大学物理实验报告答案（周岚）3

实验四十二 夫兰克-赫兹实验

【预习题】

1．夫兰克-赫兹管的IA~UG2K曲线为什么是起伏上升的？

答：当G2K空间电压逐渐增加时，电子在G2K空间被加速而取得越来越大的能量。但起始阶段，由于电压较低，电子的能量较少，即使在运动过程中它与原子相碰撞也只有微小的能量交换（为弹性碰撞）。穿过第二栅极的电子所形成的板流IA将随第二栅极电压UG2K的增加而增大（如oa段）。当G2K间的电压达到氩原子的第一激发电位U0时，电子在第二栅极附近与氩原子相碰撞，将自己从加速电场中获得的全部能量交给后者，并且使后者从基态激发到第一激发态。而电子本身由于把全部能量给了氩原子，即使穿过了第二栅极也不能克服反向拒斥电场而被折回第二栅极（被筛选掉）。所以板极电流将显著减小．随着第二栅极电压的增加，电子的能量也随之增加，在与氩原子相碰撞后还留下足够的能量，可以克服反向拒斥电场而达到板极A，这时电流又开始上升（bc段）。直到G2K间电压是二倍氩原子的第一激发电位时，电子在G2K间又会因二次碰撞而失去能量，因而又会造成第二次板极电流的下降（cd段），同理，凡在 UG2K?nU0（ n＝1，2，3 ……）

处板极电流IA都会相应下跌，形成规则起伏变化的IA~UG2K 曲线。

【思考题】

1．考察IA~UG2K周期变化与能级关系，如果出现差异，估计是什么原因？

答：凡在UG2K?nU0（ n＝1，2，3 ……）的地方板极电流IA都会相应下跌，形成规则起伏变化的IA~UGK2 曲线。U0是氩原子的第一激发电位。实验中，若电流太小，可能是灯丝电压值太小；若灯丝电压过高，则UG2K较大时，可能会出现峰被削平的现象。UG2K较小时，周期性的起伏不太明显，这是因为穿越第二栅极的电子本身就不多，故电流较小，因而不易分辨。