：1
2
mv2=hν−Φ.
3.弗兰克赫兹实验装置
如下图所示，
灯丝经电压加热后放出热电子，由控制栅极加速使其脱离原子束缚，之后在加速电压G2加速下向阳极运动，并与汞原子发生碰撞与能量交换，最后通过加速电压的删选，达到阳极并产生电流。通过检测阳极电流的大小及其变化图像可测量出汞原子被激发的数量及汞原子第一激发能。
弗兰克-赫兹实验报告
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：
1914年，弗兰克和赫兹用电子碰撞原子的方法测量到了汞的激发电位和电离电位，证实了原子存在定态能级。这个实验方法至今仍是探索原子结构的重要手段之一。实验目的是熟悉实验装置，掌握实验条件，测量汞的第一激发电位、电离电位和高激发电位。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:
2
21mv 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61S0（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。
弗兰克赫兹实验实验报告
弗兰克赫兹实验实验报告
实验名称：弗兰克赫兹实验
实验目的：通过研究气体的导电特性，探究众多气体的带电粒子性质等规律。
实验器材：真空管，放电极，荧光屏，高压电源，振荡器等。
实验原理：弗兰克赫兹实验利用了电离气体与电场、荧光屏的相互作用，其中，荧光屏的作用是显示电子活动的位置。通过在气体中建立电场，在真空中产生气体的离子化（电离），并测定带电粒子与电场作用下的方向、速度、轨迹等特征，可以推测出气体离子（电离）性质以及离子与电场的相互作用规律。
实验过程：利用真空管将空气抽空，给电极加高压电信号，使气体电离，产生气体放电现象。接下来，让离子穿过两个极板的电场区域，在荧光屏上观察带电粒子离子与电场作用后的荧光显示。通过改变气体类型和气体压力等实验条件，观察荧光屏上的显示差异，实验数据测定。
实验结果：弗兰克赫兹实验得出气体的导电机制与性质、电子的分布密度、电场对电子的俘获等规律等，该实验也为粒子物理学、原子物理学研究提供了启示。
结论：弗兰克赫兹实验提供了重要的原理和实验数据，描述了气体电离、电子漂移、荧光及偏極化等现象，对于研究原子物理学、粒子物理学等领域具有重要意义。
实验小结：通过本次实验，我深刻地体会到了科学实验的重要性，同时也更加明确了物理学研究的意义和方向。希望在今后的学习中，能够更深地认识该领域的知识和相关实验，为我国科学技术的发展贡献自己的力量。
弗兰克赫兹实验报告内容
弗兰克赫兹实验报告内容
弗兰克-赫兹实验为能级的存在提供了直接的证据，对玻尔的原子理论是一个有力支持，那么，下面是给大家整理收集的弗兰克赫兹实验报告内容，供大家阅读参考。
弗兰克赫兹实验报告内容1
仪器
弗兰克-赫兹管(简称F-H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、微机X-Y记录仪。
F-H管是特别的充汞四极管，它由阴极、第一栅极、第二栅极及板极组成。为了使F-H管内保持一定的汞蒸气饱和蒸气压，实验时要把F-H管置于控温加热炉内。加热炉的温度由控温装置设定和控制。炉温高时，F-H管内汞的饱和蒸气压高，平均自由程较小，电子碰撞汞原子的概率高，一个电子在两次与汞原子碰撞的间隔内不会因栅极加速电压作用而积累较高的能量。温度低时，管内汞蒸气压较低，平均自由程较大，因而电子在两次碰撞间隔内有可能积累较高的能量，受高能量的电子轰击，就可能引起汞原子电离，使管内出现辉光放电现象。辉光放电会降低管子的使用寿命，实验中要注意防止。
F-H管电源组用来提供F-H管各极所需的工作电压。其中包括灯丝电压UF，直流1V~5V连续可调;第一栅极电压UG1，直流0~5V连续可调;第二栅极电压UG2，直流0~15V连续可调。
扫描电源和微电流放大器，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F-H管的加速电压，供手动测量或函数记录仪测量。微电流放大器用来检测F-H管的板流，其测量范围为108A、107A、106A三挡。
微机X-Y记录仪是基于微机的集数据采集分析和结果显示为一体的仪器。供自动慢扫描测量时，数据采集、图像显示及结果分析用。
弗兰克-赫兹实验报告
大学物理实验报告-弗兰克赫兹实验
实验题目：弗兰克赫兹实验
实验器材：F－H实验管、恒温加热电炉、F－H实验装置、示波器。
