FH中电子能量分布的测定
北京大学物理实验报告：弗兰克-赫兹实验(docx版)
弗兰克-赫兹实验【实验目的】(1) 了解弗兰克-赫兹实验用伏-安证明原子存在能级的原理和方法(2) 学习用伏-安法测量非线性器件(3) 学习微电流的测量【仪器用具】仪器名参数F-H-II 弗兰克赫兹实验仪∅F-H-II 弗兰克赫兹实验仪微电流放大器10−7档F-H-II 弗兰克赫兹实验仪电源组V F 0~5V2.5级V G1K 0~5V 2.5级V G2P 0~15V2.5级Victor VC9806+数字万用表200 mV档±(0.5%+4)【实验原理】(1)原子的受激辐射玻尔的氢原理理论指出，原子只能较长久地停留在一些稳定状态（称为定态）。
这些定态的能量（称为能级）是不连续分布的，其中能级最低的状态称为基态。
原子在两个定态之间发生跃迁时，要吸收或发射一定的能量，该能量等于两个定态之间的能量差ΔE mn=E m−E n原子在能级之间的跃迁可以通过有一定能量的电子与原子碰撞交换能量来实现。
初速度为零的电子经过电势差U0加速获得能量eU0，当这些电子与稀薄气体（例如汞）发生碰撞，就会发生能量交换。
当电子能量满足eU0=ΔE mn便会使得原子从E n被激发到E m，电子能量被吸收。
(2)弗兰克-赫兹实验图 1 弗兰克-赫兹装置示意图图1是弗兰克-赫兹实验装置示意图。
图中左侧为弗兰克-赫兹管（F-H管），它是一种密封的玻璃管，其中充有稀薄的原子量较大的汞或惰性气体原子。
在这里灯丝用来对阴极K加热，使其发射热电子。
灯丝电压U F越高，阴极K发射的电子流也就越大。
第一栅极G1的主要作用是消除空间电荷对阴极电子发射的影响。
第二栅极G2的作用是在G2和K之间形成对电子加速的静电场。
发射的电子穿过栅极G2达到极板P，形成板流I P。
板流I P的大小由微电流测试仪进行测量。
在板极P 和G2之间加有一反向电压，它对电子减速，使经过碰撞后动能非常低的电子折回。
由热阴极发射的电子初速度为零，受加速电场V G2K作用，V G2K较低时，电子能量小于原子的激发能，电子与汞原子只能发生弹性碰撞。
FH实验
弗兰克-赫兹实验一、实验目的（1）通过测定氩原子等元素的第一激发电位，证明原子能级的存在。
（2）了解研究原子内部能量问题时所采用的基本实验方法（3）了解电子与原子碰撞和能量交换过程的微观图象（4）进一步理解玻尔的原子理论1913年丹麦物理学家玻尔（N ❿Bohr ）提出了原子能级的概念并建立了原子模型理论，原子处于稳定状态时不辐射能量，当原子从高能态（能量E m ）向低能态（能量E n ）跃迁时才辐射。
辐射能量满足：m n E E E ∆=-对于外界提供的能量，只有满足原子跃迁到高能级的能级差，原子才吸收并跃迁，否则不吸收。
1914年德国物理学家弗兰克（J ❿Franck ）和赫兹（G ❿Hertz ）用慢电子穿过汞蒸气的实验，测定了汞原子的第一激发电位，从而证明了原子分立能态的存在。
后来他们又观测了实验中被激发的原子回到正常态时所辐射的光，测出的辐射光的频率很好地满足了玻尔理论。
弗兰克—赫兹实验的结果为玻尔理论提供了直接证据。
玻尔因其原子模型理论获1922年诺贝尔物理学奖，而弗兰克与赫兹的实验也于1925年获此奖。
夫兰克——赫兹实验与玻尔理论在物理学的发展史中起到了重要的作用。
二、实验原理夫兰克一赫兹实验原理（如图1所示），氧化物阴极K ，阳极P ，第一、第二栅极分别为G 1、G 2。
K-G 1-G 2加正向电压，为电子提供能量。
U G1K 的作用主要是消除空间电荷对阴极电子发射的影响，提高发射效率。
G 2-P 加反向电压，形成拒斥电场。
电子从K 发出，在K-G 2区间获得能量，如果电子进入G 2-P区域时动能大于或等于e U G2P ，就能到达板极形成板极电流I .电子在不同区间的情况： 图1弗兰克-赫兹实验原理图灯丝电压（1） K-G 1区间 电子迅速被电场加速而获得能量。
（2） G 1-G 2区间 电子继续从电场获得能量并不断与氩原子碰撞。
当其能量小于氩原子第一激发态与基态的能级差∆E ＝E 2-E 1 时，氩原子基本不吸收电子的能量，碰撞属于弹性碰撞。
弗兰克-赫兹实验参数的确定及数据处理
1911年,英国物理学家卢瑟福根据α粒子散射实验提出了原子的有核模型.在该模型中,电子绕原子核作轨道运动,根据经典理论,电子绕原子核旋转时必将发射电磁波而损失能量,最终落到原子核上,这与实际情况不符.此外,该模型也无法解释氢原子的线状谱.为了解释这些现象,1913年,丹麦物理学家玻尔提出其原子模型,认为核外电子只能在一些具有特定能量的轨道上运动,这种运动既不吸收也不发射能量,即电子在运动过程中能量保持不变,这种运动状态称为定态;各定态都具有特定的能量,其数值彼此分立;电子所处状态不论通过什么方式发生改变,只能从一个定态跃迁到另一定态,在跃迁时辐射或吸收一定频率的电磁波.该模型成功解释了氢原子核的线状谱,同时也为量子力学的诞生奠定了基础.1914年,德国物理学家弗兰克与赫兹采用慢电子轰击原子的方法,着重观察碰撞后电子能量的变化,通过实验测量发现,电子和原子碰撞时会交换某一定值的能量,将原子激发到较高能态.该实验直接证明了原子内部存在量子化的能级,也给玻尔的原子理论提供了原子线状谱之外的实验证据.1实验原理图1为弗兰克—赫兹实验的原理图,通电后灯丝加热,温度升高,电子由阴极K 发出,发出的电子在加速电压U G2K 下加速运动,在板极A 和栅极G 2之间加有拒斥电压U G2A ,用于筛选电子,仅当电子具有较大能量(≥eU G2A ),才能克服拒斥电场到达阳极形成板极电流I A .弗兰克—赫兹管中充有氩气,电子在运动过程中会与氩原子发生碰撞,如果U G2K 较小,电子通过加速获得的能量也较小,就不能将氩原子从基态激发到第一激发态,那么它们之间便只能发生弹性碰撞,考虑到电子质量远远小于氩原子,因此,碰撞后电子几乎不损失能量,板极电流将逐渐增加;随着U G2K 的增大,电子获得的能量越来越大,当U G2K 增加至氩原子的第一激发电位时,电子获得足够能量将氩原子从基态激发到第一激发态,即发生非弹性碰撞,此时电子能量几乎损失殆尽,以致没有足够能量克服拒斥电场,从而无法到达板极A 而形成电流,造成板极电流显著减小.