弗兰克赫兹实验报告
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。
实验报告 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。
原理玻尔的原子理论指出:①原子只能处于一些不连续的能量状态E1、E2……，处在这些状态的原子是稳定的，称为定态。
原子的能量不论通过什么方式发生改变，只能是使原子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时，它将发射或吸收辐射的频率是一定的。
实验二十三弗兰克赫兹实验报告
减速电压 U g 2 p 的作用是使到达第二栅极 g2 处的能量较低的电子不能达到极板 p， 因此减速电压 U g 2 p 越高，输出电压 U out 越小，相应的微电流放大器中的电流就减小。
U Kg 2 的周期性来源于电子与气体原子之间的碰撞，并反映了电流的周期性。
电压从零开始增加时，电子动能增加，射向阳极的电子数增加，此时电子与汞原 子之间有弹性碰撞，电子并不损失能量，因此电流随电压增长。 当电压超过 4.9V（以汞管为例）时，电流突然下降，说明电子与汞原子发生了非 弹性碰撞，电子把能量全部传递给了汞原子，使汞原子从基态跃迁到激发态。而电子 因损失了动能而不能克服反向电压 U g 2 p 的阻滞到达阳极，因而 U Kg 2 下降。
UKg2(V) 37.1 38.1 39.5
Uout(mV) 236.2 245.9 89.2
UKg2(V) 37.3 38.2 40.0
Uout(mV) 244.1 236.0 93.2
UKg2(V) 37.6 38.5
Uout(mV) 252.8 213.0
UKg2(V) 37.7 38.8
Uout(mV) 252.5 170.5
二、仪器用具
弗兰克-赫兹管（包括 Hg 管和 Ar 管） ，F-H 管电源（三组直流电源，供灯丝和各 栅极间偏压） ，扫描电源，微电流放大器（电流范围 10 −7 A ） ，电炉及控温仪，数字万 用表（四位半式）
三、实验原理
图 23-1 弗兰克-赫兹实验原理图
实验原理图如图 23-1 所示。 图中采用的 F-H 管，管内充有汞、氩等原子态气体。 管中灯丝 F 和阴极 K 分离。灯丝加热后使阴极 K 发射电子。控制灯丝电压 U F 可 改变灯丝的温度，从而控制发射电子的数量。 第一栅极 g1 的电位略高于阴极 K 的电位， 用于消除发射出的电子在阴极附近的空 间电荷效应（电子堆积） 。改变电压 U Kg1 可控制阴极发射电子流的强弱。 第二栅极 g 2 与阴极 K 之间加一可变正电压，它使电子获得能量，加速在管内与原 子发生碰撞。
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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。
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一、实验背景弗兰克-赫兹实验是由德国物理学家W.弗兰克和G.赫兹于1914年进行的，该实验旨在研究电子在电场作用下的运动规律，并证明原子能级的存在。
实验通过测量电子与原子碰撞时的能量交换，揭示了原子内部结构的量子化特性。
二、实验目的1. 测量氩原子的第一激发电势，证明原子能级的存在；2. 加深对量子化概念的认识；3. 学习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。
三、实验原理1. 原子能级理论：根据玻尔理论，原子只能长时间地处于一些稳定的状态，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。
原子的能量只能从一个定态跃迁到另一个定态。
2. 电子与原子碰撞：当电子在电场作用下加速时，会获得动能。
当具有一定能量的电子与原子碰撞时，会发生能量交换。
若电子传递给原子的能量恰好等于原子从一个定态跃迁到另一个定态所需的能量，则原子会被激发。
3. 激发电势：原子从一个定态跃迁到另一个定态所需的能量称为激发电势。
