夫兰克-赫兹实验仪
来源: 实验中心&&
作者: 樊代和&&
点击: 2218&&
实验目的：
1.测量氩原子的第一激发电位。
2.证实院子能级的存在，加深对原子结构的了解。
3.了解在微观世界中，电子与原子的碰撞存在几率性。
4.分析温度、灯丝电流等因素对弗兰克-赫兹实验曲线的影响。
实验意义：
&&& 弗兰克和赫兹用慢电子与稀薄气体原子碰撞的方法，是原子从低能级激发到较高能级，通过测量电子和原子碰撞时交换某一定值的能量，直接证明了原子内部量子化能级的存在。同时也证明了原子发生跃迁时吸收和发射的能量是完全确定的、不连续的，给波尔的理论提供了直接的而且是独立于光谱研究方法的实验证据。通过此次实验理解弗兰克-赫兹实验的精神，更深刻地理解其理论依据。
实验内容：
1.自动挡操作。用自动挡快速功能和示波器同步显示的波形图测试出弗兰克&赫兹管的理想工作状态。
2.手动挡操作。研究各工作源电压值。
（1）将各工作源电压值设置为由自动挡测试出的较理想工作状态的各工作源电压值。
（2）分别调整较理想工作状态时的个工作源电压值。
3.)数据处理。课后用计算机作图工具做出较理想工作状态时和改变各工作源电压值后曲线对比图。
版权所有 & 2011
西南交通大学国家级物理实验示范中心
实验室地址：西南交通大学犀浦校区6号楼2楼
联系电话：+86-028- E-Mail：
邮政编码：610031
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夫兰克―赫兹实验
夫​兰​克​―​赫​兹​实​验
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弗兰克-赫兹实验中，不同时间测出的I A-UG2K有无区别，为什么？
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在丹麦物理学家玻尔（N.Bohr）开创性地发表原子定态跃迁的量子理论后的第二年(1914年)，德国物理学家弗兰克（J.Frank）和赫兹（G.L.Hertz）在研究低能电子和原子的相互作用时发现，当电子和原子发生非弹性碰撞时，电子会把特定大小的能量转移给原子并使之受激，由此证明了原子内部量子化能级的存在。同一年，在使用石英制作的F-H管中，拍摄到了对应汞原子激发所需的最低能量的光谱线，由此验证了玻尔理论中的频率法则。1920年，弗兰克及其合作者又在改进的装置中测得了原子的亚稳能级和较高的激发能级，进一步证实了原子具有离散能级的概念。显然，他们的实验为玻尔理论提供了独立于光谱研究方法的直接而有力的实验依据，为此他俩荣获1925年度的诺贝尔物理学奖，至今他们的实验方法仍是探索原子结构的重要手段之一。
【实验目的】
1．测定汞原子的电离电势。
2．测定汞原子的第一激发电势，证明原子能级的存在。
3．通过本实验，了解实验中的宏观量是如何与电子和原子碰撞的微观过程相联系，并进而用于研究原子的内部结构（通过本实验了解弗兰克-赫兹实验的物理思想和方法）。
【实验原理】
根据玻尔提出的量子理论，原子处于一系列不连续的能量状态，这些状态称为定态，具有确定的能量值。原子从一个定态向另一个定态的跃迁常伴随着电磁波（光）的吸收或辐射，光的频率取决于发生跃迁的二个定态En、Em之间的能量差，由能量守恒定律可得如下频率法则