随着U G2K 的继续增大,电子与氩原子碰撞后仍有足够的能量,克服拒斥电场而达到板极A ,电流再次上升,直到U G2K 增大至氩原子第一激发电位的两倍时,电子获得足够能量可以与氩原子发生两次非弹性碰撞而损失能量,造成第二次板极电流的显著下降.继续增大U G2K 会重复发生上述板极电流增加减小的现象,形成规则的起伏变化的I A —U G2K 曲线.通过相邻电流峰值对应的U G2K 之差即可确定氩原子的第一激发电位.2实验电压参数的确定由实验原理可知,实验I A —U G2K 曲线受到灯丝电压、第图1弗兰克—赫兹实验的原理图.弗兰克-赫兹实验参数的确定及数据处理牛中明,方基宇,王晓伟,谌正艮(安徽大学物理与材料科学学院,安徽合肥230601)摘要:弗兰克-赫兹实验是大学物理中的重要实验之一,设置合适的实验参数(灯丝电压、第一栅极电压和拒斥电压)对该实验的成功至关重要.本文首先研究了实验曲线(板极电流随加速电压的变化曲线)随各实验参数的变化情况,这对合理设置实验参数具有重要的指导意义.根据在教学过程中遇到的几个实验参数设置不合理的情况,给出了相应的解决方案.研究发现,灯丝电压对实验曲线影响最为明显,其次是拒斥电压,第一栅极电压的影响相对较小.最后,给出了一种利用O r i gi n 软件处理实验数据的方法,即通过最小二乘法对实验数据进行线性拟合,这不仅可以有效地利用实验数据,而且可以给出计算结果的误差.关键词:弗兰克-赫兹实验;板极电流;加速电压;灯丝电压中图分类号:O 4-34文献标识码:A文章编号:1673-260X (2019)04-0028-03收稿日期:2018-12-19V ol .35N o.4A pr .2019赤峰学院学报(自然科学版)J our nal of Chi f engU ni ver s i t y (N at ur al Sci enceEdi t i on )第35卷第4期2019年4月28--. All Rights Reserved.一栅极电压影响UG1K 和拒斥电压UG2A等实验参数的影响.由于该实验数据量大,记录数据需要较多时间,因此该实验一般是提前给定最佳实验参数,然后由学生通过手动和自动两种方式来测量IA—U G2K曲线,进而确定氩原子的第一激发电位.然而,随着实验条件的变化和仪器使用时间的增长,仪器的最佳参数值也会随之发生变化,因此了解IA—U G2K曲线随各个电压参数的变化趋势对设置最佳参数至关重要[1,2,3],本文将首先讨论IA—U G2K曲线随各个电压参数的变化,并结合笔者在教学过程中遇到的一些极端情况,给出相应的处理方案.本工作采用成都世纪中科仪器有限公司生产的ZK Y-FH-2弗兰克赫兹实验仪进行实验,图2—4分别代表灯丝电压、第一栅极电压UG1K 和拒斥电压UG2A对IA—U G2K曲线的影响.由图2可知,随灯丝电压的增大,阴极K温度相应增加,因此从阴极发出的电子会增多,从而导致板极电流I A增加,曲线整体上移,峰谷更为明显,这有助于提高实验的分别率.但是灯丝电压过高,一方面会缩短弗兰克—赫兹管的寿命,另一方面可能会导致发射电子过多以致于无法观测到明显的吸收峰.因此,合理的选择灯丝电压是弗兰克—赫兹实验成功的关键.笔者在教学过程中发现,不同的实验仪器,最佳灯丝电压一般在2.5V—3.5V之间,需要根据实际情况进行调整.由图3可知,第一栅极电压UG1K 对I A—UG2K曲线的影响较小,而且对板极电流的影响并不是单调的,因此一般取值1.5V左右即可.由图4可知,随着拒斥电压UG2A的减小,IA—U G2K曲线向上向左移动,同时峰谷电流之差相应减小,因此当IA—U G2K曲线的最后一个峰即将但未出现的时候,通过适当减小UG2A可使IA—U G2K曲线左移而显现出最后一个峰,但是过小的UG2A会导致峰谷电流之差减小,甚至很难观测到吸收峰,对于笔者所使用的实验仪器,UG2A一般取值在8—10V左右.如果上述电压参数在正常变化范围,即可以观测到起伏变化的IA—U G2K曲线,但是曲线中明显的峰数较少,则可依照图2—4中IA—U G2K曲线随相应电压参数的变化趋势进行调整,找到最佳参数值,如图5上图所示,按照默认的参数设置,只能观测到三个峰,而且峰谷差值较小,通过减小灯丝电压,增加UG2A,可以明显改善观测到的I A—U G2K曲线,如图5下图所示,共观测到5个峰,而且峰谷差值也更为明显.如果实验电压参数设置极不合理,可能会导致观测到的IA—U G2K曲线非常奇异,不仅得不到吸收峰,而且变化趋势也可能没有明显的规律性,如图6和图7的上图所示.这种情况往往是由灯丝电压过大所导致.因此,通过降低灯丝图2灯丝电压对IA—U G2K曲线的影响,此时U G1K=1.5V,UG2A=12V图3第一栅极电压UG1K 对IA—U G2K曲线的影响,此时灯丝电压=3.0V,UG2A =12V图4拒斥电压UG2A对IA—U G2K曲线的影响,此时灯丝电压=3.0V,UG1K=1.5V图5弗兰克—赫兹实验参数的调节,上下图分别对应默认参数和参数调整后的结果29--. All Rights Reserved.电压,并适度调节拒斥电压UG2A,实验I A—U G2K曲线可以得到明显改进,如图6和图7的下图所示,均可以观测到明显的5个峰,这为进一步准确测定氩原子的第一激发电位奠定基础.3实验数据的处理本实验一般采用逐差法来处理实验数据[4,5],但是实验中经常只能观测到奇数个明显的峰,如图7下图,只能观测到5个明显的峰,这为使用逐差法处理数据造成一定的难度.根据实验原理可知,UG2K 与观测到的峰值序数k满足线性关系,即UG2K=a+bk,其中斜率b就是氩原子的第一激发电位[1,6].因此,我们可以将得到的不同峰位处的UG2K利用最小二乘法进行线性拟合,即可得到氩原子的第一激发电位,这比教材中经常采用的逐差法更为可靠[7].