弗蘭克赫茲實驗報告內容（2篇）儀器帽蘭克一赫茲管（簡稱F-H管）`加熱爐`溫控裝置，F-H管電源組、掃描電源和微電流放大器、微機x一Y記錄儀。F刪管是特殊的充汞匹極管，它由陰極、第一柵極、其次柵極及板極組成。為了使F一H管內保持肯定的汞蒸氣飽和蒸氣壓，試驗時要把F一H管置于控溫加熱爐內。加熱爐的溫度由控溫一裝設定和掌握。爐溫高時，F一[I管內汞的飽和蒸氣壓高，平均自由程較小，電子碰撞汞原子的概率高，個電子在兩次與汞原子碰撞的間隔內不會因柵極加速電壓作思而積存較高的能量。溫度低時，管內汞蒸氣壓較低，干均自由程較大，因而電子在兩次碰撞河隔內有可能積存較高的能量，受高能量的電子轟擊，就可能引起汞原子電離，使管內消失輝光放電現象。輝光放電會降低管子的使用壽命，試驗中要留意方止。F一H管電源組用來供應F-H管各極所需的工作電壓其中包括燈絲電壓[下，直流IV、5V連續可調；第一柵極電壓IJGI，直流0、訓連續可調：其次柵極電壓UG2,直流0、15V連續可調。掃描電源和微電流放天器，供應0、90V的手動可調點流電壓或自動慢掃描輸出鋸齒波電壓，作為F一H管的加速電壓，供手動測量或函數記錄儀測量。微電流放人器用來檢測F一H管的板流，其測量范圍為10一一8A、10一一71、10．一6A三擋。微機\0記錄儀是基于微機的集數據采集分析和結果顯示為一體的儀器。供自動慢掃描劐量時，數據采集、圖像顯示及結果分析用，原理玻爾的原子理論指出：．原子只能處于一些不連續的能量狀態El、E2，處在這些狀態的原子是穩定的，稱為定態，原子的能量不管通過什么方式發生轉變，只能是使原子從一個定態躍遷到另一個定態；@原子從一個定態躍遷到另一個定態時，它將放射或汲取輻猁的頻率是肯定的。假如用和分別代表原子的兩個定態的能量，則放射或汲取輻的頻率由以下關系打算；hv=JEm—En這l)式扎h為普朗克常量。原子從低能級向高能級躍迂，也可以通過具有肯定能量的電子與原子相碰撞進展能量交換來實現。本試驗即讓電亍在真空中與汞蒸氣原子相碰撞。設汞原子的基態能量為El,第一激發態的能量為E2，從基態躍迂到弟一激發態所需的能量就是E2一Elo初速度為零的電子在電位差為U的加速電場作用下具有能量eU，若eU小于E2一El這份能量，則電子與汞原子只能發生彈性碰憧，二者之間幾乎沒有能生轉移。當子的能量eUE2+E1時，電子與汞原子就會發生非彈性碰撞，汞原子將從電子的能量中汲取相當于E2一El的那一份，使自己從基態躍遷到第一激發態，而多余的局部仍留給電子。設使電子具有E2一El能量所需加速電場的電位差為傭，則eu0—E2—E1（2〕式中．為汞原子的弟一激發電位（或中肯電位），是本試驗要測的物理量。試驗方法是，在充汞的管中，電子由熱陰極發出，陰極K和其次柵極G?之問的加速電壓UG2K使電子加速。第一柵極對電子加速起緩沖作用，避開加速電壓過高時將陰極損傷。在板極p和G2問加反向拒斥電壓№G2。當電子通過KG?空問，假如具有較大的能量(elJpG2)就能過反向拒斥電場而到達板極形成板流，被微電流計PA檢測出來。假如電子在KG2空問因與汞原子碰撞，局部能量了汞原亍，使其激發，本身所剌能量太小，以致通過柵極后缺乏以克制拒斥電場而折回，通過電流計PA的電流就將顯著減小。試驗時，使極電壓UG2K由零漸漸增加，觀測PA表的板流指示，就會得出如圖2所示I的UG2K關系曲線“它反映了汞原亍在KG2空「司與電子進展能量交換的狀況“當IJG2K漸漸增加時，電子在加速過程中能量也漸漸增大，但電壓在初升階段，大局都電子達不到激發汞原子的動能，與汞原子只是發生彈性碰撞，欞本上不損失能量，于是穿過柵極到達板極，形成的板．流蜘隨UG2K的增加而增大，如曲線的。段。當UG2K接近和到達汞原子的第一激發電位[JO時，老子在柵極匹周與汞原子相碰憧，使汞原子獲得能量后從基態躍遷到第一激發態。