在本实验中，测量氩原子的第一激发电势，即从基态跃迁到第一激发态所需的能量。
四、实验装置1. 夫兰克-赫兹管：由阴极、阳极、栅极和充有氩气的真空管组成。
阴极发射电子，阳极接收电子，栅极控制电子流。
2. 加速电压：通过调节加速电压，使电子在电场作用下获得不同动能。
3. 电流计：测量电子流过夫兰克-赫兹管时的电流。
4. 数据采集系统：用于记录电流与加速电压的关系。
五、实验步骤1. 将夫兰克-赫兹管接入实验电路，调整加速电压，使电子获得不同动能。
2. 测量电子流过夫兰克-赫兹管时的电流，记录数据。
3. 改变加速电压，重复步骤2，得到一系列电流与加速电压的关系曲线。
4. 分析数据，确定氩原子的第一激发电势。
六、实验结果与分析1. 实验结果显示，电流与加速电压的关系曲线呈阶梯状。
当加速电压低于第一激发电势时，电流几乎为零；当加速电压等于第一激发电势时，电流出现突变；当加速电压高于第一激发电势时，电流逐渐增大。
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：ev=E-E(1) 110E 为第一激发能量(第一激发态是距基态最近的一个能态)，E 为基态能量， ev 为该原子第一激发能。
式(1)中， 101 实验原理如图(1)所示：在充氩的夫兰克—赫兹管中，电子由阴极 K 发出，阴极 K 和第一栅极G1 之间的加速电压 VG1K 及与第二栅极 G2 之间的加速电压 VG2K 使电子加速。
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：弗兰克赫兹实验是物理学领域的一项重要实验，它的发现为我们理解原子结构和量子力学奠定了基础。
本实验通过对气体放电管中电子的运动进行观察和测量，揭示了原子的离散能级和电子的波粒二象性。
本报告将详细介绍弗兰克赫兹实验的原理、实验装置、实验过程以及实验结果的分析与讨论。
一、实验原理弗兰克赫兹实验基于气体放电现象，利用电子在气体原子中的碰撞过程来研究原子的能级结构。
当气体放电管中加入一定电压时，电子会加速运动并与气体原子碰撞，从而使原子电离或激发。
当电子经过加速后，其动能增加，能够克服原子的束缚力，使原子电离。
而当电子能量不够大时，电子与原子的碰撞只能使原子激发到较低能级。
通过测量电子在气体放电管中的运动特性，可以得到气体原子的能级结构。
二、实验装置弗兰克赫兹实验的装置主要包括气体放电管、电源、测量仪器等。
气体放电管是实验的关键部分，它通常由两个电极构成，其中一个是阴极，用于发射电子；另一个是阳极，用于收集电子。
气体放电管内充满了待测气体，如氩气、氖气等。
电源提供所需的电压，通常为几百伏至几千伏。
测量仪器包括电压表、电流表、光电子倍增管等，用于测量电压、电流以及光电子的能量。
三、实验过程1. 装置调试：首先进行装置的调试，确保电源和测量仪器正常工作。
调整电源的电压和电流，使其达到实验要求。
2. 观察放电现象：打开电源，观察气体放电管中的放电现象。
当电压升高时，放电管中会出现不同颜色的光芒，这是因为气体原子的激发和电离过程。
3. 测量电流：通过连接电流表，测量电流的大小。
随着电压的增加，电流也会相应增加。
当电压达到一定值时，电流会急剧增加，这是因为电子能量足够大，可以克服原子的束缚力，使原子电离。
4. 测量电压：使用电压表测量电源的输出电压，记录下不同电压下的电流值。
5. 测量光电子能量：通过连接光电子倍增管，测量光电子的能量。
光电子是由气体原子激发或电离后发射出来的电子，其能量可通过光电子倍增管进行测量。
弗兰克赫兹实验实验报告
弗兰克赫兹实验实验报告SANY标准化小组#QS8QHHGNHHJ8赫兹实验一实验口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hv=EmE(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）。
夫兰克赫兹管第一激发电势的厂Ua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仟弹|旳加速电丿土“供电子加速。
在板极A和栅极G之间加有拒斥电压。
