北京大学物理实验报告：弗兰克赫兹实验docx版
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。
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__北大物理学院普物实验报告
弗兰克赫兹实验实验报告一、数据处理1.汞管（1）实验数据如下：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：由最小二乘法得到第一激发电位V，相关系数r=0.99978，由书上（7.13）式计算得到，故最终结果表示为V2.氩管（1）实验数据如下：（为了对进行控制，我调大了）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：由最小二乘法得到第一激发电位V，相关系数r=0.99964，由书上（7.13）式计算得到，故最终结果表示为V二、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实验数据。
现将改变后的另两组实验数据列表如下，后两组数据只测了第5、第6两个峰。
（1）（2）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”的速率，而另一部分电子速率还要更低一些，有的电子速率还不足以使其越过g2p的减速电场，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。
三、分析与讨论1.各种曲线都具有周期性，而随着加速电压的增大，总的电流呈增大趋势，每个峰都比前一个峰更高，每个谷也比前一个更高。
呈现这种现象的原因：随着加速电压的增大，电子动能增加，能到达p极板的电子数增加，电流增大；当达到一定的动能时，电子会与管中气体发生“非弹性碰撞”，使其发生激发，则电子损失动能，不再能到达p极板，电流减小；这便是曲线呈周期性的原因。
弗兰克赫兹实验报告模板
一、实验名称弗兰克-赫兹实验二、实验目的1. 通过实验测量氩原子的第一激发电势，验证原子能级的存在。
2. 加深对量子化概念的理解。
3. 掌握电子与原子碰撞的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. 根据量子理论，原子只能处于一系列不连续的能量状态，即定态。
2. 当基态原子与带一定能量的电子发生碰撞时，可以使原子从基态跃迁到高能态。
3. 电子在加速电压U的作用下获得能量，当其能量等于或大于第一激发态能量E1时，即可实现跃迁。
四、实验器材1. 弗兰克-赫兹实验仪2. 氩气瓶3. 数字电压表4. 数字电流表5. 计时器6. 连接线和导线五、实验步骤1. 检查实验仪器的完整性，确保实验仪正常工作。
2. 打开氩气瓶，调节气体压力至实验要求。
3. 调节加速电压和减速电压，使电子在电场中加速和减速。
4. 逐渐增加加速电压，观察输出电流的变化。
5. 记录输出电流与加速电压的关系曲线。
6. 根据曲线确定氩原子的第一激发电势。
六、实验数据与分析1. 记录实验过程中输出电流与加速电压的关系曲线。
2. 分析曲线，确定氩原子的第一激发电势。
3. 计算实验误差，分析误差来源。
七、实验结果1. 氩原子的第一激发电势为：XXX eV。
2. 实验误差为：XXX %。
八、实验讨论1. 分析实验结果与理论值的差异，探讨误差来源。
2. 讨论实验过程中可能出现的异常现象，分析原因。
3. 总结实验过程中学到的知识，对实验原理进行深入理解。
九、结论1. 通过实验测量，验证了原子能级的存在，加深了对量子化概念的理解。
2. 掌握了电子与原子碰撞的微观过程与宏观物理量相结合的实验设计方法。
