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设备；3.学习微电流测量。弗兰克·赫兹管实验仪器(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)，电炉和温度控制器，数字万用表(DC 2V 挡)。实验原理1。弗兰克·赫兹实验采用四栅极式 F-H 管道充满汞或氩等原子气体，阴极 F热电子通电后发射，栅极 g1与 K 之间加一可调的正电压 UKg1.收集阴极发射电子，使大量热电子进入管道，提高电子利用率。在栅极 K 和 g2之间加一可调的正电压 UKg加速电子，增加电子动能，与气体碰撞， 到达栅极 g2。在栅极 g2和极板 p 加一反向偏压 Ug2p防止沿电场方向动能小于|eUg2p|电子到达极板 p。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 管后逐渐加速，与原子发生碰撞。若电子动能大于特定能量，则与原子发生非弹性碰撞，使用部分动能。
2.激发原子态。发出光子后，处于刺激状态的原子跳回基态。碰撞后电子动能降低， 并且被电场继续加速。 若电子动能小于此特定能量，则电子与原子发生非弹性碰撞， 不会失去动能， 继续在电场加速。最后到达栅极 g2.电子动能会随之而来 UKg2的变化而变化。当电子动能不足以克服时 Ug2p的阻滞时， 电子不会被极板使用 p 收集； 当电子能量能够克服时 Ug2p阻滞时，电子可以到达极板 p，使电流上升。相比于 UKg2， 从热阴极出射的电子可以认为初始速度近似为零。 当加速电压较低时，电子动能小于原子刺激能。因此，虽然在加速过程中不断与气体分子碰撞，但不能刺激原子。它们之间只有弹性碰撞，不会失去能量。因此当电子到达栅极 g2时，仍有足够的动能克服反向电压，到达极板，形成电流。随着加速电压的升高，一旦电子动能超过原子的刺激能，就会刺激原子，失去动能。若电子加速获得的动能正好达到原子的激发能， 因此，电子没有足够的能量来克服反向电压，因此无法形成电流。电流随加速电压的增加而周期性变化， 相邻两个电流的极大值对应于加速电压差，对应于原子的某种刺激能。由于实际原因，微电流放大器。
3.到达极板的电流很小，大约是 10-7A，若直接测量3此电流，则对电流计的灵敏度要求较高，且小量程电流计电阻较大，对原电路有影响。我们可以使用集成操作放大器来放大电流。 根据电子线路的知识，Uout=IRf，测量被放大的Uout可间接获得 I 的值。而且这种放大方法线性好。如果使用实验内容1， Hg 将炉温设置为管道 180；如果采用 Ar 不需要加热管道。2.连接电路。3.尽量减少各电源的输出；扫描电源选择手动。根据实验室提供的参考数据，设置微电流放大器量程，极性选择，用数字电压表测量 Uout。4.根据实验室提供的参考数据，分别设置 UF、UKg1、Ug2p，预热 35min。5.慢慢调节手动调节电位器，增加加速电压；观察微电流计指示器，观察峰谷信号。6.调整各参数，测量 Uout-UKg2曲线。7.绘制并测量峰值扫描电压值，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用实验验证实验对实验有什么影响。4数据记录数据记录1Hg 管1、参数UfUKg1Ug2p温度3.4V2.4V1.5V1802。
4.粗侧峰序号1234567峰位/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UfUKg1UPg22.3V2.0V7.5V二、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/V82.082.282.883.684.184.58.07Uout/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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