尊超餉L匍分布如图2示。
当电子通过KG空间进入GA空间时，如果有较大的能量（MeUQ,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。
实验时，观察电流计的电流随逐渐增加时的现象。
如果原子能级确实存在的话，而且基态与第一激发态有确定的能量差，就能观察到如图3示的LUGK曲线。
而各次板极电流下降相对应的阴、栅极电压差U,1A夫兰克5)13.65.939.07.959.012.1121.024.02数据处理(1)根据实验原理可以得到第一激发电势为%=心=久叶一稣H或匕=SUn=你心”谷”，得故(2)不确定度计算A类分量B类不确定度分量合成不确定度(3)第一激发电势为六实验结果及讨论1、山实验图象可以验证了汞原子的能级存在，并根据实验数据计算得到汞原子的第一激发电势为久=帀b=（4.60.3）U,与公认的理论值匕,=4.9V符合的较好。
弗兰克赫兹实验报告
弗兰克赫兹实验报告一、实验目的本实验旨在通过研究汞原子的第一激发电位，加深对原子能级概念的理解，以及了解弗兰克赫兹实验的基本原理和实验方法。
二、实验原理1、原子能级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，这些状态称为能级。
原子从一个能级跃迁到另一个能级时，会吸收或发射一定频率的光子，其能量等于两个能级的能量差。
2、弗兰克赫兹实验弗兰克赫兹实验是通过让电子与原子碰撞来研究原子能级的一种方法。
在实验中，电子在加速电场中获得能量，然后与气体原子发生碰撞。
如果电子的能量小于原子的第一激发能，那么电子与原子之间的碰撞是弹性碰撞，电子的能量几乎不变。
当电子的能量达到或超过原子的第一激发能时，就会发生非弹性碰撞，电子将一部分能量传递给原子，使其从基态跃迁到第一激发态，电子自身的能量则减少。
通过测量电子在不同加速电压下的电流，可以得到电子与原子碰撞的能量转移情况，从而确定原子的第一激发电位。
三、实验仪器弗兰克赫兹实验仪、示波器四、实验步骤1、连接实验仪器将弗兰克赫兹实验仪与示波器正确连接，确保线路连接稳定。
2、预热仪器打开实验仪器电源，进行预热，使仪器达到稳定工作状态。
3、调节参数设置加速电压的起始值、终止值和步长等参数。
4、进行测量逐步增加加速电压，同时观察示波器上显示的电流信号，记录相应的电压和电流值。
5、重复测量为了提高测量的准确性，进行多次重复测量。
五、实验数据及处理1、实验数据记录以下是一组典型的实验数据：｜加速电压（V）｜电流（μA）｜｜｜｜｜ 10 ｜ 05 ｜｜ 20 ｜ 10 ｜｜ 30 ｜ 15 ｜｜ 40 ｜ 20 ｜｜ 50 ｜ 25 ｜｜ 60 ｜ 30 ｜｜ 70 ｜ 35 ｜｜ 80 ｜ 40 ｜｜ 90 ｜ 45 ｜｜ 100 ｜ 50 ｜2、数据处理以加速电压为横坐标，电流为纵坐标，绘制出电流电压曲线。
通过对曲线的分析，可以发现电流在某些电压值处出现明显的下降，这些下降点对应的电压值即为汞原子的第一激发电位。
弗兰克赫兹实验报告
弗兰克-赫兹实验【摘要】弗兰克-赫兹实验通过改变加速电场的电压控制电子的能量，并以电子撞击汞原子。
观察通过的电流来判断原子对电子能量吸收了多少。
并根据电子能量与通过电流的关系证明原子能级的存在。
【关键词】能级跃迁、第一激发能、平均自由程 【正文】1．玻尔的原子理论玻尔从研究氢原子出发，提出关于原子的两个基本假设：（1）原子的量子化定态。
原子只能处在某一些不连续的稳定状态（定态），每一状态对应一定的能量，能量数值是彼此分隔的。
原子在这些状态时，不发射也不吸收能量。
原子的能量不论通过什么方式改变，它只能使原子从一个定态跃迁到另一个定态。
（2）辐射的频率法则。
原子从一个定态跃迁另一个定态而发射或吸收辐射能量时，辐 射的频率是一定的。
当原子与一定能量的电子发生碰撞可以使原子从低能级跃迁到高能级（激发）。
如果是 基态和第一激发态之间的跃迁，则有：21212/1E E V m eV e -==2．电子与原子碰撞时的能量转移电子与原子的相互作用通常有亲和、弹性碰撞与非弹性碰撞几种形式，亲和即指电子进 入原子的作用势区、被原子捕获而形成负离子，但这种现象一般出现在亲和势较大的负性原 子，如氧、氯等，对汞或其他金属、惰性气体等电正性的原子，这种现象一般不会出现。