可以借助O r i gi n软件进行数据处理,O r i gi n会自动计算出线性拟合的相关系数,第一激发电位及其误差.以图7下图的数据为例,借助O r i gi n软件处理的结果如图8所示,其中小球为实验数据点,虚线为拟合直线,拟合的相关系数为0.9997,第一激发电位为11.56±0.16V,这与第一激发电位的标准值符合得很好.4结论本文通过研究灯丝电压、第一栅极电压和拒斥电压等实验参数对IA—U G2K曲线的影响,给出了确定弗兰克—赫兹实验参数的一般方案,并对一些极端情况给出了相应的处理措施.进一步地,利用O r i gi n软件的线性拟合功能,给出了一种处理实验数据的方法,即通过最小二乘法对实验数据进行线性拟合,这种方法不仅可以有效地利用实验数据,而且可以给出氩原子第一激发电位的测量误差.———————————————————参考文献:〔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):37-46.〔2〕金哲.弗兰克赫兹实验最佳条件的确定[J].延边大学学报(自然科学版),2006,32(3):169-171.〔3〕安可,高松松,林上金,胡澄.如何选择弗兰克-赫兹实验的工作参量[J].大学物理实验,2014,27(6):34-55.〔4〕张卫山,杨善恒,鲁应涤,黄国蓝,樊江红,卢方武.基于O r i gi n的弗兰克一赫兹实验数据分析[J].赤峰学院学报(自然科学版),2012,28(9):6-7.〔5〕汪洪,赵青生,夏传鸿,谌正艮,杨杰.大学物理实验[M].北京:高等教育出版社,2016.〔6〕王杰,司嵘嵘.确定弗兰克-赫兹实验最佳工作参数的方法改进[J].大学物理实验,2018,31(5):87-91.〔7〕马畅,牛中明,汪洪,张子云.伏安法测电阻实验统计误差的分析[J].大学物理实验,2018,31(4):100-103.图7弗兰克—赫兹实验参数的调节,上下图分别对应默认参数和参数调整后的结果图8弗兰克—赫兹实验曲线的峰值电压与数据处理图6弗兰克—赫兹实验参数的调节,上下图分别对应默认参数和参数调整后的结果30--. All Rights Reserved.。
夫兰克赫兹实验
实验三十四夫兰克－赫兹实验２０世纪初，对原子光谱学的研究，证明了原子能级的存在，原子光谱中的每根谱线，就是原子从某个较高能级向较低能级跃迁时的辐射。
然而，原子能级的存在除了可由光谱研究证实外，还有另一种方法：１９１４年，德国物理学家夫兰克和赫兹，利用慢电子与稀薄气体原子碰撞的方法，使原子从低能级激发到高能级，并通过研究电子与原子碰撞前后电子能量的改变情况，测定了氩原子的第一激发电位，从而直接证明了原子能级的存在。
同时也证明了原子发生跃迁时吸收和发射能量是完全确定的、不连续的。
这就是著名的夫兰克－赫兹实验。
它成了玻尔原子理论的一个有力的实验证明，这两位物理学家也因此而获得了１９２５年的诺贝尔物理奖。
一、［实验目的］１、通过测定氩原子的第一激发电位，证明原子能级的存在。
２、通过实验加深对能级概念的理解。
二、［实验仪器与装置介绍］FH-2A 型夫兰克－赫兹实验仪１、夫兰克－赫兹管图３４－１本实验中所用的充氩四极ＦＨ－2A型夫兰克－赫兹管，其结构如图３４－１所示，２、仪器面板功能介绍（如图３４－2）图３４－2（１）电流I A量程切换开关（２） 电流表，指示I A 电流值。
I A ＝I A 量程切换开关（1）指示值×电流表②读数/100。
（３） 电压表，与电压指示切换开关（9）配合使用，分为V H 、V G1K 、V G2A 、V G2K各种电压，指示V H 、V G1K 、V G2A 时满量程为19.99V ，指示V G2K 时满量程为199.9V 。
（４） 电源开关（５） V G2K 输出端口，接至示波器或其它记录设备X 轴输入端口，此端口输出电平为V G2K 的1/10。
（６） 自动/手动切换开关。
接入为“自动”位置，与快速/慢速切换开关（7）及V G2K 调节旋钮（13）配合使用，可选择电压扫描速度及范围；接入“手动”位置，与（13）配合使用，手动选择电压扫描范围。
（７） 快速/慢速切换开关，用于选择扫描速度。
FD-FH-1夫兰克-赫兹实验仪说明书(050323)
FD-FH-Ⅰ夫兰克—赫兹实验仪说明书上海复旦天欣科教仪器有限公司中国上海FD-FH-Ⅰ型 夫兰克—赫兹实验仪产品说明书一、仪器简介本实验仪是用于重现1914年夫兰克和赫兹进行的低能电子轰击原子的实验设备。
实验充分证明原子内部能量是量子化的。
学生通过实验建立原子内部能量量子化的概念，并学习夫兰克和赫兹研究电子和原子碰撞的实验思想和方法。
本实验仪为一体式实验仪，设计紧凑，面板直观，功能齐全，操作方便。
供给夫兰克—赫兹管用的各组电源电压稳定，测量微电流用的放大器有很好的抗干扰能力。
实验仪能够获得稳定优良的实验曲线。
本实验仪实验方法多样，除实测数据外还可和示波器，X-Y 记录仪，及微机连用。
本实验仪适用于大专院校开设近代物理实验和普通物理实验，也可以作为原子能量量子化教学的演示实验。
二、仪器性能和面板功能1、夫兰克—赫兹实验管（简称F-H 管）F-H 管为实验仪的核心部件，F-H 管由傍热式阴极、双栅极和板极共四个极组成，各电极均为圆筒状。
这种F-H 管内充氩气，玻璃封装。
F-H 管各电极与其他部件的连接方法示意图如下：2、F-H 管用电源组提供F-H 管各电极所需的工作电源电压和性能如下： a ．灯丝电源电压F V ， 直流 1.3~5V ，连续可调； b ．栅极1G —阴极间电源电压!G V ，直流，0~6V ，连续可调； c ．栅极2G —阴极间电压电源2G V ，直流，0~90V ，连续可调； 3、扫描电源和微电流放大器扫描电源提供可调直流电压或输出锯齿波电压作为F-H 管电子加速电压。
直流电压供手动测量，锯齿波电压供示波器显示，X-Y 记录仪和微机用。
微电流放大器用来检测F-H 管的板流P I 。
