大学物理-夫兰克-赫兹 实验 实验报告

大连理工大学

大 学 物 理 实 验 报 告

院（系） 材料学院 专业 班级 姓 名 学号 实验台号 实验时间 年 月 日，第 周，星期 第 节

教师签字 成 绩

实验名称 夫兰克-赫兹 实验

教师评语

实验目的与要求：

1、测量氩原子的第一激发电位；

2、证实原子能级的存在，加深对原子结构的了解； 3、了解在微观世界中，电子与原子的碰撞几率。

主要仪器设备：

DH4507智能型弗兰克-赫兹实验仪，BY4320G示波器

实验原理和内容：

夫兰克一赫兹实验原理(如图1所示)，阴极K，板极A，G1 、G2分别为第一、第二栅极。

K-G1-G2加正向电压，为电子提供能量。UG1K的作用主要是消除空间电荷对阴极电子发射的影响，提高发射效率。G2-A加反

氩原子 电子 I A 微电流仪 UGA 2G2 UGK 2向电压，形成拒斥电场。

G1 电子从K发出，在K-G2区间获得能量，在G2-A区间损失能量。如果电子进入G2-A区域时动能大于或等于eUG2A，就能到达板极形成板极电流I.

电子在不同区间的情况：

1. K-G1区间 电子迅速被电场加速而获得能量。

灯丝电压

UGK 1K 图1弗兰克-赫兹实验原理图

2. G1-G2区间 电子继续从电场获得能量并不断与氩原子碰撞。当其能量小于氩原子第一激发态与

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基态的能级差?E＝E2?E1 时，氩原子基本不吸收电子的能量，碰撞属于弹性碰撞。当电子的能量达到

?E，则可能在碰撞中被氩原子吸收这部分能量，这时的碰撞属于非弹性碰撞。?E称为临界能量。

3. G2-A区间 电子受阻，被拒斥电场吸收能量。若电子进入此区间时的能量小于eU GA则不能达到板

2

极。

由此可见，若eUG2K

若eUG2K＝?E则电子在达到G2处刚够临界能量，不过它立即开始消耗能量了。继续增大UG2K，电子能量被吸收的概率逐渐增加，板极电流逐渐下降（如图2中ab段）。

继续增大UG2K，电子碰撞后的剩余能量也增加，到达板极的电子又会逐渐增多（如图2中bc段）。

若eUG2K>n?E则电子在进入G2-A区域之前可能n次被氩原子碰撞而损失能量。板极电流I随加速电压UG2K变化曲线就形成n个峰值，如图2所示。相邻峰值之间的电压差?U称为氩原子的第一激发电位。氩原子第一激发态与基态间的能级差为?E= e?U。

步骤与操作方法：

1． 将面板上的四对插座 （灯丝电压，UG2K：第二栅压，UG1K：第一栅压，UG2A：拒斥电压） 按面

板上的接线图与电子管测试架上的相应插座用专用连接线连好。微电流检测器已在内部连好。将仪器的“信号输出”与示波器的“CH1输入（X）”相连；仪器的“同步输出”与示波器的“外接输入”相连。

2． 打开仪器电源和示波器电源。

3． “自动/手动”挡开机时位于“手动”位置，此时“手动 ”灯点亮。

4． 仪器上电流档共有10?9A、10?A、10?A和10?A。四档开机时位于“10?9A”， 且之后实验中保

持档位不变。

5． 按电子管测试架铭牌上给出的灯丝电压值、第一栅压UG1K 、拒斥电压UGA、电流量程I预置相应

2I (nA)

a bc

O U1 U2 U3 U4 U5 U6 U7

UG2K(V)图2弗兰克-赫兹实验UG2K～I曲线

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值。更改电压时， 按下相应电压键，指示灯点亮，按下“∧”键或“∨”键，更改预置值，若按下“<” 键或“>” 键,可更改预置值的位数，向前或向后移动一位。

6． 同时按下“set” 键和“>” 键，则灯丝电压，第一栅压，第二栅压和拒斥电压等四组电压按预置

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值加载到电子管上，此时“加载 ”指示灯亮。（表明四组电压均完成加载） 7． 仪器预热10分钟