式中h为普朗克常量。
在正常情况下，绝大部分原子处于基态（最低能态），当原子吸收电磁波或受到其它具有足够能量的粒子的碰撞时，可由基态跃迁到能量较高的一系列激发态。从基态跃迁到第一激发态的所需的能量称为临界能量，为最低能量；从基态到电离所需的能量称为电离能量，为最高能量。弗兰克及赫兹就是利用了低能电子和原子碰撞时交换能量的规律来研究原子的能级结构的。
1．关于激发电势
本实验用电场加速电子，并使之与稀薄气体的汞原子发生碰撞。初速度为零的电子在电势为U的加速电场作用下将获得能量eU，当此能量小于汞原子激发的临界能量时，电子与汞原子的碰撞为弹性碰撞。由于电子的质量远小于汞原子的质量，故碰撞后，电子的能量几乎没有损失。如果碰撞时电子的能量大小汞原子激发所需的临界能量，汞原子就会有一定的概率从电子那里获得能量，并从基态E1跃迁到第一激发态E2，也即电子和汞原子发生了非弹性碰撞，电子损失特定大小的能量E2-E1 = eU0，汞原子获得此能量并跃迁到高一级能态，这个电势差U0称为汞原子的第一激发电势，测出U0就可以求出汞原子的基态和第一激发态之间的能量差。
实验中电子和原子的碰撞是在密封的玻璃管子内进行的，管子密封前抽真空后充汞（或其它物质），管中装有阴极、栅极和板极（阳板），这种实验用的真空三极管称为弗兰克-赫兹管（F-H管）。现在四极的F-H管也很普遍，常用以测量汞（或其它）原子的一系列较高的激发能级，于此我们仅说明三极的F-H管的工作原理。
弗兰克-赫兹实验原理图
IA~UGK 曲线弗兰克-赫兹实验的工作原理如图5.11-1所示，F-H管放在温控加热炉中，温控器可使实验温度在80~220℃取值，在实验温度下，管中的部分汞由液态转化气态，电子由热阴极发出，并由阴极K和栅极G之间的可调电压UGK加速而获得能量。在测量汞原子的第一激发电势时，开关接通a端（相当于微电流测量放大器面板上的“工作状态”开关拨向“R”档），实验温度应大于130℃，电子向栅极过程中将不断与气体原子发生碰撞。实验装置的巧妙之处在于收集电子的板极A与栅极G之间设置了一个2V左右的反向电压，称为拒斥电压UGA，此电压对在K-G空间内与汞原子发生碰撞的电子进行筛选，经过碰撞通过栅极进入GA之间的电子，其剩余动能必须大于eUGA才能克服电场的阻力到达板极A而形成电流，这样板极电流（板流）IA的大小就同电子在与气体原子碰撞过程中的能量损失联系起来了。
实验时，逐渐增加栅极和阴极之间的栅极（加速）电压UGK，测量板流IA随UGK的变化，可得如图5.11-2所示的IA~UGK曲线。该曲线的明显特征是随UGK的增加，板流IA总体上是逐渐增加的，但清楚地显示出一系列极大值和极小值，并且各极大值或极小值之间的间隔均在4.9V左右。
下面我们对上述曲线形状以及影响曲线各因素进行说明。
加速电压UGk从零刚开始升高直到接近于汞原子的第一激发电势U0时，由于电子与汞原子的碰撞为弹性碰撞，电子几乎不损失能量，板流IA随UGK的升高而升高。当UGK的等于或稍大于U0时，开始有部分电子在栅极附近与汞原子发生非弹性碰撞，并把几乎全部的能量交给汞原子使之激发，这些损失了能量的电子不能克服拒斥电压阻挡而折回到栅板，从而使板流IA开始变小。继续增加UGK，更多的电子与汞原子发生了非弹性碰撞并损失eU0的能量，由于拒斥电压的阴挡，这些损失了能量的电子都不能到达板极形成电流，故板流IA继续变小。直到UGK≥U0+UGA时，才开始有部分通过非弹性碰撞的电子有稍大于eUGA的剩余动能，并能克服拒斥电压阻档到达板极，也即此时板流IA开始上升。