十、参考文献1. 王家骐，张洪涛. 基础物理实验[M]. 北京：高等教育出版社，2010.2. 张志敏，刘志勇，陈国良. 基础物理实验教程[M]. 北京：科学出版社，2008.3. 弗兰克-赫兹实验原理及装置介绍[EB/OL]. /frank-hertz.html，2022-10-01.十一、附录1. 实验数据记录表2. 实验曲线图3. 误差分析报告（注：以上模板仅供参考，具体实验内容可根据实际情况进行调整。
弗兰克赫兹实验实验报告
[实验内容]
1、如果采用 Hg 管，将炉温设置为 180℃；如果采用 Ar 管，则 不必加热。 2、连接电路。 3、将各个电源的输出调至最小；扫描电源选择“手动”。根据 实验室提供的参考数据，设置微电流放大器的量程，极性选“－”， 用数字式电压表测量 Uout。 4、根据实验室提供的参考数据，分别设置好 UF、UKg1、Ug2p， 预热 3~5min。 5、缓慢调节“手动调节”电位器，增大加速电压；并注意观察 微电流计指示，可观察到峰谷信号。 6、调节各参量，测量 Uout-UKg2 曲线。 7、作图，测出各峰值扫描电压值，用最小二乘法计算第一激发 电位及其标准差。 8、改变减速电压 Ug2p 对实验有何影响，并用实验验证。
2、粗侧
峰序号 峰位置/V 1.0 16-17 2.0 27-29 3 39-41 4 50-52 5 63-65 6 76-78
3、精测
UKG2/V Uout/mV UKG2/V Uout/mV UKG2/V Uout/mV UKG2/V Uout/mV UKG2/V 0.0 -7.3 11.1 16.2 16.0 56.7 20.0 15.9 25.6 2.0 -7.3 12.0 31.2 16.5 58.1 21.0 2.1 26.1 5.0 -7.3 13.0 46.8 17.1 57.1 22.1 -4.0 26.6 7.0 -7.3 14.0 61.1 17.5 53.8 23.0 5.6 27.0 8.0 -5.9 14.5 57.9 18.0 49.6 24.0 41.4 27.5 9.0 -5.5 15.0 46.4 18.6 40.2 24.5 60.4 28.0 10.0 2.0 15.5 53.9 19.1 33.1 25.3 77.6 28.5
弗兰克—赫兹实验报告
实验名称：弗兰克—赫兹实验 实验原理：用加速到一定能量的电子轰击原子使原子发生跃迁，跃迁的同时电子失去能量而减速，碰撞后电子的速率分布发生变化，测量到达的高速电子的数量，就可以知道有多少电子因为是原子跃迁而失去能量，间接测出了原子吸收的能量的大小，就反应出了跃迁所需的能量。
实验中原子密度较大，故只有第一激发电位发生的概率较大，其余的激发可以忽略，则电子能量每到达一次原子第一激发态吸收的能量大小E ∆，就会出现一次吸收峰，通过测量相邻吸收峰时的E ∆，也就是测量相邻吸收峰时的加速电压，就可以知道原子的第一激发态时吸收的能量大小。
实验用的装置如右图，通过灯丝加热K 使其发射电子，G 1控制通过G 1的电子数目，G 2加速电子，G 1、G 2空间较大，提供足够的碰撞概率，A 接收电子，AG 2加一扼止电压，使失去动能的电子不能到达，形成电流。
用汞进行实验测得与右下图相似的曲线。
汞的第一激发电位为 4.9V,实验中电压每到 4.9V 的n 倍就多一次吸收，故出现一个吸收峰，实验内容：一、汞的F-H 实验 测汞的第一激发电位（测I P -V G2曲线，由曲线确定第一激发电位），测六到八个峰测量条曲线，V G2上升测一条，V G2下降测一条分别由峰间距求汞的第一激发电位。
二、氩的F-H 实验 示波器观察氩的I P -V G2曲线，手动测氩的I P -V G2曲线。
实验步骤：一、汞的F-H 实验1．先将温度调到设定值，打开温控开关加温指示灯on 亮（绿色），到设定温度off 指示灯亮（红色），红灯亮过一次即可开始实验。
2.了解接线，将V p ,V G1K ,V G1P ,V G2K ,调至最小，到设定温度时再打开两仪器电源，稳定5分钟，然后据炉上标签设定各电压值，用“手动”挡测曲线，电流过量程时更换电表量程。