初速为零的电子通过电位差为V 的加速电场，则获得的能量为eV ，与稀薄气体的原子 （如汞或氖原子）发生碰撞时，会发生三种情况：（1）当电子运动速度很低时，与原子的碰撞是弹性碰撞，原子内部的能量不发生变化。
（2）当电子所受的加速电位差加大，使它的动能增加到一定的临界值时，才能发生非弹性碰撞，电子的能量可以完全转移到原子内部，使原子内部的能量产生一个突然的跃变，原子的能量的增量等于电子损失的能量。
若以0E 代表原子基态的能量，以1E 代表原子第一激发态的能量，则101E E eV -=即碰撞后原子会从基态跃迁到第一激发态，这时的 1 V 称为该原子的第一激发电位。
弗兰克-赫兹实验报告
弗兰克-赫兹实验报告
弗兰克-赫兹实验是一种关于电子能量量子化的经典实验，由德国物理学家弗兰克和赫兹在1914年发现。
实验装置为一个玻璃管内充满了一定压力的汞蒸气，两个电极分别连接电路。
加上一定电压使电子由阴极发射出来，并通过加速电场向阳极运动。
当电子经过中间的汞原子时，它们会发生碰撞并失去能量，从而减慢或停止运动。
当电压逐渐增大时，观察到在相应电压下，电流突然增大，说明电子能量达到一个量子级别，并能够将汞原子的最低激发能量激发出来。
这时电子才能穿过汞原子层，到达阳极，使得电流增大。
实验结果表明，汞原子的最低激发能量并不是连续变化的，而是呈现量子化的状态，也就是说，电子通过汞原子层时，必须具有一定量的能量才能激发汞原子内部的电子跃迁。
这反映了电子能量也存在量子化现象，电子在能级间跃迁时，只能跃迁到具有特定能量的能级。
弗兰克-赫兹实验的重要性在于，它首次证实了玻尔的量子理论，为量子力学的发展奠定了基础，对探究原子结构和微观世界的规律起到了巨大的推动作用。
弗兰克赫兹实验报告-有数据
弗兰克赫兹实验报告-有数据弗兰克赫兹实验作者 luckydog8686实验背景：1914年，德国物理学家夫兰克和赫兹对勒纳用来测量电离电位的实验装置作了改进。
他们采取慢电子(几个到几十个电子伏特)与单元素气体原子碰撞的办法，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，独立证明了原子波尔理论的正确性，由此获得了1925年诺贝尔物理学奖。
一、实验目的1.通过测定汞原子的第一激发点位，证明原子能记得存在。
2.学习测量微电流的方法。
二、实验原理（一）原子能级根据玻尔理论，原子只能处在一些不连续的定态中，每一定态相应于一定的能量，常称为能级。
受激原子在能级间跃迁时，要吸收或发射一定频率的光子。
然而，原子若与具有一定能量的电子发生碰撞，也可使原子从低能级跃迁到高能级。
夫兰克－赫兹实验正是利用电子与原子的碰撞实现这种跃迁的。
电子在加速电压Ｕ的作用下获得能量，表现为电子的动能2/2mv ，当2/2nmeU mv E E ==-时，即可实现跃迁。
若原子吸收能量0eU 。
从基态跃迁到第一激发态，则称0U 为第一激发电位或中肯电位。
汞原子基态之上的最低一组能级如右图所示。
汞原子基态为由二个6s 电子组成的1S ，较近的激发态为由一个6s 电子和一个6p 的电子构成的11P 单能级和32P ， 31P 和30P 组成的三能级。
只有31P 为允许自发跃迁态：3110P S →,发出波长为253.7nm 的紫外光，对应能量为0 4.9U eV =。
32P 和3P 为亚稳态，因3110P S →的跃迁属于禁戒跃迁，所以通常把31P 态称为汞的第一激发态。
（二）原理说明实验原理图如图2和图3所示，充汞的夫兰克-赫兹管，其阴极K 被灯丝H 加热，发射电子。
电子在K 和栅极G 之间被加速电压KGU 加速而获得能量，并与汞原子碰撞，栅极与板极A 之间加反向拒斥电压GAU ，只有穿过栅极后仍有较大动能的电子，才能克服拒斥电场作用，到达板极形成板流AI 。
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。
原理玻尔的原子理论指出:①原子只能处于一些不连续的能量状态E1、E2……，处在这些状态的原子是稳定的，称为定态。