当UGK≥2U0时，部分电子有可能在K-G空间中历经二次非弹性碰撞（此时第一次非弹性碰撞显然不在栅极附近）而耗尽能量，板流IA出现第二次下降；当UGK≥2U0+UGA时，损失了2eU0能量的电子开始有部分因具有足够的能量到达板极，从而板流IA又开始上升。类似地，就得到了多峰（谷）的IA~UGK曲线，如图5.11-2所示。峰值处的电压UGK近似地等于nU0，谷值处的电压UGK近似地等于nU0+UGA，峰（谷）间的距离刚好均为U0。如此周期性变化曲线的出现，表明原子和电子发生非弹性碰撞时，原子吸收的能量是一定的，也即原子内部存在着量子化的能级。从上述分析，我们也可以理解拒斥电压UGA对IA~UGK曲线有很大的影响：UGA偏小时，起不到对经历非弹性碰撞的热电子的筛选作用，导致极小值太大，峰谷差值也将变小；UGA偏大时，大部分电子将会被筛选掉，导致极大值太小，峰谷现象不明显。实验表明，UGA取适中值2V左右为好。
需要指出的是：各电子的能量在任何时刻都不是完全相等的，而是按一定的统计规律分布的，电子和原子的碰撞也是个偶然的微观事件，由于原子在与足够能量的电子发生碰撞时被激发到某一能态上的概率既与此激发态的能级大小有关，也与碰撞电子的能量大小有关。例如，当电子的能量稍大于eU0时，汞原子被激发到第一激发态的概率很大，而激发到其它能级上的概率为零；当电子的能量明显大于eU0，汞原子被激发到第一激发态的概率明显变小，而激发到其它允许能态的概率明显增大；当电子的能量大于汞原子的电离能量时，碰撞的结果主要是使汞原子电离，当然，其它许多允许的事件，仍有不等的一定的概率发生。
我们还必须注意到，电子在从阴极运动到栅极的过程中，由于与汞原子频繁的碰撞，使得其沿KG方向迂回曲折地前进。容易理解，电子的加速过程（获得能量的过程）是以其自由程为间隔分段进行的，而电子的平均自由程与汞原子数密度有关。当温度升高时，饱和汞蒸气原子数密度明显增加，电子的平均自由程很小，碰撞频率很大。需要记住的是，即使是弹性碰撞，电子与汞原子碰撞时仍约有10-5的原有能量的损失，不要小视这个数，因为电子的平均自由程也很小（10-7~10-5m），电子只有在一个自由程内从电场中获得的能量大于它经历一次弹性碰撞所损失的能量，才有可能积累到足够的能量。因此要使汞原子被激发，饱和气体的温度不能太高，电场不能太小。当温度适宜时（一般在140~220℃），电子积累的能量可以大于eU0的能量。但此时，由于自由程较小以及与汞原子频繁的（非）弹性碰撞，电子很难有机会达到远大于eU0的能量。当温度低至70~90℃时，由于电子平均自由程的明显增加，部分电子可能会积聚更大的能量去激发汞原子到更高能级，甚至使其电离。由此可见，实验中使F-H管维持在一定的温度是非常重要的。
需要特别指的是：由于阴极发射的热电子的初动能大于零，阴极与栅极由于材料不同而存在的接触电势差，使整个IA~UGK曲线发生了偏移，各个峰（谷）不在原定之处，但任两个相邻峰（谷）之间的间距依旧为U0。