8． 按下“自动/手动”键，此时“自动 ”灯点亮。此时仪器进入自动测量状态。在自动测量状态下，第

二栅压从0开始变到85V结束，期间要注意观察示波器曲线峰值位置，并记录相应的第二栅压值。 9． 将仪器切换到手动挡， 再次预热5分钟。

10．改变第二栅压从0开始变到85V结束，要求每改变1V记录相应I 和UG2K（在示波器所观察的曲

线峰值位置附近每0.2V记录相应IA 和UG2K值，不少于10个点。）

11．实验完毕后，同时按下“set ”键 +“< ”键，“加载 ”指示灯熄灭，使四组电压卸载。关闭仪器电源

和示波器电源。

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数据记录与处理：

自动测量峰值电压数据： n UG2K(V)

手动测量的峰值电流I和峰值电压UG2K数据：

UG2K(V) I(10-9A) UG2K(V) I(10-9A) UG2K(V) I(10-9A) UG2K(V) I(10-9A) UG2K(V) I(10-9A) UG2K(V) I(10-9A) UG2K(V) I(10-9A) UG2K(V) I(10-9A) UG2K(V) I(10-9A) UG2K(V) I(10-9A) UG2K(V) 0.0 0.0 1.0 0.0 2.0 0.0 3.0 0.0 4.0 0.0 5.0 0.0 6.0 0.0 7.0 0.0 8.0 9.0 10.0 11.0 11.8 12.0 12.2 0.0 10.0 25.3 31.7 25.3 35.9 35.3 1 13.8 2 26.6 3 39.2 4 52.2 5 65.8 6 80.2 12.4 12.6 12.8 13.0 13.2 13.4 13.6 13.8 14.0 14.2 14.4 14.6 14.8 15.0 16.0 35.6 35.6 35.7 35.4 35.1 35.7 35.6 36.4 35.7 35.9 36.1 35.1 35.5 34.3 34.2 17.0 18.0 19.0 20.0 21.0 22.0 23.0 24.0 24.6 24.8 25.0 25.2 25.4 25.6 25.8 30.0 19.9 6.0 0.0 0.0 9.6 24.6 39.4 47.8 49.4 49.8 49.8 50.1 49.2 49.5 26.0 26.2 26.4 26.6 26.8 27.0 27.2 27.4 27.6 28.0 29.0 30.0 31.0 32.0 33.0 48.7 49.1 48.5 48.6 47.6 46.3 45.7 45.1 43.3 41.0 39.0 27.0 8.4 0.0 2.0 34.0 35.0 36.0 37.0 37.2 37.4 37.6 37.8 38.0 38.2 38.4 38.6 38.8 39.0 39.2 13.6 29.6 44.4 53.0 59.0 59.7 60.8 60.2 60.7 59.6 59.3 60.5 60.4 58.6 58.6 39.4 39.6 39.8 40.0 40.2 41.0 42.0 43.0 44.0 45.0 46.0 47.0 48.0 49.0 50.0 57.3 57.8 55.0 53.4 51.9 51.4 41.8 27.4 11.7 12.5 19.6 31.1 43.5 55.8 63.3 50.2 50.4 50.6 50.8 51.0 51.2 51.4 51.6 51.8 52.0 52.2 52.4 52.6 52.8 53.0 68.7 70.5 70.0 70.5 70.8 69.6 70.1 70.2 70.1 68.9 66.9 67.0 66.1 65.3 60.4 53.2 54.0 55.0 56.0 57.0 58.0 59.0 60.0 61.0 62.0 63.0 63.8 64.0 64.2 64.4 60.3 54.8 50.0 41.2 35.1 34.0 39.0 47.3 57.1 66.6 72.9 80.9 83.0 82.2 83.9 64.6 64.8 65.0 65.2 65.4 65.6 65.8 66.0 66.2 66.4 66.6 66.8 67.0 68.0 69.0 82.7 83.1 83.4 82.3 82.7 82.2 81.4 81.2 78.6 78.5 76.3 76.3 73.7 71.7 67.7 70.0 71.0 72.0 73.0 74.0 75.0 76.0 77.0 78.0 78.2 78.4 78.6 78.8 79.0 79.2 63.6 62.4 63.0 67.5 74.6 80.5 87.7 93.7 99.5 101.6 104.6 103.0 105.2 104.4 103.3 79.4 79.6 79.8 80.0 80.2 80.4 80.6 80.8 81.0 81.2 82.0 83.0 84.0 85.0 I(10-9A) 103.9 103.9 103.9 104.3 100.6 103.1 101.5 103.0 102.3 100.8 100.9 97.9 99.5 98.1

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