原子的能量不论通过什么方式发生改变，只能是使原子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时，它将发射或吸收辐射的频率是一定的。
夫兰克-赫兹实验报告
夫兰克-赫兹实验一．实验简介1914年弗兰克(J.Frank)和赫兹(G.Hertz)用电子碰撞原子的方法，观察测量到了汞的激发电位和电离电位（即著名的Frank-Hertz实验）。
从而证明了原子等级的存在，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。
为此他们分享了1925年诺贝尔物理学奖金。
他们的实验方法至今仍是探索原子结构的重要手段之一。
本实验应用Frank-Hertz实验方法实现电子气和Hg原子的碰撞，以观察Hg 原子能级跃迁并对Hg原子第一激发电位进行测量。
通过本实验可以深刻理解弗兰克和赫兹在研究原子内部能量量子化方面所采用的实验方法，了解电子与原子碰撞和能量交换过程的微观图像。
二．实验原理1. 电子与气态Hg原子的碰撞利用电子和气态Hg原子的碰撞时最容易实现Frank-Hertz实验的方法。
为实现原子从低能级En 向高能级Em的跃迁，通常可以通过吸收确定频率γ的光子来实现。
而光子的能量等于两个能级之间的量差，即时，原子吸收全部光子能量，发生能级跃迁，式中h为普朗克常量。
也可以通过使具有一定能量的电子和原子碰撞来实现。
若与之碰撞的电子式在电势差V的加速下，速度从零加到v,则当电子的能量满足时，电子将全部能量交换给你原子。
由于E m - E n 具有确定的值，对应的V 就应该有确定的大小。
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 称为原子的第一激发电位（或中肯电子）。
因此，第一激发电位V 所对应的就是第一激发态与基态的能量差。
出于激发态的原子是不稳定的，它将以辐射光子的形式释放能量而自发跃迁到低能级。
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 称为原子的电离电位。
其中61S 0（0ev ）为基态，63P 1（4.9ev ）为激发态，63P 0（4.7ev ）、63P 2（5.47ev ）为亚稳态。
当能量等于63P 0，63P 1和63P 2与基态61S 0之间的能量差，即当能量为4.7 eV ，4.9 eV 和5.47 eV 的电子与Hg 原子碰撞时，将有最大的激发概率实现能级间跃迁。
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弗兰克-赫兹实验
一．实验目的
测量F-H 管传统情况下加速电压与板极电流的关系曲线。
二．实验原理 1.激发电势
(1)玻尔的原子理论
原子只能较长地停留在定态，原子在这些状态时，不发射也不吸收能量。
各定态有一定的能量，其数值是彼此分割的。
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。
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
m E 和n E 分别表示有关两定态的能量，辐射的频率ν决定如下关系：
n
m E E h -=ν
式中，h 为普朗克常量，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。
（2）设初速度为零的电子在电势差为0U 的加速电场作用下，获得能量
0eU ，当具有这种能量的汞电子与稀薄气体的原子发生碰撞时，就会发生能量
交换。
如以1E 代表汞原子的基态能量，2E 代表汞原子的第一激发态能量，那么当汞原子吸收从电子传递来的能量恰为
021eU E E =- （1）
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。
测定出这个电势差0U ，就可以根据公式（1）求出汞原子的基态和第一激发态之间的能量差了。
2.弗兰克-赫兹管
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图一： 21G G 短接， 21G G 为等势区，电子由热阴极发出，经加速电压