实际上，由于汞原子亚稳态能级的存在，以及原子的顺次（逐级）激发（即处于激发态的原子在退激之前与电子再次发生非弹性碰撞并被激发到更高能级）、光电效应、光致激发和光致电离的存在，使得整个过程变得很复杂，同时也使相当一部分的汞原子被激发到更高的能级甚至被电离。在能量交换频繁的若干区域中将见到一个个淡蓝色光环，它明显地反映出了汞的光谱特性。这是那些被激发到高能级上的汞原子返回低能态时所辐射的可见光。当然，实验室用的F-H管大多是玻璃的，它对紫外线是不透明的，所以无法摄到对应临界能量的紫外光，其波长 nm。但弗兰克-赫兹用能透过紫外光的石英制作的F-H管进行实验时发现，当加速电压UGK小于4.9V时无任何辐射现象，当UGK稍大于4.9V时，汞辐射了，而且辐射的谱线正是波长为2.5×102nm的紫外光。
最后我们指出，灯丝电压对曲线影响也较大：灯丝电压过大，导致阴极温度偏高，阴极发射的电子数过多，这将会使微电流放大器饱和，引起IA~UGK曲线阻塞，同时也使F-H管更易全面击穿；灯丝电压过小，参加碰撞的电子数太少，造成曲线峰谷很弱。实验中一般取灯丝电压为6.3V左右。
2．关于电离电势
当电子的能量达到或超过汞原子的电离能WZ = eUZ（UZ称为原子的电离电势）时，与汞原子碰撞的结果将使汞原子电离，利用F-H管测量汞原子电离电势的方法有两种，我们仅介绍离子流探测法。
离子电流IA~UGK曲线离子流探测法的工作原理如图5.11-1所示，此时开关K拨向b端（相当于微电流测量放大器面板上“工作状态”开关拔向“I”档），扳极A相对阴极K处于负电势。从阴极出来的电子加速运动至栅极后受到更大数值的减速电压的阻挡而到不了板极A，只有带正电的粒子才有可能到板极A而形成离子电流IA。此时炉温需降至80~90℃，汞原子数密度很小，电子的平均自由程很大，从阴极出来的部分经历碰撞最少的电子在加速电压UGK的作用下将获得能量eUGK，当此能量达到或超过汞原子的电离能WZ时，将使汞原子发生电离，板极收集到离子流。由于电离是雪崩式的，无控制时离子流随UGK的增加而迅速增大，实验结果大致如图5.11-3所示，曲线的拐点处即为电离电势，汞的电离电势约在10.4V左右。
【实验仪器】
FH-1A型弗兰克-赫兹实验仪一套：包括加热炉、弗兰克-赫兹管及微电流测量放大器等。
【实验内容】
1．预热和调整
（1）将装有充汞F-H管的温控加热炉接通电源，选择一定的炉温（由实验室定），调好温控旋钮，预热15~30分钟，以得到合适的汞蒸汽密度。
（2）同时接通微电流测量放大器电源，进行预热。将仪器的“栅压选择”开关拨向“M”（锯齿波自动扫描电压），此时电压表指针会缓慢上升到某值时突然变小并重新再缓慢上升。然后将“栅极电压Ug”旋钮逆时针旋至最小，把“栅压选择”开关拨向“DC”，待预热20分钟后，将“工作状态”拨向“R（激发）”，对电流表进行“零点”和“满度”校准。调零与满度之间略有牵连，故需反复调节。
（3）用万用表调节UGA，使其为直流2.2V左右，记下UGA。
（4）把“栅极电压Ug”旋钮至最小，“栅压选择”和“工作状态”拨向“0”，用随机所附专用连接线通测量放大器加热炉面板上各对应电极（注意！绝不能让G、K、H接反或短路），并用万用表检查K、H的灯丝电压是否为交流6.3V.