碰撞使電子損失了大局部動能，即使穿過柵極，也會因不克制反向拒斥電場而折回柵極。所以Ip顯著減小，如曲線的ab段。當UG2K超過汞原子第一激發電位，電子在到達柵極以前就可能與汞原子發生非彈性碰撞，然后連續獲得加速，到達柵極時積存起穿過拒斥電場的能過而到達板極，使電流上承曲線的bc段）。直到柵壓LJG2K接近二倍汞原子的第一激發電位（200)時，電子在KG2問又會因兩次與汞原子碰撞使自身能量降低到不能克制拒斥電場，使板流其次次下降（曲線的cd段）。同理，凡（3）處，Ip都會下跌，形成規章起伏變化的Ip?JG2K曲線。而相鄰兩次板流Ip下降所對應的柵極電壓之差，就是汞原子的第一激發電位U0。處于第一激發態的汞原子經受極短時間就會返回基態，這時應有相當于eco的能量以電磁波的形式輻射出來。由式0得eU0=h=hc/團式中“為真空扌的光速；為輻射光波的波長。利，甲光譜儀從F-H管可以分析出這條波長：2530（rtm)的紫外線。附．幾種常。見元素的第一激發電勢在0〕元素鈉№）鉀(K)埋(Li)鎂(Mg)汞(Mg)氦0同氖（№）U00212l,63l,844．921.2嚇．6試驗要求l)測繪F-H管蜘、UG2K線，確定汞原子的第一激發電位o）加熱爐加熱控。將溫度計棒插入爐頂小孔，溫度計棒上有一固定夾用來整此棒插入爐扌的深度，固定夾的位置已調好，度計棒插入小孔即可。溫度計棒尾端電纜線連接到傳感器專用插頭上，將此傳感器插頭插入控溫儀后面板專用插座上。接通控溫電源，調整控溫旋鈕，設定加熱溫度〔本試驗約]．80℃〕，讓加熱爐升溫30mn，待溫控繼電器跳變時（指示燈同時跳變）已到達預定的爐溫。（2〕測量F一日管的Ip、UG2K曲線。試驗儀的整體連接可參考圖3，將電源局部的UF調整電位器，掃描電源局部的手動調整電位器旋鈕旋至最小（逆時針方向）。掃描選擇置于手動擋。微電流放大器量程可置于10一7A或10一8A擋（對充汞管）。待爐溫到達預定溫度后，接通兩臺儀器電源。依據供應的F一11管參考工作電壓數據，分別調整好UF、UGI、LIG2，預熱3%mino@手開工作方式測量。緩慢調整手動調整電位器，增大加速電壓，并留意嘶看微電流放大器消失的峰谷電流信號。加速電壓到達50疒60￥時約有10個峰消失。在測量過程中，當加速電壓加到較大時，若發覺電流表突然大幅度量程過．載，應馬上將加速電壓肖刂減到零，然后檢查燈絲電壓是一否偏大，或適當減小燈絲電壓（每次減小〔凵v以).2V為宜）再進展一次、全過程測量。逐點測量0'IJG2K的變化關系，然后，取適當比例在米方格紙上作出偉、UG2K曲線。從曲線上確定出偉的各個峰值和谷值所對應的兩組UG2K值，把兩組數據分別用逐差法求出汞原子的第一激發電位的兩個值再取平均，并與標準值49￥比擬，求出百分差。若在全過程測量中，電流表指示偏小，可適當加大燈絲電壓（每次增大0口00．21/為宜）自動掃描方式測量。將手動調整電位器旋到零，函數記錄儀先不通電，調整自動上限電位器，設定鋸齒波加速電壓的上限值。可先將電位器逆時針方向旋到最小，此時輸出鋸齒波加速電壓的上限值約為50V，然后將掃描選擇開關拔到自動位置。當輸出鋸齒波加速電壓時，從電流表觀看到峰谷信號。鋸齒波掃描電壓到達上限值后，會重新回復零，開頭一次新的掃描。在數字電壓表、電流表上觀看到正常的自動掃描及信號后，可采納函數記錄儀記錄。記錄儀的x輸人量程可置于5V/cm檔，Y輸入量程可按電流信號大小來選擇，一般可先置于0IV/cm檔。開啟記錄儀，即可繪出完整的Ip變化鹽線。留意事項o）試驗裝置使用220V溝通一羊相電源，電進線中的地線要接觸良好，以防干擾和確保安全。《2）函數記錄儀的x輸入負端不能與、。輸入的負端連接，也不能與記錄儀的地線0連