广州大学学生实验报告
院（系）名称 班 姓名 别 专业名称 学号 实验课程名称 实验项目名称 实验时间 实验地点 实验成绩 指导老师签名 内容包含：实验目的、实验使用仪器与材料、实验步骤、实验数据整理与归纳（数据、图表、计算等）、实验结果与分析、实验心得 【实验目的】 本实验通过汞原子第一激发电势的测量，了解弗兰克和赫兹研究原子内部能量量子化的基本思想和方法；了解电子与原子碰撞和能量交换过程的微观图像，以及影响这个过程的主要物理因素：了解弗兰克--赫兹实验的原理和方法；学习测定氩原子的第一激发电位的方法；证明原子能级的存在，加强对能级概念的理解。 【实验使用仪器与材料】 F一H管、加热炉、温控装置、RH管电源组、扫描电源和微电流放大器 【实验步骤】 1．预热与控温 使加热炉温度稳定在适当值（此值可由实验室给出），以保证在此温度下有利于电子激发汞原子到“3Pl态，并将激发到高能态和电离的概率限制到最小（在炉温达到设定值以前，先不要通电测量）。 2．观测IP一VG2K曲线 (l）按图1.1.6接线，先将灯丝电压VF、栅极G1：电压VG1K、反向拒斥电压VPG2调到推荐值（由实验室给出），将开关放在“手动”或“自动”位置，分别用电压表、电流表或记录仪、示波器测绘IP一VG2K曲线．这里VG1K的作用一是控制管内电子流的大小，二是抵消阴极K附近电子云形成的负电势的影响。VG2K是加速电压。 注意：如发现电流计上读数迅速增加并超出量程，表明F一H管发生击穿，应立即调
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低VG2K！待降低灯丝电压（每次减小0.1-0.2V）或加升高加热炉温度后再试。 (2）在温度不变情况下，观察并记录IP一VG2K曲线随灯丝电压变化情况，可先后取三种不同灯丝电压。 (3）将加热炉温度降低，依次保持几个不同温度，分别记录汞在这几个不同温度下的 IP-VG2K曲线。 3.计算汞的第一激发电势值，并估计其不确定度范围。 实验原理： 1.波尔的原子理论：（1）原子的量子化定态；（2）辐射的频率法则hv=Em-En 2.电子与原子碰撞传递能量： （1）电子速度低时，发生弹性碰撞，原子内部能量不变；（2）电子速度大时，eV=E0-E1，发生弹性碰撞，电子能量全部转变为原子内部能量；（3）电子速度再被加大，eV>E2-E1，但原子吸收?E= E2-E1；（4）当eV=2(E2-E1)在第二次碰撞中被吸收 【实验数据整理与归纳（数据、图表、计算等）】 U(V) 0 1 1.1 1.4 1.5 1.7 1.8 1.85 1.9 2.15 2.1 2.15 2.2 2.3
I(μA) 0 0.13 0.34 0.89 1.04 1.18 1.23 1.19 1.13 0.95 0.93 0.88 0.93 1.06 2
3.6 3.7 3.8 3.9 4 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 4.8 4.9 5 1.83 2.15 2.32 2.3 2.07 1.71 1.25 0.81 0.61 0.88 1.47 2.11 2.62 2.86 2.87 2.5 2.6 2.7 2.8 2.85 2.9 3 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 1.48 1.67 1.79 1.8 1.75 1.67 1.43 1.13 0.84 0.75 0.99 1.37 5.1 5.2 5.3 5.5 5.56 5.6 5.7 5.8 5.9 6 6.1 6.2 2.65 2.22 1.69 0.72 0.67 0.78 1.32 2.11 2.77 3.27 3.4 3.31 根据实验数据利用excel作图工具，以电压U(V)为横坐标，电流I(μA)为纵坐标，作图如下： 【实验结果与分析】 证实了原子内部能量是量子化的，从而确证了原子能级的存在。 3