实验内容：
1．熟悉实验装置，掌握实验条件。
该实验装置由F－H管、恒温加热电炉及F－H实验装置构成，其装置结构如下图所示：
F-V管中有足够的液态汞，保证在使用温度范围内管内汞蒸气总处于饱和状态。一般温度在100 ºC至250 ºC。并且由于Hg对温度的灵敏度高，所以温度要调好，不能让它变化太大。灯丝电压控制着阴极K发射电子的密度和能量分布，其变化直接影响曲线的形状和每个峰的位置，是一个关键的条件。
2．测量Hg的第一激发电位。
1）起动恒温控制器，加热地F-H管，使炉温稳定在157ºC，并选择合适的灯丝电压，V G1K=，V G2p=，V f=。
2）改变V G2k的值，并记录下对应的Ip值上（每隔记录一个数据）。
3）作数据处理，作出对应的Ip-V G2k图，并求出Hg的第一激发电位（用逐差法）。
3．测Ar原子的第一激发电位。
1）调节好相关的数据：V p=，V G1=，V G2k=0~100V，V f=；
2）将相关档位调到自由档位，在示波器上观看得到的Ip-V G2k图，是否符合实验要求（有六个以上的波峰）。再将相关档位调到手动档位。
3）手动改变V G2k的值，并记录下对应的Ip值上（每隔记录一个数据）。
4）作数据处理，作出对应的Ip-V G2k图，并求出Hg的第一激发电位（用逐差法）。
4．得出结论。
原始数据:
1. V f= V G1K= V G2p= T=157ºC
求汞原子的第一激发电位的数据表
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表 2 汞原子较高能级跃迁情况
编 号
跃迁情况
辐射波长/埃
能量/eV
a b c d e f
8P(1,1)‐>6S(1,0) 7P(1,1)‐>6S(1,0) 6P(1,1)‐>6S(1,0) 8S(3,1)‐>6P(3,2) 7D(3,1)‐>6P(3,0) 6P(3,1)‐>6S(1,0)
1268.82 1402.72 1849.57 2341.48 2534.77 2536.52
9.797489 8.862246 6.721157 5.309142 4.904291 4.900908
图 4 汞较高激发电位时的 ~
曲线关系图
【误差分析】 实验中误差最主要的来源在于 数据的采集，因为指针很不稳定， 加之衰减的持续性，很多数值将比 实际数值偏小。图 4 的第 1 个和第 2 峰即为误差的表现：这两个峰均 应该描述第一激发电位 4.9V，应该 只有一个峰，但是两峰之间数据减 小，可能就因为读数太慢或不规律 导致。 其次是采集数据的密度。数据 密度决定着图像的连续性和信息完 整，过大的数据间隔可能导致间隔 内峰值的遗漏，过小的间隔，又将 同第一误差因素一起增大实验误 差。
B 类不确定，由数字电压表通常的仪器误差限（∆ ∆ √2 则总的不确定度：
0.40V 故其相对不确定度： ∆ 100% 8%
则最后结果为：
∆
5.04
0.40 ,
8%
二、确定峰位和峰位序数的关系 从表 1 数据可以得到如图 2 所 示的峰位 与对应峰位序数 n 关 系图。 从右图可得到对应的汞的第一 激发能为 5.04V，系统的接触电位差 约为 6.89V。 发现接触电位差比脱出功较大 的材料铂还要大 0.9V，在微电流的 测量上或存在较大的误差。测量过 程中，发现微电流表的示数并不能 马上稳定在某个值，而总是呈现衰 减的状态，一段时间后才落在某个 值上。如果扫描电压上升较慢，即 便实际数值有增加，但是指针因为 图 2 峰位 与对应峰位序数 n 关系图 总在衰减而发生抵消作用，不能看 到数值变化，故第一个峰的位置会比实际变大很多。而后的测量是建立在先前衰减的数值上的，并且 每次读数的方法都相近（扫描电压到达指定数值后，马上读数或隔 10 秒再读数） ，故仍可以得到较好 的直线。 接着计算该拟合曲线的不确定度。 其峰位电压的标准差为： ∑ 10 2 斜率 b 和截距 a 的“等效”A 类不确定度分别为： 0.22823 0.334098
I/10 A 0.2 1 2 2.4 3 5 5 9 11 16 18 17 18 19 20 18 16 12 8 5 3 1.8 0.2 0.1 1
-8
U/V 16 16.1 16.7 16.9 17.2 17.5 17.7 17.8 18 18.1 18.4 18.6 18.7 18.9 19.2 19.3 19.4 19.6 19.7 19.9 20 20.2 20.3 20.4 20.5