2．测量汞原子的电离电势UZ
待加热炉稳定在所需温度（约８０℃），微电流测量放大器工作稳定，弗兰克－赫兹管充分预热后，即可先进行电离电势的逐点测量。
（１）先进行粗略观察。“工作状态”拨向“Ｉ（电离）”，“倍率”档为×10-5，旋动“栅压调节”旋钮，缓慢增大UGK的数值，全面观察一次IA的变化情况。当电流IA变化明显（注意“倍率”档的更换）且从加热炉玻璃窗口看到炉内Ｆ-H管的K-G空间开始出现淡淡的蓝色辉光时，表示管内汞原子已经电离，此时，不可再增大UGK以免过度电离（过度电离时F-H管的发出强烈的蓝光）导致管子严重受损，应立即将其调小至零。
（2）再从零起仔细调节UGK，测量并记录一系列UGK对应的IA值。当电流明显变化时，测量结束，将“栅极电压Ug”调至最小。注意在电流开始变化处多测几个点，以便能比较精确地找出曲线的折拐点。
3．测量汞原子的第一激发电势U0
测定电离电势后，将“工作状态”开关拨向“R（激发）”，再调节加热炉的温控开关，使炉温升至180℃，待其稳定后，即可进行激发电势测量。
（1）先进行全面观察。暂将“倍率”拨到×10-6或×10-5档，缓慢增加UGK的值，全面观察一次IA的变化情况。注意要及时更换倍率以适应电流变化。
（2）测量IA～UGK曲线。使UGK从零起缓慢增加，记录下电流IA及对应UGK（即Ug）的电压值，特别地，应认真找到并读出IA的峰谷值及对应的各个UGK值，为便于作图，在各峰谷值附近应多测几个点，记下各测试条件。
（3）分别改变炉温（如140℃、220℃）或（稍许）改变拒斥电压的大小，再测几条IA～UGK曲线的影响。
4．用示波器观察IA～UGK图形（本实验内容可根据实验室情况选作）
（1）将示波器的Y轴接到微电流测量放大器后盖输出端，Y轴增益用“×1”档，扫描速度要慢些。
（2）炉温要升到200℃以上，以免F-H管严重击穿。
（3）放大倍率用×10-4或10-3档，即电表的灵敏度不需太高。
（4）将“栅压选择”拨向“M”，即可在示波器屏上看到IA~UGK图线，记录波形与逐点测量的图线比绞（扫描时间要尽可能短）。
5．用X～Y函数记录仪描绘IA～UGK曲线（本实验内容可根据实验室情况选作）
（1）将连示波器的开关倒向接记录仪的输入端，记录仪的X轴接到微电流放大器的GK端，记录仪的Y轴量程取5mV/cm，X轴量程取5V/cm。
（2）函数记录仪预热后，用锯齿波电压扫描（扫描时间要尽可能短，以免F-H管被严重击穿），即可在记录纸上绘出完整的IA～UGK曲线。
【数据处理】
1．求出汞原子的电离电势UZ
根据测量结果作出离子电流IA随加速电压UGK变化的曲线，并由曲线的折拐点求出汞原子的电离电势。
2．求出汞原子的第一激发电势U0
根据测量结果绘制电子电流IA随栅极电压UGK变化的曲线图,由曲线的峰、谷值并根据逐差法分别求出相邻峰、谷间电压的平均值，两者再平均求出汞原子的第一激发电势U0的测量结果。
【注意事项】
1．在测量过程中，当IA迅速增大时或F-H管出现强烈蓝光时，要立即减小UGK至零。
2．加热炉外壳温度较高，注意避免灼伤。
3．由于炉内温度场不均匀，温度计的水银泡必须与F-H管的栅阴极中段相齐。
4．炉温过低时，不可加灯丝电压和栅极电压。
5．若想测出IA～UGK曲线的第一个峰谷值，炉温宜低（约140℃），但要注意此时F-H管易于全面击穿。
6、实验完毕，须将“栅压选择”和“工作状态”开关置“0”，“栅压调节”旋至最小，暂不拆除K、H、G连接线，不要切断微电流放大器的电源。应先切断加热炉电源，并小心旋松加热炉面板，使其快速冷却，待温度降至120℃以下后，才能切断放大器及各种连线，以延长管子寿命。
【预习思考题】
1、设汞原子的第一激发电势为4.9V，则能量分别为4.0eV和5.2eV的电子与汞原子发生碰撞时各损失多少能量？
2、拒斥电压是如何影响IA～UGK曲线的？
3、汞的电离电势宜在90℃±10℃附近测量，为什么？