K
G U 2使电
子加速，电子可达到任意位置。
如果电子在空间中与汞原子碰撞，把自己一部分能量传给汞原子。
从阴极射出来的电子能量不同，从小到大分布，能量大的原子
传递给汞原子能量，先进入激发状态。
图二：加速电压的正极接G 1；图三：加速电压的正极接G 2。
这样连接的电路 ,能保证没有热电子打到板极上，只有正离子会从加速电压正极向板极加速运动。
此时由于原子电离可以测到板极电流。
三．实验装置 1.弗兰克--赫兹管
弗兰克-赫兹管为实验仪的核心部件，弗兰克-赫兹管采用间热式阴极、双栅极和板极的四极形式，各极均为圆筒状。
弗兰克--赫兹管充汞气，玻璃封装。
2.工作电源：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0V ～6.3V 连续可调；第一栅极电压UG1K ，直流0～5V 连续可调；第二栅极电压UG2K ，直流0～100V 连续可调。
3.扫描电源和微电流放大器：提供0～12V 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。
4.微电流测量仪：微电流放大器用来检测F —H 管的板流。
四．实验内容
1.了解弗兰克--赫兹管的结构
2.了解炉温对汞管内蒸汽浓度和电子自由程的控制，蒸汽浓度与T 为指数关系，自由程与T 成反比关系。
3.分析电子碰撞原子造成原子激发类型和退激发的后果，即造成原子能级的跳跃。
原子激发类型分为：低激发、高激发、电离。
并且需要的能量越来越高。
激发类型与自由程的关系：自由程越小，碰撞的机会越大，低激发概率就越大。
因此：
在炉温为140摄氏度时，观察低激发态； 在炉温为100摄氏度时，观察高激发态； 在70至80摄氏度时，观察电离现象。
退激发：原子处于低激发态时是不稳定的，容易从高能级跃迁到低能级，能量通常是同u 过光辐射释放出去，在原子与原子之间传递。
3.选择外部电路，连接电路图，从0.0v 起，每隔一定的电压值调节电压源GK U ，仔细观察弗兰克-赫兹管的极板电流值p I 的变化，读出极板电流值p I 及对应的电压值GK U 。
4.自拟表格，详细记录实验条件和相应的2G K I U 值。
五．实验数据分析
14.3 21.2 14.4 24 14.5 36.7 14.6 39 14.7 42 14.8
46
图四
根据实验图像可知，该图像可分为4个阶段。
第一阶段（A 点）：电流为0，说明板极上没有粒子打上去，也没有粒子跑出来，即没有粒子激发也没有粒子电离。
第二阶段（A--B 段）：激发开始，光电流产生，光子打到板极上。
第三阶段：（B--C 段）激发达到饱和，加速电压同时是控制电压，热电子发射达到饱和，此时21G G 间是等势区，热电子在获得了加速能量后，在此区与汞原子碰撞，碰撞的距离长，碰撞机会多，因此，在加速能量没有达到电离能以前，
就会有很多汞原子被激发，因紫外辐射所形成的光电流较大，能被测量到，这就是“矮平台”的来源，但是此时加速能量不足以达到电离能。
第四阶段：（C以后）电离开始，当电子的能量被加速到电离能以上的数值，电
子与原子的碰撞就可能使汞原子电离，而电子在奔向极板p的过程被加速，所获得的能量有可能让别的原子电离，形成“雪崩效应”，极板电流就会迅速增大，这就是曲线上升的原因。
表二
图五
前三个不同的电路图所测数据画在在同一个表上所得到的结果。
图中电流为0时电压的值有明显的差别，造成这种情况的原因是：对于图一电路来说，G 2与P之间是反射区，加速电压同时是控制电压。
此时G 1与G 2间是等势区，热电子在获得了加速能量后，在此区与汞原子碰撞，碰撞的距离长，碰撞机会多，所以整体比较靠左；对于图二电路来说，加速电压同时也是控制电压，电子一旦进入了G1与P之间的反射区域, 就开始减速，到不足一半的距离就要反射回来。
此时，电子与原子非弹性碰撞的机会少，在电子能量达到电离能以前，汞原子被激发的数量少，所以比图一电路所得曲线整体右移；对于图三电路来说，G2与P 之间是反射区，加速电压被阴极到G2的长距离所分散。
同时悬空的G1收集部分电子，使该处电位略有降低。
六．参考文献
董键李咏梅崔秀芝弗兰克-赫兹实验中几个问题的研究
高铁军孟祥省王书运近代物理实验。