3.先手动调节电压观察电流随电压的变化，选适当量程从某一电压起每隔0.5V记录一组I P -V G2数据，随V G2上升测一条至约六到八个峰，再随V G2下降记录数据。
北京大学 弗兰克-赫兹实验报告(F-H)
弗兰克-赫兹实验【实验目的】(1)了解弗兰克-赫兹实验用伏-安特性曲线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 0~5V2.5级V G2P0~15V2.5级Victor VC9806+数字万用表200mV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。
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。
大学物理实验报告弗兰克赫兹实验
为了研究原子内部的能量时态问题，弗兰克和赫兹使用简单而有效的方法，用低速电子去轰击原子，观察它们之间的相互作用和能量传递过程，从而证明原子内部量子化能级的存在。
实验要求：通过对汞原子第一激发电位测量，了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。
理论基础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）为亚稳态实现能级跃迁，吸收光子原子与电子碰撞处于激发态的原子不稳定，发射光子回到低能态。
原理图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。
实验曲线：碰撞过程及能量交换此过程在G1G2空间发生，在加速场的作用下，电子获得动能，与原子的弹性碰撞中，电子总能量损失较小，在不断的加速场作用下，电子的能量逐渐增大，就有可能与原子发生非弹性碰撞，使原子激发到高能态，电子失去相对应的能量，使其不能到达A从而不能形成电流。
= 4.7V，使原子激发到63P0，此态较稳定，不容易再产生跃迁，故不容易观察到这个吸收。
= 4.9V，使原子激发到63P1，引起共振吸收，电子速度几乎为零，电子不能到达A，形成第一个峰。
= 9.8V，电子与原子发生两次非弹性碰撞，在G2处失去动能，形成第二个峰。
= 4.9nV，将形成第n个峰。
电子平均自由程对激发或电离的影响主要由炉温决定，还与电子速度等有关。
λ很短，相邻两次碰撞间获得能量小，经多次碰撞能量积累到第一激发态的能量时，能使原子激发到激发态，不容易激发到较高能态。
λ很长，相邻两次碰撞间获得能量大，激发到高能态的可能性很大，所以在λ很长，加速电压较高，会使某些电子有足够能量使原子激发到较高能态，甚至电离。
注意事项先将温度调到设定值，打开温控电源，加温指示灯on亮（绿色），到设定温度off指示灯亮（红色）。
弗兰克赫兹实验报告
弗兰克赫兹实验报告一、实验目的了解弗兰克赫兹实验的原理和方法，通过实验测量氩原子的第一激发电位，证明原子能级的存在。
二、实验原理弗兰克赫兹实验是用一定能量的电子去轰击原子，通过测量电子与原子碰撞过程中的能量损失，来研究原子的能级结构。
当电子与原子发生非弹性碰撞时，电子损失的能量等于原子的激发能。
在本实验中，电子在加速电场中获得能量，然后与氩原子碰撞。
如果电子的能量小于氩原子的第一激发能，碰撞为弹性碰撞，电子能量几乎不变。
当电子能量达到氩原子的第一激发能时，会发生非弹性碰撞，电子损失能量，导致电流下降。
通过测量电流随加速电压的变化，可以得到氩原子的第一激发电位。
三、实验仪器弗兰克赫兹实验仪，包括充氩的弗兰克赫兹管、加热炉、微电流放大器、电压扫描电源等。
四、实验步骤1、连接实验仪器，打开电源，预热仪器一段时间。
2、调节加热炉温度，使弗兰克赫兹管中的氩气达到合适的工作状态。
3、调节电压扫描电源，设置起始电压、终止电压和扫描步长。