性能如下：a ．具有“手动”和“自动”两种扫描方式：“手动”输出直流电压，0~90V ，连续可调；“自动”输出0~90V 锯齿波电压，扫描上限可以设定。
b ．扫描速率分“快速”和“慢速”两档：“快速”是周期约为20次/秒的锯齿波，供示波器和微机用；“慢速”是周期约为0.5次/秒的锯齿波，供X-Y 记录仪用。
夫兰克-赫兹实验
夫兰克-赫兹实验1913年，丹麦物理学家玻尔（N. Bohr）发表了氢原子理论，并指出原子存在能级。
该理论在预言氢光谱的观察中取得了显著的成功。
根据玻尔的原子理论，原子光谱中的每根谱线都相应表示了原子从某一个较高能量状态向另一个较低能量状态跃迁时的辐射。
除了可由光谱研究推得原子能级的存在，德国物理学家夫兰克（J. Franck）和赫兹（G. Herz）在1914年采用慢电子与单元素气体原子碰撞的方法，使原子从低能量激发到高能级，通过实验测量电子和原子碰撞时交换的能量，确定了这一能量为某一定值，令人信服地证明了原子发生跃迁时吸收和发射的能量是分立的、不连续的，证明了原子能级的存在，从而证明了玻尔理论的正确。
因此，他们获得了1925年诺贝尔物理奖。
实验目的通过对汞原子的第一激发电位的测定，证明原子具有能级，加深对微观粒子的基本特性──能量量子化的认识。
实验原理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（定态）之中，每一种状态相应于一定的能量值E i(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状态称为激发态，如图1所示。
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。
图1 原子能级跃迁示意图当原子从一个定态跃迁到另一个定态时会吸收或发射一定频率的电磁波，辐射的频率ν决定于原子所处两定态能级间的能量差：式中普朗克常数h = 6.63×10-34J•s本实验是通过具有一定能量的电子与稀薄气体的原子（比如十几个乇的氩原子）碰撞，进行能量交换而实现原子从基态到高能态的跃迁。
设氩原子的基态能量为E 0，第一激发态的能量为E 1，初速为零的电子在电位差为V 的加速电场作用下，获得能量为eV ，具有这种能量的电子与氩原子发生碰撞，当电子能量10eV E E <-时，电子与氩原子只能发生弹性碰撞，由于电子质量比氩原子质量小得多，电子能量损失很少。
弗兰克赫兹FH实验1
1914 年德国科学家弗兰克和赫兹在研究气体 放电中低能电子与原子相互作用时发现， 放电中低能电子与原子相互作用时发现 ， 透 过汞蒸汽的电子流随电子的能量呈现有规律 的周期性变化。 的周期性变化 。 该实验证实了原子内部的能 量是量子化的。为此1925 1925年弗兰克和赫兹共 量是量子化的 。 为此 1925 年弗兰克和赫兹共 同获得诺贝尔物理学奖。 同获得诺贝尔物理学奖。
实验仪器
VF调节 旋钮
VG1调 节旋钮 VA调节 旋钮
实验仪器
实验仪器
实验仪器
仪器连接
数据记录
实验数据表
n UAMax (v) IA (nA) UA (v) IA (nA)
1 2 3 4 5 6
做I-U曲线
实验内容 • 描绘出IA-UG2关系曲线. 描绘出I 关系曲线. • 求出氩第一激发电位U0. 求出氩第一激发电位U • 分析灯丝电压、拒斥电压的影响. 分析灯丝电压、拒斥电压的影响.
弗 兰 克 JamesFranck ， 1882—1964
G.赫兹 Gustav Hertz， 1887—1975
了解弗兰克-赫兹实验的设计思想和基 本实验方法 通过测定氩原子的第一激发电位，验证 玻尔的原子理论 分析灯丝电压、拒斥电压等因素对弗兰 克-赫兹实验的影响
实验原理—玻尔理论
放出 能量
原子只能较长久地停留在一 些稳定的能量状态(简称定态 简称定态), 些稳定的能量状态 简称定态 它的能量不可能连续变化而只 能是突变， 跃迁” 能是突变，即“跃迁”。原子 从一个定态跃迁到另一个定态 而发射或吸收能量， 而发射或吸收能量，辐射的频 率是一定的： 率是一定的：
吸收 能量
hv = Em − En
弗兰克-赫兹实验
弗兰克-赫兹实验夫兰克－赫兹实验1913年，丹麦物理学家玻尔（N．Bohr）提出了⼀个氢原⼦模型，并指出原⼦存在能级。
该模型在预⾔氢光谱的观察中取得了显著的成功。
根据玻尔的原⼦理论，原⼦光谱中的每根谱线表⽰原⼦从某⼀个较⾼能态向另⼀个较低能态跃迁时的辐射。
1914年，德国物理学家夫兰克（J．Franck）和赫兹（G. Hertz）对勒纳⽤来测量电离电位的实验装置作了改进，他们同样采取慢电⼦（⼏个到⼏⼗个电⼦伏特）与单元素⽓体原⼦碰撞的办法，但着重观察碰撞后电⼦发⽣什么变化（勒纳则观察碰撞后离⼦流的情况）。
通过实验测量，电⼦和原⼦碰撞时会交换某⼀定值的能量，且可以使原⼦从低能级激发到⾼能级。
直接证明了原⼦发⽣跃变时吸收和发射的能量是分⽴的、不连续的，证明了原⼦能级的存在，从⽽证明了玻尔理论的正确。
由⽽获得了1925年诺贝尔物理学奖⾦。
夫兰克⼀赫兹实验⾄今仍是探索原⼦结构的重要⼿段之⼀，实验中⽤的“拒斥电压”筛去⼩能量电⼦的⽅法，⼰成为⼴泛应⽤的实验技术。
【实验⽬的】（1）通过测定氩原⼦等元素的第⼀激发电位（即中肯电位），证明原⼦能级的存在。
（2）了解研究原⼦内部能量问题时所采⽤的基本实验⽅法（3）了解电⼦与原⼦碰撞和能量交换过程的微观图象（4）进⼀步理解玻尔的原⼦理论【实验原理】1．关于激发电位：玻尔提出的原⼦理论指出：（1）原⼦只能较长地停留在⼀些稳定状态（简称为定态）。
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另⼀个定态⽽发射或吸收辐射时，辐射频率是⼀定的。
如果⽤Em和En分别代表有关两定态的能量的话，辐射的频率ν决定于如下关系：hν＝Em －En （1－2－1）式中，普朗克常数 h = 6．63 ×10-34 J·sec为了使原⼦从低能级向⾼能级跃迁，可以通过具有⼀定能量的电⼦与原⼦相碰撞进⾏能量交换的办法来实现。
