弗兰克 - 赫兹实验郑新乐

实验目的• 1 、用实验室的方法测定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。

实验原理• 1 、当电子的加速电压 UG2K< 原子第一激发电势 U0 ，电子与原子碰撞没有发生动能与内能的交换，为“弹性碰撞”。电子碰撞前后速度不变• 2 、当电子的加速电压 U≥ 原子第一激发电势 U1 ，电子与原子碰撞发生动能与内能的交换，为“非弹性碰撞”。电子碰撞后速度变慢，原子会辐射光子。

实验原理图

• 电子由阴极 K 发出。在 K 与栅极 G 之间加电场使电子加速。在 G 与板极 A 之间有一反向拒斥电压。当电子通过 KG 空间，进入 GA 空间时，如果仍有较大能量，就能冲过反电场而达到电极 A（板极），成为通过电流计的电流。如果电子在KG 空间与原子碰撞，把自己一部分的能量给了原子，使后者被激发。电子剩余的能量就可能很小，以致过栅极 G 后已不足以克服反向拒斥电压，那就达不到 A ，因而也不流过电流计。如果发生这样情况的电子很多，电流计中的电流就要显著地降低。

• 随着加速电压的增加，电子与原子的非弹性碰撞区域将向阴极方向移动。经碰撞而损失能量的电子在奔向栅极的剩余路程上又得到加速，以致在穿过栅极之后有足够的能量来克服反向拒斥电压而达到板极 A。此时，板流又将随加速电压的增加而升高。若这个增加使电子在到达栅极前其能量又达到 U0，则电子与氩原子将再次发生非弹性碰撞，即又一次下降。在 较高的情况下，电子在向栅极飞奔的路程上，将与氩原子多次发生非弹性碰撞。每当 UG2K=nU0（ n=1， 2，…），就发生这种碰撞。

• 以上是理论上的情况，在实验中，可看出，由于仪器的接触电势的存在，每次开始下降时，所对应的加速电压并不是正好落在U0的整数倍处，可能会稍有误差即在－曲线上出现的多次下降。

弗兰克 - 赫兹实验能级图

实验仪器

电源开关UG2输出 IP输出

自动 /手动快速 /慢速 电压显示选择

IP显示IP放大选择

电压显示

UF调节UG1 调节

UP调节UG2调节

实验内容1. 根据仪器标签确定：灯丝电源电压、 、 。注意 不得超过 90V 。 KGU 1 KGU 2AGU 2

2. 手动测量氩原子的 曲线，每变化 1.0V 测量一个点，选择 60-80 个数据作图，标出峰值，取第一个峰 和第六个峰 ，利用 计算出氩原子的平均第一激发电位，和参考值 比较。

KGA UI 2

6U1U 5/)( 16 UUU g

VU g 39.11

3. 测量出氩的第一激发电位 U1.

注意事项• 1 、各电压值须按照给定值进行设置；• 2 、 UG2K 设定终止值不要超过 90V 。• 3 、手动测试完毕后，尽快将 UG2K 减为零

数据处理

实验感想• 学会了怎样用实验的方法测定氩原子的第一激发电位，并且初步了解到了怎样使用微机控制的实验数据采集系统。• 对弗兰克 - 赫兹实验的原理和内容有了更深的了解。