大连理工大学
大 学 物 理 实 验 报 告
院（系） 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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【大学物理实验】 夫兰克-赫兹 实验 实验报告
