1、1实验题目实验题目弗兰克弗兰克-赫兹实验赫兹实验实验目的实验目的1、了解弗兰克-赫兹用伏安法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。实验仪器实验仪器弗兰克-赫兹管(Hg、Ar)，F-H 电源组，扫描电压，微电流放大器(DC:90V，电流范围 10-8A、10-7A、10-6A 档)，电炉及控温仪，数字式万用表(DC 2V 挡)。实验原理实验原理一、弗兰克-赫兹实验我们采用四栅极式 F-H 管，管内充满汞或氩等原子气体，阴极 F通电后发射热电子，栅极 g1与 K 之间加一可调的正电压 UKg1，阴极发射的电子被收集，使得大量的热电子能够进入管内，提高电子的利用率。在栅极 K 和 g2之间加一可调的正电压 UKg2加速电子，电子动能增加并与气体碰撞， 到达栅极 g2。在栅极 g2和极板 p 之间加一反向偏压 Ug2p以阻止沿电场方向动能小于|eUg2p|的电子到达极板 p。2电流周期性变化的原因是加速电子与原子之间的碰撞。 电子进入F-H 管后被逐渐加速，并于原子发生碰撞。如果电子的动能大于某一个特定能量时，便与原子发生非弹性碰撞，将一部分动能用。
2、于原子态的激发。处于激发态的原子发出光子后跃迁回基态。碰撞后的电子动能减小， 并且被电场继续加速。 如果电子的动能小于这个特定的能量，电子与原子就会发生非弹性碰撞， 并不损失动能， 继续在电场中加速。最终到达栅极 g2的电子动能会随 UKg2的变化而变化。当电子的动能不足以克服 Ug2p的阻滞时， 电子不会被极板 p 收集； 当电子的能量能够克服克服 Ug2p的阻滞时，电子就能到达极板 p，从而使电流上升。相比于 UKg2， 从热阴极出射的电子可以认为初速度近似为零。 当加速电压较低时，电子动能小于原子激发能，故虽然在加速过程中不断与气体分子碰撞，但不能激发原子，他们之间只发生弹性碰撞，并不损失能量。因此当电子到达栅极 g2时，仍有足够的动能来克服反向电压，到达极板，形成电流。随着加速电压的升高，一旦电子的动能超过原子的激发能，在碰撞时就会激发原子，损失动能。如果电子被加速而获得的动能刚好达到原子的激发能， 那么电子就没有足够的能量克服反向电压，因而不能形成电流。电流随加速电压的增加而周期性的改变， 相邻两个电流的极大值对应的加速电压差，对应于原子的某一个激发能。二、微电流放大器由于实。
3、验中到达极板的电流很小，大约为 10-7A，如果直接测量3这个电流，对电流计的灵敏度要求很高，而且小量程的电流计电阻较大，对原电路有影响。我们可以采用一个集成运算放大器来实现电流的放大。 根据电子线路的知识，Uout=IRf，测量被放大的Uout即可以间接得到 I 的值。而且这种放大的方法具有很好的线性。实验内容实验内容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 35min。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。4数据记录数据记录一、Hg 管1、参数UfUKg1Ug2p温度3.4V2.4V1.5V1802。
4、、粗侧峰序号1234567峰位置/V7-912-1417-1921-2327-2931-3337-393、精测UKG2/V0.01.11.82.43.64.25.1 Uout/mV-6.4-5.3-5.0-4.9-4.1-3.5-3.0UKG2/V5.56.06.46.76.97.27.4 Uout/mV-1.53.411.220.726.441.749.1UKG2/V7.68.08.38.58.89.19.5 Uout/mV55.267.463.458.234.821.46.4UKG2/V9.910.310.610.911.311.611.8 Uout/mV5.214.625.738.463.886.399.5UKG2/V12.012.212.312.512.612.813.0 Uout/mV114.2124.7131.8140.9144.5147.7143.6UKG2/V13.313.814.014.414.715.115.4 Uout/mV120.349.333.59.710.722.546.2UKG2/V15.816.116.416.717.017.417.5 Uout/mV6。
5、7.799.8121.8146.2167.8186.3194.1UKG2/V17.717.918.118.418.719.019.3 Uout/mV196.0191.3176.3142.877.944.218.2UKG2/V19.720.020.420.721.021.221.5 Uout/mV14.228.457.282.4109.1131.9148.3UKG2/V21.722.022.222.422.622.722.9 Uout/mV171.8200.5207.6221.6225.5221.0212.8UKG2/V23.123.423.724.024.424.825.2 Uout/mV200.5162.6106.869.025.428.655.2UKG2/V25.525.926.326.626.927.127.45Uout/mV80.7123.3157.9193.8209.4225.5241.6UKG2/V27.627.828.028.328.829.229.6 Uout/mV244.1240.4229.4194.0127.575.939.8UKG2/V29.930.330.630。