4、观察微电流放大器的示数，记录电流随加速电压的变化数据。
5、改变扫描步长，重复实验，获取多组数据。
五、实验数据及处理以下是一组实验测量得到的电流 I 随加速电压 U 的变化数据：｜加速电压 U（V）｜电流 I（μA）｜｜：：｜：：｜｜ 10 ｜ 20 ｜｜ 20 ｜ 35 ｜｜ 30 ｜ 50 ｜｜ 40 ｜ 70 ｜｜ 50 ｜ 85 ｜｜ 60 ｜ 60 ｜｜ 70 ｜ 45 ｜｜ 80 ｜ 75 ｜｜ 90 ｜ 60 ｜｜ 100 ｜ 40 ｜以加速电压 U 为横坐标，电流 I 为纵坐标，绘制电流电压曲线。
从曲线中可以明显看到电流出现多次下降，相邻两次下降对应的电压差值近似相等，这个差值即为氩原子的第一激发电位。
通过对数据的分析和计算，得到氩原子的第一激发电位约为_____V。
六、实验误差分析1、温度的影响：实验中弗兰克赫兹管的温度对氩原子的状态有影响，如果温度不稳定或偏离最佳值，可能导致实验结果的偏差。
大学物理弗兰克赫兹实验报告
大学物理弗兰克赫兹实验报告一、实验目的1、通过实验测定氩原子的第一激发电位，证明原子能级的存在。
2、了解弗兰克赫兹实验的原理和方法。
3、学习使用微机控制的弗兰克赫兹实验仪器。
二、实验原理弗兰克赫兹实验是研究原子能级结构的重要实验之一。
实验装置中，电子在电场的加速下与原子发生碰撞。
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的，电子几乎不损失能量。
当电子的能量达到原子的第一激发能时，电子与原子发生非弹性碰撞，电子将把能量传递给原子，使原子从基态跃迁到第一激发态，电子自身的能量则显著减少。
在实验中，电子由热阴极 K 发射，经加速电场 G₁K 加速，然后穿过栅极 G₁到达板极 A 形成电流 Iₚ。
在栅极 G₁和 G₂之间加一反向电压 U₀，形成减速电场。
当电子的能量不足以克服减速电场时，就不能到达板极 A，板极电流 Iₚ就会减小。
当加速电压逐渐增加时，电子在与氩原子碰撞前的能量也逐渐增加。
当加速电压达到氩原子的第一激发电位时，电子与氩原子发生非弹性碰撞，板极电流 Iₚ会突然下降。
继续增加加速电压，电子与氩原子再次发生非弹性碰撞，板极电流 Iₚ又会下降。
这样，板极电流 Iₚ随加速电压 U 的变化就会出现周期性的起伏。
三、实验仪器弗兰克赫兹实验仪、微机等。
四、实验步骤1、连接实验仪器，打开电源，预热一段时间。
2、调节实验参数，如灯丝电压、加速电压、拒斥电压等。
3、启动微机控制软件，开始采集数据。
4、逐步增加加速电压，观察并记录板极电流 Iₚ随加速电压 U 的变化。
5、重复实验，获取多组数据。
五、实验数据及处理以下是一组典型的实验数据：｜加速电压 U（V）｜板极电流 Iₚ（μA）｜｜：：｜：：：｜｜ 10 ｜ 15 ｜｜ 20 ｜ 20 ｜｜ 30 ｜ 25 ｜｜ 40 ｜ 30 ｜｜ 50 ｜ 35 ｜｜ 60 ｜ 40 ｜｜ 70 ｜ 45 ｜｜ 80 ｜ 50 ｜｜ 90 ｜ 48 ｜｜ 100 ｜ 40 ｜｜ 110 ｜ 35 ｜｜ 120 ｜ 30 ｜｜ 130 ｜ 25 ｜｜ 140 ｜ 20 ｜｜ 150 ｜ 15 ｜以加速电压 U 为横坐标，板极电流 Iₚ为纵坐标，绘制出 Iₚ U 曲线。
弗兰克实验报告
一、实验目的1. 测量汞原子的第一激发电势，验证原子能级的存在。
2. 加深对量子化概念的理解，提高实验操作技能。
3. 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。
二、实验原理根据玻尔的原子模型理论，原子只能长时间地停留在一些稳定的能量状态（定态），当原子从高能级跃迁到低能级时，会辐射出一定频率的光子。
弗兰克-赫兹实验通过测量电子与汞原子碰撞后的能量变化，验证了原子能级的存在。
实验过程中，电子在电场中被加速，与汞原子发生碰撞。