弗兰克赫兹实验
实验6.17 弗兰克-赫兹实验物理实验中心三、实验原理：玻尔原子理论的两个基本假设：(1)定态假设。
原子只能处在一些稳定的状态中，其中每一状态对应一定的能量值E j( j = 1，2，3.。
)。
这些数值是彼此分立的，不连续的。
(2)频率定则。
当原子从一个稳定状态过度到另一个稳定状态时，就吸收或放出一定频率的电磁辐射。
通常在两种情况下原子发生状态的改变。
一：原子本身吸收或放出电磁辐射；二：原子与其他粒子发生碰撞而交换能量。
本实验利用具有一定能量的电子与氩原子发生碰撞而产生能量交换，实现氩原子状态的改变。
由玻尔理论可知，处于基态的原子发生状态改变时，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，这个能量称为临界能量。
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（电子不损失能量）；若电子能量大于临界能量，则发生非弹性碰撞（电子把数值为△E= E2-E1的能量交给氩原子，只保留余下的部分）；设E 2和E 1分别为原子的第一激发态和基态。
初动能为零的电子在电位差U 0的电场作用下获得能量eU 0，如果eU 0=h ν= E 2-E 1当电子与原子发生碰撞时，原子从电子获取能量而从基态跃迁到第一激发态。
相应的电位差Ug 就称为氩原子的第一激发电位。
当电子的能量等于或大于第一激发能时，原子就开始发光。
•实验特点：•本实验简单、巧妙、清晰地揭示了原子的能级图像。
四、实验内容测量氩原子的第一激发电位。
通过曲线，观察原子能量量子化情况，证明原子能级的存在，并求出氩原子的第一激发电位。
五、实验步骤：将所有电位器逆时针旋至0，将扫描开关拨至自动、快速档，Ip 电流增益开关拨至100nA(或10nA)，Ip 输出、V G2输出接至示波器。
打开电源，将V G1、V p 、V f 调至参考参数（厂家提供，在仪器面板上）中的参考值，将V G2调节至50伏（指示值为5.00）。
逐渐调节V G2观察Ip 电流指示即可得到Ip －V G2关系曲线。
大学物理实验讲义实验弗兰克赫兹实验
实验06 弗兰克-赫兹实验1913年，丹麦物理学家玻尔（N ．Bohr ）提出了一个氢原子模型，并指出原子存在能级。
该模型在预言氢光谱的观察中取得了显着的成功。
根据玻尔的原子理论，原子光谱中的每根谱线表示原子从某一个较高能态向另一个较低能态跃迁时的辐射。
1914年，德国物理学家夫兰克（J ．Franck ）和赫兹（G ．Hertz ）对勒纳用来测量电离电位的实验装置作了改进，他们同样采取慢电子（几个到几十个电子伏特）与单元素气体原子碰撞的办法，但着重观察碰撞后电子发生什么变化（勒纳则观察碰撞后离子流的情况）。
通过实验测量，电子和原子碰撞时会交换某一定值的能量，且可以使原子从低能级激发到高能级。
直接证明了原子发生跃变时吸收和发射的能量是分立的、不连续的，证明了原子能级的存在，从而证明了玻尔理论的正确。
由而获得了1925年诺贝尔物理学奖金。
夫兰克一赫兹实验至今仍是探索原子结构的重要手段之一，实验中用的“拒斥电压”筛去小能量电子的方法，己成为广泛应用的实验技术。
【实验目的】通过测定氩原子等元素的第一激发电位（即中肯电位），证明原子能级的存在。
【仪器用具】ZKY-FH-2型智能夫兰克-赫兹实验仪、SS7802型双综示波器【实验原理】1．关于激发电位：玻尔提出的原子理论指出：（1）原子只能较长地停留在一些稳定状态（简称为定态）。
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另一个定态而发射或吸收辐射时，辐射频率是一定的。
如果用E m 和E n 分别代表有关两定态的能量的话，辐射的频率ν决定于如下关系：n m E E h -=ν （1） 式中，普朗克常数h = 6．63 ×10-34 J ·sec 。
为了使原子从低能级向高能级跃迁，可以通过具有一定能量的电子与原子相碰撞进行能量交换的办法来实现。
夫兰克—赫兹实验
Franck-Hertz实验根据光谱分析等建立起来的玻尔原子结构模型指出原子的核外电子只能量子化的长存于各稳定能态E n(n＝1，2，…，)，它只能选择性地吸收外界给予的量子化的能量差值(E n-E k)，从而处于被激发的状态；或电子从激发态选择性地释放量子化的能量E n-E k=hγnk，回到能量较低的状态，同时放出频率为hγnk 的光子。
其中h为普朗克常数。
1914年，德国科学家夫兰克（J.Franck）和赫兹（G.Hertz）用慢电子与稀薄气体原子碰撞的方法，使原子从低能级激发到高能级。
并通过对电子与原子碰撞时能量交换的研究，直接证明了原子内部能量的量子化。
夫兰克和赫兹的这项工作获得了1925年度的Nobel物理学奖金。
夫兰克——赫兹实验仪重复了上述电子轰击原子的实验，通过具有一定能量的电子与原子相碰撞进行能量交换，使原子从低能级跃迁到高能级，直接观测到原子内部能量发生跃变时，吸收或发射的能量为某一定值，从而证明了原子能级的存在及波尔理论的正确性。
一、实验要求1．通过测氩原子第一激发电位，了解Franck和Hertz在研究原子内部能量量子化方面所采用的实验方法。
2．了解电子和原子碰撞和能量交换过程的微观图像。
二、实验仪器FH—1A Franck-Hertz实验仪、示波器等。
三、工作原理充氩四极Franck-Hertz实验原理图如图2.1所示图2.1 Franck-Hertz实验原理图电子与原子的碰撞过程可以用一下方程描述：E V M v m MV v m e e ∆+'+'=+22222/12/12/12/1（2.1）式中： m e ——原子质量；M ——电子质量；v ——电子碰撞前的速度；v ’——电子碰撞后的速度；V ——原子碰撞前的速度；V ’——原子碰撞后的速度；ΔE ——原子碰撞后内能的变化量。