电流/10 A 3.2 5.9 9.8 11 12.2 16 21 20.2 20 17 12.1 9.6 5.9 1.2 1 0.5 0.4 1.4 5 11.7 22 26 29 29 22 14 10 6 2.1 1.9 1.5 1.9 2.8 4.4 11 16 24 26 25.7 26
-8
电压/V 32 32.3 32.7 33 33.4 34 34.4 34.6 34.8 35.1 35.3 35.5 35.7 36.2 36.4 36.6 36.7 36.9 37.2 37.4 38.1 38.6 38.9 39 39.2 39.4 39.6 39.9 40 40.5 41 41.5 41.8 42 42.3 42.5 42.8 43 43.8 44.2
-8
电压/V 20.3 20.5 20.8 21 21.3 21.5 21.8 22.1 22.3 22.6 22.8 23 23.3 23.6 23.9 24.1 24.3 24.6 25.1 25.6 26.1 26.6 27 27.2 27.5 28 28.2 28.5 28.9 29.1 29.3 29.5 29.7 29.9 30.3 30.7 31.1 31.4 31.5 31.8
原始数据
电压/V 10 10.5 11 11.2 11.4 11.6 11.9 12 12.2 12.4 12.6 12.8 13 13.2 13.4 13.6 13.8 15 15.2 15.4 15.6 15.8 16.2 16.4 16.6 17 17.1 17.5 17.9 18 18.2 18.4 18.6 18.8 19 19.2 19.4 19.6 19.8 20 电流/10 A 0 0.1 0.7 1 1.4 1.9 2.1 2.2 3 3.2 2.7 2.2 1.6 0.9 0.2 0.1 0.1 0.4 1 1.8 2.4 6 7.8 8.4 11.2 13 14 12 9 6 3.8 2 1 0.2 0.1 0.1 0.2 0.4 1 1.8
电流/10 A 8 7.9 8.1 10 12 16 20 24 26 28 26 26 25 24 22 19 14 12 11.6 13.8 15 24 29 26 22 17 13.8 14 15 17.6 22 25 26 24 22.4 21 16
-8
较高激发电位测量
U/V 8.9 9.5 9.8 9.9 10 10.2 10.3 10.6 10.9 11.3 11.5 11.9 12 12.3 12.5 12.8 12.9 13.2 13.4 13.6 13.8 14 14.2 14.6 15.8
10
10
0.03678
三、本底的扣除 如图 1 所示，虚线部分为峰谷点的二次多项式拟合曲线， 拟合相关系数为 0.9936，故拟合曲线 有效。所得到的二次多项式为：y = 0.0075x2 - 0.184x + 0.8873。 此虚线所代表的即实验中本底电流的大小，其产生有两个原因： 1、 从热阴极发出的电子未与汞原子或若干次相撞后仍具有一定能量而可以到达极板产生电流； 2、 部分汞原子被电离而发出电子； 飞本底电流的增加会对振荡型数据产生影响，故对实验结果会存在一定影响，故尝试用上述二次
1.5 ，加速电压
1.5 ，汞蒸气温度
170
图 1 汞蒸气 ~
曲线关系图
利用逐差法： ∆ 36.9 12.4 41.8 4.9 17.1 47 21.8 5∗5 的相对误差为： 52.6 27 57.7 31.8 5.04
与汞原子的第一激发能
|5.04 4.9| 100% 2.8% 4.9 在一定误差范围内，故可以认为其与汞原子的第一激发能相一致。 而第一峰位的电压值与第一激发能并不相同。因为阴极和栅极之间存在接触电势差，使得峰位整 体右移；同时，即便电压值到达第一激发能所需电压，也因为此时能撞击而激发汞原子的电子数并未 达到极大，仍有一部分电子可到达极板，电流仍然会上升一段距离。 接着试计算其第一激发能的不确定度和表达式。 该组测量的 A 类不确定度： ∆ 5 5 1 0.18V 0.5）确定： 0.35V