4、当温度较高时，IA～UGK曲线的第一个峰谷不易出现，为什么？
5、弗兰克-赫兹管的阴极与栅极之间的接触电势差对IA～UGK曲线及电离电势的测定有何影响？怎样由实验结果估计其大小？
【分析讨论题】
1、在测量汞原子的第一激发电势时，观察淡蓝色光环的特征以及与UGK的关系并说明为什么？
2、IA～UGK曲线的谷值一般均不为零，且随加速电压UGK的增加而增大，这是由于各种原因使原子电离形成本底电流的缘故。试根据实验结果说明本底电流与UGK的关系以及对峰谷值测量的影响？如何消除这种影响？
3、由汞原子的电离电势和第一激发电势，求出汞原子基态和第一激发态的能量值。
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（b）图7.46.1 （a） 弗兰克-赫兹实验系统原理图
（b）弗兰克-赫兹实验装置图本实验仪是用于重现1914年夫兰克和赫兹进行的低能电子轰击原子的实验设备。本实验仪为一体式实验仪，有供给夫兰克―赫兹管用的各组电源电压，测量微电流用的放大器。实验仪能够获得稳定的实验曲线。本实验仪除实测数据外还可和示波器，X-Y记录仪及微机连用。[实验原理]根据玻尔理论，原子只能处在某一些状态，每一状态对应一定的能量，其数值彼此是分立的，原子在能级间进行跃迁时吸收或发射确定频率的光子，当原子与一定能量的电子发生碰撞，可以使原子从低能级跃迁到高能级（激发）。如果是基态和第一激发态之间的跃迁则有：eV1?12mev2?E1?E0电子在电场中获得的动能在和原子碰撞时交给原子，原子从基态跃迁到第一激发态，V1称为原子第一激发电势（位）。进行F-H实验通常使用的碰撞管是充汞的，充汞管需要配加热炉用于改变汞的蒸气压。除用充汞的外，还常用充惰性气体的，如充氖，氩等的碰撞管。而这些碰撞管，温度对于气压影响不大，并且只需在常温 249下就可以进行实验。对于四级式充氩F-H碰撞管，实验线路连接如图7.46.2所示。 图7.46.2
F-H管实验线路连接图其中VP为灯丝加热电压，VG1为正向小电压，VG2为加速电压,VP为减速电压。F-H管中的电位分布如图7.46.3所示。 图7.46.3
F-H管电位分布图电子由阴极发出，经电场VG2加速趋向阳极，只要电子能量达到能克服VP减速电场就能穿过栅极G2到达板极P形成电流IP，由于管中充有气体原子，电子前进的途中要与原子发生碰撞。如果电子能量小于第一激发能eV1，它们之间的碰撞是弹性的，根据弹性碰撞前后系统动量和动能守恒原理不难推得电子损失的能量极小，电子能如期的到达阳极。如果电子能量达到或超过eV1，电子与原子将发生非弹性碰撞，电子把能量eV1传给气体原子，要是非弹性碰撞发生在G2附近，损失了能量的电子将无法克服减速场VP到达极板。这样，从阴极发出的电子随着VG2从零开始增加，极板上将有电流出现并增加，如果加速到G2栅极的电子获得等于或大于eV1的能量，将出现非弹性碰撞而出现IP的第一次下降，随着VG2的增加，电子与原子发生非弹性碰撞的区域向阴极移动，经碰撞损失能量的电子在趋向阳极的途中又得到加速，又开始有足够的能量克服VP减速电压而到达阳极P，IP随着VG2增机又开始增加，而如果VG2的增加使那些经历过非弹性碰撞的电子能量又达到eV1则电子又将与原子发生非弹性碰撞造成IP的又一次下降。在VG2较高的情况下，电子在趋向阳极的路途中会与电子发生多次非弹性碰撞。每当VG2造成的最后一次非弹性碰撞区落在G2栅极附近就会使IP~VG2曲线出现下降，IP随VG2变大出现如此反复下跌将出现如附录中测量所示的曲线。曲线的极大和极小出现明显的规律性，它是能级量子化能量反复被吸收的结果，也是原子能级量子化的充分体现。就其规律来说，每相邻极大或极小值之间的电位差为第一激发电势（电位）。 [实验内容与步骤]1.