按照波尔原子能级理论，ΔE=0 弹性碰撞； (2.2)ΔE=E 1-E 0 非弹性碰撞；式中： E 0 ——原子基态能量； E 1——原子第一激发态能量。
赫兹实验报告
惠州学院近代物理实验报告电子科学系 09物理2 班实验日期 2012 年 11 月 15 日姓名学号同组姓名指导老师宋晋湘实验名称：弗兰克赫兹实验实验目的：通过测定亚原子等元素的第一集发典韦，证明原子能级的存在。
实验原理1、电子和气态汞原子碰撞利用电子和气态汞原子的碰撞最容易实现弗兰克赫兹实验。
原子从低能级en向高能级em跃迁可以通过具有一定能量的电子和原子碰撞来实现。
若与原子碰撞的电子是在电势差v的加速下，速度由0到v，则1?e?em?en?ev?mv22当原子吸收电子能量从基态跃迁到第一激发态时，相应的v称为第一激发电位，如果电子的能量达到原子电离的能量，会有电离发生，相应的v称为该原子的电离电位。
2、实验装置实验原理图：电子碰撞在f-h管内进行。
真空管内充以不同的元素就可以测出相应元素的第一激发电位。
f-h四极管包括电极灯丝f，氧化物阴极k，两个栅极g1和g2和一个屏极a，阴极k照在灯丝f外，又灯丝f的电压可控制k发射电子的强度，靠近阴极k的实第一栅极，在g1和k之间加有一个小正电压vg1k，第二栅极远离g1而靠近屏极a，g2和a之间加一小的遏止负电压vg2a.f-h管内充有hg时，vg2k和屏流ip满足：3ip?cexp{vg2k}2充hg的f-h管被加热式hg气化后，ip-vg2k曲线发生变化，如图所示当vg2k=4.9nv(n=1,2,3…)时，图线上都将出现一个峰值，原因是每到一个4.9v电子与汞原子发生了非弹性碰撞，电子将能量全部转移给汞原子，失去能量的电子不能到达屏极。
实验步骤及内容一、测hg的第一激发电位1、将装置温度调整到一定值，然后将vf,vp,vg调制标定值 vf=1.3v vg1k=2.5vvg2p=1.5v t=157℃2、测量vg2k-ip曲线，先将vg2k跳至(调至)最小，之后每增大0.5v记录一次ip的数据，直到测出6到8个峰二、测ar的第一激发电位 1、接线2、扫描开关调至“自动”挡，速度开关调至“快进（快速）”3、调整示波器“ch1”“ch2”的位置 4、调节vg1,vp,vf的位置至给定值5、开始测量，从零开始，vg2k每隔0.05v记录一次ip值直到最大 vg2k实际值：示数x10，ip实际值：示数x10（na）测量数据及分析1、汞ip/ua20151050051015202530354045hg的ip-vg2k图像各峰值之间的vg2k之差为δv1=11.41-6.92=4.49v δv2=16.15-11.41=4.74v δv3=20.78-16.15=4.63v δv4=25.61-20.78=4.83v δv5=30.50-25.61=4.89v δv6=35.41-30.50=4.91v δv7=40.30-35.41=4.89v 故汞的第一激发电位为v?4.49?4.74?4.63?4.83?4.89?4.91?4.89 ?4.76v7ar的ip-vg2k数据120100 80604020a各峰值之间的差为δv1=29.12-19.16=9.96v δv2=40.46-29.12=11.34v δv3=52.09-40.46=11.63v δv4=63.92-52.09=11.83v δv5=76.33-63.92=12.41v δv6=89.28-76.33=12.95v ar的ip-vg2k图像故ar的第一激发电位为v?9.96?11.34?11.63?11.86?12.41?12.95 ?11.69v6思考题当f-h管温度较低时，由于电子平均自由程大，电子有机会使积蓄的能量超过4.9ev，从而使原子向高激发态跃迁的概率增加，这样图像上ip会对应出现高激发态的峰值，曲线的峰间距变长，峰值增大。
FH实验报告
系别：地球与空间科学学院班号：周二下午第十组10号姓名：顾舒杰学号：1300012622实验日期：2014年11月4日教师评定：实验名称：实验十八弗兰克-赫兹实验【目的要求】（1）了解弗兰克-赫兹用伏安法证明原子存在能级的原理和方法；（2）学习用伏安法测量非线性原件；（3）学习微电流的测量.【仪器用具】弗兰克-赫兹管（Hg管、Ar管各一个）；F-H管电源组（三组直流电源，供灯丝和各栅极间的偏压）；扫描电源和微电流放大器（DC：0~90V，电流范围10-8,10-7,10-6A）；电炉及控温仪；数字多用表（一块，四位半式，VC9806+型）；连线若干，开关一个.【实验原理】1.弗兰克-赫兹实验其中K为阴极，阴极发射的电子在K、g之间被加速，并与气体分子发生碰撞；g-p之间加一反向电压U gp，阻止电子到达p极板。
图一弗兰克-赫兹实验装置示意图U Kg与I p之间具有明显的周期性。
电流的周期性来源于电子与气体原子之间的碰撞。
当U Kg达到4.9V时，电子与空气分子发生非弹性碰撞，使汞原子从基态跃迁到激发态，电子因此损失了动能而不能克服反向电压U Kg阻滞到达极板p，电流从而下降。
电压继续增加，当电子的动能达到|eU gp|时，电子又能够到达极板p，从而使电流上升。
当电压达到2×4.9V时，电子又与气体原子发生非弹性碰撞，电流再次下降，重复多次就形成了左图实验曲线。
图二弗兰克-赫兹实验得到的管流与加速电压图左图为邻近基态的能级图。
其中1S0和3P1之间的能量差为4.9eV，与实验结果一致。
但是1S0和3P1之间的能量差为4.7eV，实验中没有出现。
这是因为3P1能级寿命很短，约为10-8秒汞原子在被电子碰撞到3P态后很快以自发辐射的方式退激到基态，电子因而可以不断地将它激发到3P1态，而3P0的寿命很长，约为10-3秒，是亚稳态，3P0到1S0是禁戒跃迁，故碰撞到3P0态的汞原子很快就处于饱和状态，因而实验中观察不到4.7eV的吸收峰。
6夫兰克-赫兹报告