当电子的能量等于或大于汞原子的第一激发能时，汞原子会被激发到第一激发态，此时会有光子辐射出来，导致电子的能量减小。
通过测量电子的能量变化，可以确定汞原子的第一激发电势。
三、实验仪器与装置1. 弗兰克-赫兹管：由阴极、第一栅极、第二栅极及板极组成，充有汞蒸气。
2. 加热炉：用于加热弗兰克-赫兹管，维持汞蒸气饱和蒸气压。
3. 温控装置：用于控制加热炉的温度。
4. F-H管电源组：提供弗兰克-赫兹管各极所需的工作电压。
5. 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，作为弗兰克-赫兹管的加速电压。
6. 微机X-Y记录仪：用于记录输出电流和加速电压的曲线关系。
四、实验步骤1. 将弗兰克-赫兹管置于加热炉中，加热至设定温度。
2. 调节扫描电源和微电流放大器，设置合适的加速电压。
3. 打开弗兰克-赫兹管电源组，逐渐增加加速电压，观察输出电流的变化。
4. 记录输出电流与加速电压的曲线关系，分析数据。
五、实验结果与分析1. 实验过程中，输出电流随加速电压的增加先增大后减小，存在一个明显的峰值。
2. 通过对曲线的分析，可以确定汞原子的第一激发电势为4.9V，与理论值5.4V基本吻合。
六、实验结论1. 弗兰克-赫兹实验成功地验证了原子能级的存在，为玻尔原子模型提供了实验依据。
2. 实验结果表明，汞原子的第一激发电势为4.9V，与理论值5.4V基本吻合。
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。
弗兰克赫兹实验实验报告
一、实验目的1. 测量氩原子的第一激发电势，验证原子能级的存在。
2. 加深对量子化概念的理解。
3. 掌握原子碰撞激发和测量的方法。
二、实验原理弗兰克-赫兹实验基于玻尔的原子能级理论。
根据该理论，原子只能长时间地停留在一些稳定的能级上，称为定态能级。
当电子从低能级跃迁到高能级时，需要吸收一定的能量，这个能量等于两能级之间的能量差。
通过实验测量电子与原子碰撞时能量的交换情况，可以证明原子能级的存在。
实验中，我们采用慢电子与稀薄气体中原子碰撞的方法。
实验装置包括弗兰克-赫兹管、加热炉、温控装置、电源组、扫描电源和微电流放大器等。
三、实验步骤1. 将弗兰克-赫兹管置于加热炉中，调节炉温至实验要求。
2. 调节灯丝电压、第一栅极电压和第二栅极电压，使管内保持一定的汞蒸气饱和蒸气压。
3. 打开电源，调节扫描电源，使电子在加速电压作用下获得足够的能量。
4. 逐渐增加加速电压，观察输出电流的变化。
5. 记录输出电流与加速电压的关系，分析实验数据。
四、实验结果与分析实验结果显示，当加速电压逐渐增加时，输出电流也随之增加。
当加速电压达到一定值时，输出电流突然减小，并保持不变。
这说明电子与汞原子发生了碰撞，将能量传递给汞原子，使其从低能级跃迁到高能级。
这个能量等于两能级之间的能量差，即第一激发电势。
根据实验数据，我们计算得出氩原子的第一激发电势约为16.5V。
这与理论值相符，证明了原子能级的存在。
五、实验结论1. 通过弗兰克-赫兹实验，我们验证了原子能级的存在，加深了对量子化概念的理解。
2. 实验结果表明，原子能级是分立的，电子与原子碰撞时能量交换是量子化的。
3. 弗兰克-赫兹实验是研究原子内部结构的重要手段，对于近代物理学的发展具有重要意义。
六、实验体会通过本次实验，我深刻体会到以下两点：1. 实验是验证理论的重要手段。
在实验过程中，我们需要仔细观察实验现象，分析实验数据，从而得出结论。
2. 实验过程中，我们需要严谨、细致，以确保实验结果的准确性。
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北京大学物理实验报告:弗兰克-赫兹实验(ｄocx版)
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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。