多项式扣除本底，得到如图 3 所示的汞 蒸气 ~ 曲线关系图。 利用同样于峰位电压-峰位序数关系 的处理，可以求得其第一激发能约为 5.04V，在小数点 2 位后偏大于原来的处 理结果，可见本底电流的有无（扣除）对 该组测量数据的影响较小。 同时，峰位的包络线形状在扣除本 底后更加明显。可以看出，当扫描电压在 35V 附近时，峰值达到最大。曲线的形状 与电子的能量分布以及热阴极发出的电 子数有关。当扫描电压过大时，热阴极发 出的电子数已经达到最大， 除了到达极板 的电子数速度增大外， 空间内更多的低速 图 3 修正汞蒸气 ~ 曲线关系图 粒子被加速撞击激发汞原子， 无法到达极 板，综合效果反映为极板上到达电子密度减小，因为电流下降。扫描电压小于 35V 的曲线趋势变化，原 因已在原理中写明。 四、较高激发电位的测量 灯丝电压 1.3 ，控制栅电压 1.5 ，加速电压 1.5 ，汞蒸气温度 120 。 汞原子的较高激发势可从其能级图中计算得出，如表 2 所示，其中 X(a,b)表示 图 4 为实验测量出的汞较高激发电位 ~ 曲线关系图，图中取 16 个较具有特征的点，并将电 压值同时减去某个值，使第一激发电位等于 4.9V，得到表 3。 比较表 3 和表 2 的内容，发现只有第一激发电位可以单独进行，其他较高能级跃迁（大于 4.9V） 均可能通过各种允许的跃迁的组合，部分能推算的结果见表 3。而电子其实可以和汞发生多次碰撞， 从表中数据来看，并没有发生二次碰撞数据，即等效电压在 9.8V 附近的数据点，可见测量上可能产生 错误或者较大的误差。
【实验结论】 1、 通过逐差法和回归方程分别分析了汞蒸气 ~
曲线关系图，得出其第一激发电位为：∆
来自百度文库
5.04 0.40 , 8% ； 2、 本底电流对峰值的位置产生一定的影响，但对实验结果影响不是很大。但是处理数据时，仍然应 该将本底电流予以扣除； 3、 较高激发电位是若干跃迁组合的结果，除了第一激发电位可以单独发生，其他均需要通过至少 2 个跃迁加以组合； 4、 误差主要来源于读数的方法，规律性和即使性很重要。
I/10 A 2 4 10 11 14 18 19 19 19.2 18.4 15 12 12.4 13.6 12.1 10.6 8.2 6.2 8 4 4 4.2 4 3.8 5
【数据处理】 一、 测量汞蒸气的第一激发能 灯丝电压 1.7 ，控制栅电压
表 1 电流峰对应电压值表 No. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 U_peak V 12.4 17.1 21.8 27.0 31.8 36.9 41.8 47.0 52.6 57.7 I_peak ×10-8A 3.2 14 21 29 26 28 28 28 29 26
表 3 汞原子较高能级部分数据点 n 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 电压/V 11.49274 12.52169 17.99697 18.97993 19.68123 20.71018 21.41148 22.11277 22.39444 24.17067 25.80895 26.74592 27.21154 27.77487 28.617 30.06558 等效电压/V 4.9 5.92895 11.40423 12.38719 13.08849 14.11744 14.81874 15.52003 15.8017 17.57793 19.21621 20.15318 20.6188 21.18213 22.02426 23.47284 电流/10nA 18.01903 19.96102 19.27623 13.61533 8.01061 7.15374 6.06511 7.89472 9.21162 14.92871 18.99178 11.04123 14.01566 12.12635 9.09573 17.04628 可能组合 f c+f c+d 2c 3f f+d+c f+d+b 3c -
电流/10 A 25 24 20 16 11 4.6 2.8 2.4 4.1 6.5 10.4 15.7 16.2 24 26 28 27 28 28 26 19.4 12 9.6 8.2 7.8 6.2 6 6.2 7 12.6 20 26 28 26 24 24 22 20 12 10
-8
电压/V 44.5 44.7 44.9 45.2 45.4 45.8 46 46.3 46.7 47 47.3 47.5 47.7 47.9 48.2 48.6 49.1 49.5 50.1 50.4 50.7 51.6 52.6 52.9 53.4 54.3 55.1 55.4 55.7 56.1 56.6 57.1 57.7 58.1 58.6 59.1 60.3