6夫兰克-赫兹报告个实验报告：夫兰克—赫兹实验（本报告仅供参考，每个同学应根据指导⽼师讲解和实际实验过程⾃⾏撰写）⼀、实验⽬的1、通过测定氩原⼦的第⼀激发电势，证明原⼦能级的存在，了解夫兰克与赫兹在研究原⼦内部能量量⼦化问题时所采⽤的基本实验⽅法。
2、了解电⼦与原⼦碰撞和能量交换过程中的微观图像和影响这个过程的主要物理因素。
分析灯丝电压、拒斥电压等因素对F-H 实验曲线的影响。
⼆、实验仪器：夫兰克—赫兹实验仪（含夫兰克-赫兹管、微电流放⼤器等）⽰波器等三、实验原理引⾔1913 年丹麦物理学家玻尔（N．Bohr）提出并建⽴了玻尔原⼦模型理论，认为有原⼦能级存在。
光谱学的研究证明了原⼦能级的存在，原⼦光谱中的每根谱线都相应表⽰了原⼦从某⼀较⾼能态向另⼀较低能态跃迁时的辐射。
然⽽，原⼦能级的存在除了可由光谱研究推得外，1914 年德国物理学家夫兰克和赫兹⽤慢电⼦与稀薄⽓体原⼦碰撞的⽅法，使原⼦从低能级激发到⾼能级。
通过测量电⼦和原⼦碰撞时交换某⼀定值的能量，观察测量到了汞的激发电位和电离电位，直接证明了原⼦内部量⼦化能级的存在，也证明了原⼦发⽣跃迁时吸收和发射能量是完全正确的、不连续的，为早⼀年玻尔发表的原⼦结构理论的假说提供了有⼒的实验证据。
他们因此⽽分享了1925 年诺贝尔物理学奖。
其实验⽅法⾄今仍是探索原⼦结构的重要⼿段之⼀。
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。
预习提要（1）什么是原⼦的临界能量?如何进⾏测量?（2）什么是原⼦的第⼀激发电势?它与临界能量有何联系?（3）实验时要⽤到哪些仪器?使⽤时应当注意哪些事项?（4）F-H实验是如何证明原⼦能级存在的?原理（⼀）玻尔原⼦理论要点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，这些轨道上的电⼦数分布各不相同。
夫兰克赫兹（FH）实验
夫兰克—赫兹（F —H ）实验根据波尔理论，原子只能较长久地停留在一些稳定状态（即定态），其中每一状态对应一定的能量，其数值是彼此分离的。
原子在能级间进行跃迁时要吸收或发射确定频率的光子。
原子内部能量的量子化，也就是原子的间隔能级的存在，除由光谱的研究可以推得外，还有今天的实验可以证明。
原子与具有一定能量的电子发生碰撞，也可以使原子从低能级跃迁到高能级。
1914年（波尔理论发表的第二年），夫兰克（J.Franck ）和赫兹（G.Hertz ）用慢电子与稀薄气体中的原子碰撞的方法，使原子从低能级激发到高能级，通过测量电子和原子碰撞时交换某一定值的能量，直接证明了玻尔提出的原子能级的存在，并指出原子发生跃迁时吸收和发射的能量是完全确定的、不连续的。
由于他们取得这一伟大的成就，从而获得了1925年的诺贝尔物理学奖。
设2E 和1E 分别为原子的第一激发态和基态能量。
初动能为零的电子在电位差0U 的电场作用下获得能量0eU ，如果122021E E v m eU e -==那么当电子与原子发生碰撞时，原子将从电子攫取能量而从基态跃迁到第一激发态。
相应的电位差0U 就称为原子的第一激发电位。
实验目的：通过测定氩原子的第一激发电位，证明原子能级存在，了解原子能级的量子化结构。
实验原理：本实验是做一个与夫兰克-赫兹的原始实验类似的实验来测定氩元素的第一激发电位，证明原子能级是量子化的。
夫兰克-赫兹实验仪器设计如图所示。
在玻璃器中充入要测量气体。
电子由热阴极K 发出。
在阴极K 与栅极G 2之间加电场使电子加速。
在G 2与阳极A 之间有一反向电压。
当电子通过栅极G 2，进入G 2A 空间时，如果仍有较大能量，就能冲过反电场而达到电极A ，通过电流计产生电流。
如果电子在G 1G 2空间与原子碰撞，把自己一部分的能量给了原子，使原子激发。
电子剩余的能量就可能很小，以致过栅极G 2后已不足以克服反电势，那就达不到A ，因而也不流过电流计。
FH实验(可打印修改)
弗兰克-赫兹实验一、实验目的（1）通过测定氩原子等元素的第一激发电位，证明原子能级的存在。
（2）了解研究原子内部能量问题时所采用的基本实验方法（3）了解电子与原子碰撞和能量交换过程的微观图象（4）进一步理解玻尔的原子理论1913年丹麦物理学家玻尔（N ❿Bohr ）提出了原子能级的概念并建立了原子模型理论，原子处于稳定状态时不辐射能量，当原子从高能态（能量E m ）向低能态（能量E n ）跃迁时才辐射。
辐射能量满足：m nE E E ∆=-对于外界提供的能量，只有满足原子跃迁到高能级的能级差，原子才吸收并跃迁，否则不吸收。
1914年德国物理学家弗兰克（J ❿Franck ）和赫兹（G ❿Hertz ）用慢电子穿过汞蒸气的实验，测定了汞原子的第一激发电位，从而证明了原子分立能态的存在。
后来他们又观测了实验中被激发的原子回到正常态时所辐射的光，测出的辐射光的频率很好地满足了玻尔理论。
弗兰克—赫兹实验的结果为玻尔理论提供了直接证据。
玻尔因其原子模型理论获1922年诺贝尔物理学奖，而弗兰克与赫兹的实验也于1925年获此奖。
夫兰克——赫兹实验与玻尔理论在物理学的发展史中起到了重要的作用。
二、实验原理夫兰克一赫兹实验原理（如图1所示），氧化物阴极K ，阳极P ，第一、第二栅极分别为G 1、G 2。
K-G 1-G 2加正向电压，为电子提供能量。
U G1K 的作用主要是消除空间电荷对阴极电子发射的影响，提高发射效率。
G 2-P加反向电压，形成拒斥电场。
电子从K 发出，在K-G 2区间获得能量，如果电子进入G 2-P 区域时动能大于或等于e U G2P ，就能到达板极形成板极电流I .电子在不同区间的情况：图1弗兰克-赫兹实验原理图灯丝电压（1） K-G 1区间 电子迅速被电场加速而获得能量。
（2） G 1-G 2区间 电子继续从电场获得能量并不断与氩原子碰撞。
当其能量小于氩原子第一激发态与基态的能级差∆E ＝E 2-E 1 时，氩原子基本不吸收电子的能量，碰撞属于弹性碰撞。
F0及FH值计算公式
F0及FH值计算公式F0和FH值是用来衡量声音的频率分布和声学能量分布的两个参数。