当V G2K增大到原子的第一激发电位时,电子与原子间就产生非弹性碰撞,汞原子吸收电子的能量,由基态被激发到第一激发态。
电子损失能量后不能穿越拒斥场，引起板流I P聚减，于是I P−V G2K特性曲线上出现第一个峰值。
V G2K继续增大,电子经第一次非弹性碰撞后的剩余能量足以使其与汞原子产生第二次非弹性碰撞,汞原子再次从电子中取得能量,能量交换的结果使I P再次下降。
峰间距正是第一激发态和基态的能极差，在本次实验中,通过测量各个峰值并对其进行线性拟合可以更准确地测得能极差。
(3)实验装置
图 2 四栅式F－Ｈ管
实验仪器如图２所示，仪器分为三部分。
加热炉和控温仪:中有FH管，保持FＨ处于预定温度中
电源组:包括三组独立的稳压电源,分别提供V F灯丝加热电源，V G1K控制电子束强度的加速电压,V G2P减速用的反向电压
微电流放大器:将板流I P并输出U out,本次试验中用U out代替I P
【实验原理】
1预热汞管至18０度
2如图２所示搭建实验装置
3根据参考数据调节V F V G1K V G2P，在允许范围内使得峰谷比较大
4调节V G2K,粗测U out−V G2K,了解峰出现的范围
5缓慢调节V G2K，细测U out−V G2K曲线
6处理实验数据
7换用氩管,重复上述步骤
【实验数据及处理结果】
1汞
V F=2.8 V V G1K=2.8 V V G2P=1.5V
表格一汞U out−V G2K数据表
（略)
表格二汞U out−V G2K峰值表
n 1 2 3 4 5 6 7 V G2K /V8.４13.1 １8．1 23.0 28.２33.３38.5 ΔV /V 4.７ 5.0 4.9 5.2 5.1 ５.２
利用公式
V G2K=a+U1n
线性拟合得
U1=5.03 V
R2=0.9997１
σU=U1√1
R2−1
N−2
=0.03 V
U1=(5.03±0.03) V
图错误!不能识别的开关参数。
HｇU-Uout关系图
2氩
V F=2.3 V V G1K=2.0 V V G2P=7.5V 表格一氩U out−V G2K数据表
（略)
V F=2.3 V V G1K=2.0 V V G2P=7.5V
表格二氩U out−V G2K数据表
（略)
表格三氩U out−V G2K峰值表
n １ 2 3 ４ 5 6 V G2K /V17.4 ２７.9 40.0 52.7 65.６７9.3 ΔV /V10.5 1２.１12．7 １2.９1３.7
利用公式
V G2K=a+U1n
线性拟合得
U1=12.4 V
R2=０.99７8７
σU=U1√1
R2−1
N−2
=0.3 V
U1=(12.4±0.3) V
图错误!未定义书签。
Ar U-Uｏｕt关系图
【思考题】
如图4所示，反向减速电压V G2K增大时会有三种效果,U out峰值、谷值均减小,U out−V G2K曲线向下移动,峰值位置V n向右移动。
解释如下：
1.由于反向电压增大，所以在任何情况下抵达极板的电子都会减少，故峰值、
谷值均减小
2.作为1的结果，U out−V G2K曲线整体向下移动
3.由于灯丝加热逸出电子,这是热力学平衡的过程,所以电子的能量分布满足麦
克斯韦分布（概率密度是能量E的函数),经过加速电场V G1K，能量分布平移。
能量大于V G2K的部分才能通过栅极，到达极板。
但是E>U1的部分电子将激发汞原子甚至多次激发汞原子,导致E>U1,因而也不能到达极板。
故V G2K< E<U1的电子才是能形成极电流的。
由于V G2K U1不变，当V G1K取某些值时，V G2K U1所夹的概率密度函数面积最大时,极电流最大，故当V G2K增大时，U1不变，需要向右移动曲线即增大一些V G1K弥补V G2K增大带来的面积损失。
故峰值位置V n向右移动。