6、.931.231.531.7 Uout/mV41.964.099.8127.9150.3182.8200.4UKG2/V31.832.032.132.232.432.632.7 Uout/mV211.0224.7230.3235.8242.4246.8244.1UKG2/V32.933.133.333.633.934.234.6 Uout/mV243.6233.6219.2185.7145.7114.369.8UKG2/V35.035.335.636.036.236.536.8 Uout/mV59.374.898.2149.5166.7198.7225.6UKG2/V37.137.437.838.038.238.538.8 Uout/mV253.5262.2271.5268.4261.1237.5203.7UKG2/V39.139.439.740.140.3 Uout/mV168.5136.4100.685.292.7二、Ar 管1、参数UfUKg1UPg22.3V2.0V7.5V2、粗侧峰序号1.02.03456峰位置/V16-1727-2939-4150-5263-6576-783。
7、、精测UKG2/V0.02.05.07.08.09.010.0Uout/mV-7.3-7.3-7.3-7.3-5.9-5.52.0UKG2/V11.112.013.014.014.515.015.5Uout/mV16.231.246.861.157.946.453.9UKG2/V16.016.517.117.518.018.619.1 Uout/mV56.758.157.153.849.640.233.1UKG2/V20.021.022.123.024.024.525.3 Uout/mV15.92.1-4.05.641.460.477.6UKG2/V25.626.126.627.027.528.028.56Uout/mV84.294.098.1100.6105.4107.5105.0UKG2/V29.029.530.030.430.831.532.0 Uout/mV99.689.972.051.735.47.7-2.6UKG2/V32.733.334.034.435.035.335.7 Uout/mV-9.3-6.86.320.046.253.770.1UKG2/V36.136.436。
8、.737.037.337.637.9 Uout/mV84.891.2100.3107.6116.2119.6132.5UKG2/V38.038.338.739.039.339.740.0 Uout/mV125.9132.9142.1143.8147.0149.4148.7UKG2/V40.340.541.241.642.042.342.7 Uout/mV148.1146.1134.8120.5104.386.762.8UKG2/V43.043.544.144.745.245.846.3 Uout/mV44.824.76.4-1.64.823.842.9UKG2/V46.747.147.748.148.448.949.1 Uout/mV58.874.699.5118.4126.6146.9152.5UKG2/V49.349.650.050.350.751.051.3 Uout/mV159.1166.7180.1187.6195.7202.1205.7UKG2/V51.652.052.352.653.053.353.7 Uout/mV209.9212.5213.1212.2207.7200。
9、.8190.0UKG2/V54.054.655.055.756.357.157.7 Uout/mV179.2150.8127.987.762.547.260.2UKG2/V58.158.559.159.760.160.561.0 Uout/mV71.184.7110.6134.2154.2172.2196.5UKG2/V61.361.762.162.562.963.263.6 Uout/mV208.1225.6240.9256.1268.8277.6288.5UKG2/V64.064.464.765.065.365.666.1 Uout/mV295.6301.7304.5305.8305.4302.8294.8UKG2/V66.566.867.267.968.368.669.2 Uout/mV283.6272.2256.7220.5204.5194.6169.1UKG2/V69.970.671.472.172.873.273.8 Uout/mV158.7160.3179.4204.2232.0252.6279.2UKG2/V74.374.775.175.475.876.176.5 Uout/mV306.1322.1343.6356.6370.6383.0399.0UKG2/V76.977.377.678.078.578.779.0 Uout/mV410.5420.0425.8430.7433.7434.4434.2UKG2/V79.379.679.980.280.781.181.5 Uout/mV430.8425.2419.5412.6399.7383.6377.3UKG2/V82.082.282.883.684.184.585.07Uout/mV366.0349.5345.2348.0379.5385.8397.0三、减速电压 Ug2p对实验的影响(使用 Hg 管)1、参数UfUKg1温度3.4V2.4V1802、精测Ug2p= 1.5VUKG2/V29.629.930.330.630.931.231.5Uout/mV39.841.964.099.8127.9150.3182.8UKG2/V31.731.832.032.132.232.432.6Uout/mV200.4211.0224.7230.3235.8242.4246.。
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