氩原子的第一激发电势的测量实验测定夫兰克-赫兹实验管的IP~VG2曲线，观察原子能量量子化情况，并由此求出氩气管中原子的第一激发电势。(1)示波器演示法①连好主机的后面板电源线，用Q9线将主机正面板上 DVG2输出‖与示波器上的DX相‖（供外触发使用）相连，DIp输出‖与示波器DY相‖相连；②将扫描开关置于D自动‖档，扫描速度开关置于D快速‖档，微电流放大器量程选择开关置于D10nA‖； ③分别将示波器DX‖、DY‖电压调节旋钮调至D1V‖和D2V‖，DPOSITION‖调至Dx?y‖， 250D交直流‖全部打到DDC‖；④分别开启主机和示波器电源开关，稍等片刻；⑤分别调节VG1、VP、VF电压（可以先参考给出值）至合适值，将VG2由小慢慢调大（以F-H管不击穿为界），直至示波器上呈现充氩管稳定的Ip～VG2曲线；(2)手动测量法①调节VG2至最小，扫描开关置于D手动‖档，打开主机电源；②选取合适的实验条件，置VG1、VP、VF于适当值，用手动方式逐渐增大VG2，同时观察IP变化。适当调整预置VG1、VP、VF值，使VG2由小到大能够出现5个以上峰。③选取合适实验点，分别从数字式表头上读取IP和VG2值，再作图可得IP~VG2曲线，注意示值和实际值关系。例：IP表头示值为D3.23‖，电流量程选择D10nA‖档，则实际测量IP电流值应该为D32.3nA‖；VG2表头示值为D6.35‖，实际值为D63.5V‖。实验过程由多媒体计算机辅助实验系统软件进行监控。具有多媒体实验资料查询、实验装置自动控制、实验过程适时监控、实验数据自动采集、试验数据处理及检验、实验数据打印及存档等功能。2．调整F-H实验装置，定性观察微电流随加速电压变化的情况。连接实验仪器，选择适当的实验条件，如VP～2V，VG1～1V，VP～8V ，用手动方式改变VG2同时观察微电流计上的IP随VG2的变化情况。如果VG2增加时，电流迅速增加则表明F-H管产生击穿，此时应立即降低VG2。如果希望有较大的击穿电压，可以用降低灯丝电压来达到。3．测出IP~VG2曲线，求出氩原子的第一激发电位。适当调整实验条件使微电流能出现5个峰以上，波峰波谷明显。 【注意事项】1．灯丝电压VF不宜放得过大，一般在2V左右，如电流偏小再适当增加。2．不同的实验条件，VG2有不同的击穿值，要防止F-H管击穿（电流急剧增大），如发生击穿应立即调低VG2 以免F-H管受损。3．实验完毕，应将各电位器逆时针旋转至最小值位置。 [数据表格]表7.46.1.
利用手绘或记录仪测量氩的IP~VG2的数据。仪器型号_________，量程_________，最小分度值________，准确度等级________。1．用曲线的峰或谷的位置电位差求平均值；2．用最小二乘法处理峰或谷位置电位：
VG2?a?V1?i 其中i为峰或谷序数，VG2为特征位置电位值，V1为拟合的第一激发电位。3．降低或增加灯丝电压，观察IP~VG2曲线的变化，记录第一峰和最末峰的位置，推断灯丝电压对曲线的影响。 [结果表示]1．选取合适的实验点记录数据，使之能完整真实的绘出IP~VG2曲线或用记录仪记下IP~VG2曲线；根据IP~VG2曲线，求出氩的第一激发电位。 2512．用计算机采集得到氩管的IP~VG2曲线；用谷－谷差平均值求得氩的第一激发电位。[分析讨论]1．能否用氢气代替氩蒸气，为什么？ 2．为什么I-U曲线不是从原点开始？3．为什么I不会降到零？为什么I的下降不是陡然的？ [思考题、练习题]1．在F-H实验中，得到的I-U曲线为什么呈周期性变化？ 2．在F-H管内为什么要在板极和栅极之间加反向拒斥电压？3．温度过低时，栅压为什么不能调的过高？灯丝电压对实验结果有何影响？是否影响第一激发电位？252包含各类专业文献、中学教育、外语学习资料、生活休闲娱乐、专业论文、13夫兰克―赫兹实验等内容。
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