弗兰克-赫兹实验.docx

实 验 报 告

实验题目：弗兰克-赫兹实验
实验目的：学习弗兰克-赫兹实验的实验原理，掌握该实验的实验方法和技巧。
实验仪器：F-H管，恒温加热电炉，F-H实验装置等。
实验原理：(详见预习报告)
测量记录：（详见预习报告原始数据）
数据处理：
1. Hg的第一激发电位：
根据数据记录绘制汞Ip-VG2曲线如下：
上升时：

下降时：

从图中读出上升时各峰谷所对应的值：

1
2
3
4
VG2K/V
6.53
11.19
15.75
20.74

5
6
7
VG2K/V
25.71
30.28
35.58
对上表中的数据用逐差法求平均值，得：（取前六个数据计算）
Hg的第一激发电位（上升）
V升=30.28+25.71+20.74-(6.53+11.19+15.75)3*3=4.81V
从图中读出上升时各峰谷所对应的值：

1
2
3
4
VG2K/V
6.50
11.14
15.78
20.70

5
6
7
VG2K/V
25.20
30.39
35.26
Hg的第一激发电位（下降）（取后六个）：
V降=35.26+30.39+25.20-(20.70+15.78+11.14)3*3=4.80V
则对上升曲线和下降曲线得到的Hg的第一激发电位求平均得Hg的第一激发电位：
V=V降+V升2=4.80+4.812=4.81V
2. Ar的第一激发电位:
根据数据记录绘制氩Ip-VG2曲线如下：
上升时：

下降时：

从图中读出上升时各峰谷所对应的值：

1
2
3
VG2K/10V
1.91
2.84
3.91

4
5
6
VG2K/10V
5.05
6.20
7.41
对表中的六个峰值用逐差法求平均值，得
Ar的第一激发电位（上升）：
V升=7.41+6.20+5.05-(3.91+2.84+1.91)3*3*10=11.11V
从图中读出下降时各峰谷所对应的值：

1
2
3
VG2K/10V
1.94
2.87
3.98

4
5
6
VG2K/10V
5.08
6.23
7.46
Ar的第一激发电位（下降）：
V降=7.46+6.23+5.08-(3.98+2.87+1.94)3*3*10=11.09V
对上升曲线和下降曲线得到的Ar的第一激发电位求平均值得Ar的第一激发电位：
V=V降+V升2=11.09+11.112=11.10V
误差分析及实验总结：
1. 在开始记数据前，应先观察大致图形走向，以防超出量程，得到的图像出现平峰现象。
2. 记数据应选好间距，太大则图像不精确，太小则记录数据过多，浪费很长时间。
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：首先，温度对充汞F-H管Ip-VG2K曲线影响是对过汞蒸汽的饱和蒸汽压来实现的。当温度升高时，汞的饱和蒸汽压升高，单位体积内汞原子的数量增加。这样从阴极发射出的电子和汞原子碰撞的概率增加，这样就会使得到达阳极的电子的能量降低，同时由于电子在加速过程中积蓄的能量还未达到能量大于第一激发态的能级所对应得能量之前，已经与汞原子进行了能量交换，就实现了汞原子向第一激发态的跃迁，故随着温度的升高，汞原子向高激发态跃迁的概率就很小了。反之，当温度较低时，F-H管中汞原子的密度较小，由于电子的平均自由程增大，电子有机会使积聚的能量超过4.9eV，从而使向高激发态的激发概率迅速增加没，因而对应于高激发态点位，Ip会有相应的峰，当电子能量大于10.4eV时，可以使汞电离，出现电离峰。而且汞蒸汽气压对温度非常敏感，所以控温灵敏度要求较高，一般要求误差在±1摄氏度之内。

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