F0值是指声音的主频率，也即声音中频率最高的部分；FH值是指声音的高频能量分布情况，用于分析声音的尖锐度和清晰度。
F0值的计算公式通常使用自相关函数法或基波提取法。
下面是这两种方法的详细介绍：1.自相关函数法：该方法是通过计算声音信号的自相关函数来确定主频率。
自相关函数是一种衡量信号与自身延迟后的相似性的指标。
具体步骤如下：a.将声音信号进行数字化，得到离散时间序列。
b.计算离散时间序列的自相关函数，其中，延时的范围通常设置为0到信号总长度的一半。
c.找到自相关函数的峰值，该峰值对应了声音的主频率。
d.将峰值对应的延时转换为频率，即为F0值。
2.基波提取法：该方法是通过提取声音信号中的基波来确定主频率。
基波是声音中频率最低、能量最高的部分。
具体步骤如下：a.将声音信号分帧，通常每帧长度为20-40毫秒。
b.对每帧进行离散傅里叶变换（DFT）得到频谱。
c.在频谱中找到能量最高的谐波峰，该谐波峰对应了声音的主频率。
d.将谐波峰的频率作为F0值。
FH值的计算公式通常使用能量谱和频谱的比值来衡量高频能量的分布情况。
下面是计算FH值的详细方法：1.计算能量谱：a.将声音信号分帧。
b.对每帧进行傅里叶变换得到频谱。
c.计算每帧频谱的能量，即频谱中各个分量的平方和。
2.计算频谱：a.将声音信号分帧。
b.对每帧进行离散傅里叶变换得到频谱。
3.计算FH值：a.对能量谱和频谱进行归一化，使其数值范围在0到1之间。
b.计算能量谱和频谱的比值，得到FH值。
通过计算F0和FH值，我们可以了解声音的频率分布和能量分布情况。
这些参数对于语音识别、说话人识别和情感识别等应用具有重要的意义。
夫兰克-赫兹实验分析
夫兰克-赫兹实验分析夫兰克-赫兹实验【实验目的】本实验通过对氩原子第一激发电位的测量，了解夫兰克和赫兹在研究原子内部能量问题时所采用的基本实验方法；了解电子与氩原子碰撞和能量交换过程的微观图象和影响这个过程的主要物理因素，进一步理解玻尔理论；学习用计算机采集和处理数据。
【实验原理】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(i=1,2,3‥)，这些能量值称为能级。
最低能级所对状态相应于一定的能量值Ei应的状态称为基态，其它高能级所对应的态称为激发态，如图1所示。
当原子从一个稳定状态过渡到另一个稳定状态时就会吸收或辐射一定频率的电磁波，频率大小决定于原子所处两定态能级间的能量差，并满足普朗克频率选择定则：（为普朗克常数）本实验是通过具有一定能量的电子与原子碰撞，进行能量交换而实现原子从基态到高能态的跃迁。
本实验采用充氩的夫兰克-赫兹管，基本结构见图2。
电子由阴极发出，阴极和第一栅极之间的加速电压及与第二栅极之间的加速电压使电子加速。
在板极和第二栅极之间可设置减速电压，注意：第一栅极和阴极之间的加速电压约1.5伏的电压，用于消除阴极电子散射的影响。
设氩原子的基态能量为，第一激发态的能量为，初速为零的电子在电位差为的加速电场作用下，获得能量为，具有这种能量的电子与氩原子发生碰撞，当电子能量时，电子与氩原子只能发生弹性碰撞，由于电子质量比氩原子质量小得多，电子能量损失很少。
如果，则电子与氩原子会产生非弹性碰撞，氩原子从电子中取得能量ΔE，而由基态跃迁到第一激发态，。
相应的电位差即为氖原子的第一激发电位。
在实验中，逐渐增加，由电流计读出板极电流，得到如图3所示的变化曲线。
【现象解释】1、夫兰克-赫兹实验中曲线的解释如果我们先不考虑阴极K发射的热电子具有一定的初始能量分布，则：当加速电压时，电子在、空间被加速而获得的能量很低，穿过栅极的电子不能克服拒斥电压到达板极，因而（如图3的0o段）。
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实验方法
一般实验 测量电子能量
• 固定VP，改变VG2得电
•
流电压曲线 接地点在A
• 设定VG2，改变VG2得 电流电压曲线 • 接地点改为B
电子能量分布
电流电压曲线
微分后的曲线
Vf=1.3V、VG1=2V、VG2=20V ，室温
电子能量分布随灯丝加热电压的变化
实验条件： 室温 VG1=2V VG2=20V 电流表量程： Vf=1.1、1.2V时 10-8A Vf=1.4、1.6V时 10-7A Vf=1.8V时 10-6A
展望
• 能量峰位与加速电压之间的差别 • 能量峰位随实验参数的变化 • 弹性碰撞对能量分布的影响
谢谢！
欢迎讨论！
3.0 10.7 3.8
4.5 10.5 4.2
电子能量分布随加速电压的变化
实验条件： 室温 Vf=1.3V VG1=2V
加速电压/V 分布峰值/eV 半高宽/eV
10 6.39 3.7
25 21.1 4.0
45 39.8 4.2
60 56.1 4.4
80 76.0 4.4
电子能量分布随温度的变化
FH实验中电子能量分布的测定
乐永康，陈亮
2008年10月7日
FH实验简介
• 得诺贝尔奖的实验 • “必做”近代物理实 • •
验 实验内容丰富、物理 内涵深刻易懂 近期文献
1. 2. 3. 4. 怎样做好实验 怎么理解实验现象 怎么改进设备 理论模拟
（引自：) 感谢汪老师
实验条件： VF=2V VG1=2V VG2=20V
困难：
1、温度控制 2、微电流计灵敏度 和信噪比
结论
• 改装了FH实验仪，以适应实验需要 • 给出了一种测定电子能量分布的实验方法 • 用结果显示了几个主要实验参数对能量分布的影
•
响 要研究正常实验条件下(T>110C)的电子能量分 布，需更灵敏的实验仪器 ；恒温控制也需改进
灯丝加热电压/V
1.1
1.2
1.4
1.6
1.8
分布峰值/eV
半高宽/eV
16.9
3.8
16.2
4.4
15.9
3.9
15.5
4.5
14.7
5.3
电子能量分布随抽取电压变化
实验条件： 室温 Vf=1.3V VG2=15V抽取电Leabharlann /V 分布峰值/eV 半高宽/eV
0.5 11.9 4.0
1.5 11.5 3.6