弗兰克赫兹实验报告.docx
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：FH实验管、恒温加热电炉、FH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FH管、恒温加热电炉及FH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157 ºC，并选择合适的灯丝电压，VG1K=2.5V，VG2p=1.5V，Vf=1.3V。 2）改变VG2k的值，并记录下对应的Ip值上。 3）作数据处理，作出对应的Ip-VG2k图，并求出Hg的第一激发电位。 3测Ar原子的第一激发电位。 1）调节好相关的数据：Vp=8.36V，VG1=1.62V，VG2k=0100V，Vf=2.64V； 2）将相关档位调到自由档位，在示波器上观看得到的Ip-VG2k图，是否符合实验要求。再将相关档位调到手动档位。 3）手动改变VG2k的值，并记录下对应的Ip值上。 4）作数据处理，作出对应的Ip-VG2k图，并求出Hg的第一激发电位。 4得出结论。 原始数据: 1. Vf=1.3V VG1K=2.5V VG2p=1.5V T=157ºC 求汞原子的第一激发电位的数据表 2. Vp=8.36V VG1=1.62V VG2k=0100V Vf=2.64V 求Ar原子的第一激发电位的数据表 数据处理： 1 求Hg原子的第一激发电位。 将在实验中记录下的数据，以点的形式描在x-y坐标上，并用平滑曲线连接后得到的图形为：得到的七个峰值，对应的UG2K依次为：U1=7.0V , U2=11.6V , U3=16.0V , U4=21.0V , U5=25.8 V, U6=30.6V , U7=35.6V . 设Ux为Hg的第一激发电位，则有下列式子： 4*Ux1=U5-U1=25.8V-7.0V=18.8V, Ux1=4.7V; 4*Ux2=U6-U2=30.6V-11.6V=19.0V, Ux2=4.8V; 4*Ux3=U7-U3=35.6V-16.0V=19.6V, Ux3=4.9V 则=4.8V. 不确定度分析： uA=u0.68=1.32*uA=1.32*0.06V=0.08V. 则Ux=u0.68=4.80.08V. 2. 求Ar原子的第一激发电位。 将在实验中记录下的数据，以点的形式描在x-y坐标上，并用平滑曲线连接后得到的图形为：得到的六个峰值，对应的UG2K依次为：U1=3.00V , U2=4.15V , U3=5.35V , U4=6.60V , U5=7.90V, U6=9.20V . 设Ux为Hg的第一激发电位，则有下列式子： 3*Ux1=U4-U1=6.60V-3.00V=3.60V, Ux1=1.20V; 3*Ux2=U5-U2=7.90V-4.15V=3.75V, Ux2=1.25V; 3*Ux3=U6-U3=9.20V-5.35V=3.85V, Ux3=1.28V 则 =不确定度分析： =1.24V. uA=u0.68=1.32*uA=1.32*0.023V=0.030V. 则Ux=u0.68=1.240.030V. 0.08V，而Ar原子的第一激发电位为结论：由此可得，Hg的第一激发电位UxHg=4.8UxAr=1.240.030V。 思考题： 说明温度对充汞F-H管Ip-VG2k曲线影响的物理机制。 答：，在一定温度下，才可得到合适压强的汞蒸气，这时汞原子的密度也是合适的。汞蒸气对温度非常敏感，如果温度不在合适范围之内，会影响到汞原子在F-H管内的密度。如果温度较低，会导致F-H管中汞原子的密度较小，就进一步为汞原子专门提供与电子碰撞，这就使得电子的平均自由程变大，电子有机会使积蓄的能量超过4.9V，从而使高激发态的激发概率迅速增加，会Ip有了对应的峰，并在Ip-VG2kr 曲线上有对应的峰，出现高激发态时的电位，这就会影响到实验的结果。如果温度较高，汞管内的密度较大，使电子每次能量到达4.9eV时，有足够大的概率与汞原子发生能量交换，使得电子的速度重新回到零，并需要重新加速，直到再次到达4.9eV，又与汞原子发生能量交换.始终都在在基态和第一激发态之间，并且在Ip-VG2K曲线中会表现出有多个峰值，并且都是处在第一激发态上。则会使所以说，在实验中对汞的温度也有一定的讲究：过高时，则在Ip-VG2k曲线上会出现多个峰；过低则会使得出现高激发态上的峰值，在图中表现为，两个峰值的距离会加大。 实验心得: 1. 实验过程中，开始时使用的仪器，在调好了相关数据后，进行读数时，发现数据变化很小、，这就增大了读取数据的误差。后来换了一台仪器，读取时,电流随电压的改变而改变的幅度变大，这就大大减小了读取数据的误差，也使得实验中测量Hg的第一激发电位较为准确。所以我觉得在实验开始时调整好实验仪器，也是一件非常重要的事。 2. 在实验过程中，一定要定下心来。实验中读取数据有的时候是一件很枯燥单调的事，当需要读取的数据很多时，容易变得浮躁，使得会出现读取错误的情况。这就需要我们能够冷静自我，一心一意地去做自己要做的事，把需要实验的步骤做好。这很重要。
