弗兰克赫兹实验实验报告
姓名：武旭 学号： 组别：10 专业：材料物理 日期：9/12/2015
一、 实验目的
1. 了解气体放电现象中低能电子和原子之间的相互作用； 2. 了解原子内部的能量状态与能量交换的微观过程； 3. 熟悉研究原子内部结构的思想与方法。
二、 实验原理
1. 玻尔原子结构理论
原子是由原子核和核外电子所组成，原子核位于原子的中心，电子则沿着以核为中心的各种不同直径的轨道运动。在一定轨道上的电子具有一定的能量，轨道不同则能量大小不同。当电子从一个轨道跃迁到另一个轨道时，会产生能量的变化。若原子吸收能量，则电子从低能级跃迁到高能级；而当电子从高能级跃迁到低能级时，原子放出能量。
2. 电子与原子的相互作用 a. 亲和 e-+A=A-
b. 碰撞 2??????2+2m??2=2??????′2+2m??′2+???
△E=0时，为弹性碰撞，电子与汞原子之间几乎不交换能量；
△E>0时，为第一类非弹性碰撞，电子将能量传递给原子，使原子激发； △E<0时，为第二类非弹性碰撞。
c. 电离 当电子能量足够大时，可使原子的价电子脱离原子束缚而电离，即e-+A=A++2e- d. 复合 e-+A+=A
e. 光电效应 处于激发态的原子退激发时，辐射出光量子，这些光量子打到极板上时会发生光电效应，从金属板中打出电子。能量关系为：2m??2=hν???.
3. 弗兰克赫兹实验装置
如下图所示，
1
1
1
1
1
灯丝经电压加热后放出热电子，由控制栅极加速使其脱离原子束缚，之后在加速电压G2加速下向阳极运动，并与汞原子发生碰撞与能量交换，最后通过加速电压的删选，达到阳极并产生电流。通过检测阳极电流的大小及其变化图像可测量出汞原子被激发的数量及汞原子第一激发能。
三、 汞原子第一激发能的测量
1. 低激发能图像观察
按照下图所示电路连接线路；
测量汞第一激发能实验装置连线图
开启电源，设置汞蒸气温度为170oC；
调节灯丝电压，VG1k，VG2P，将扫描电压调节为手动档，粗测电流随VG1G2的变化。发现随着扫描电压（VG1G2）的增大，管流先缓慢增加，随后剧烈增加，达到某一峰值后迅速减小，并随着扫描电压增大不断重复此过程。调节VF，VG1k，VG2P，使最大电流不超过量程，最小电流为正值。
在自动扫描电压下，测量管流变化，参数设置为：VF=2.5V, VG1k=3.0V, VG2P=1.5V，得下图：
1.00.8I/10^-7A0.60.40.20.001020304050607080VG1G2/V
第一激发能下I-VG1G2曲线
观察图像，可以发现扫描电压刚刚开始增大时，管流为0且几乎不随电压增大而增大，这是因为加速电压太小，电子获得的能量不足以抵抗减速电压从而打到阳极上，因此电流为0且几乎不变；
随着扫描电压增大，电子获得的能量增大，足够抵抗加速电压，因此打到阳极上形成管电流。电压越大，电子获得的能量越大，因此管流越大；
当电压达到某一个特定值时，管流突然降低。这是因为电子与汞原子发生了非弹性碰撞，将能量转移给了汞原子，因此电子的动能不足以抵抗减速电压而未打到阳极上；
继续增大加速电压，电子又重新获得加速而重复上述过程；
因电压增大，电子在相同距离内可获得的能量增大，同时获得汞原子第一激发能时所需的距离变短，电子与汞原子发生碰撞之后仍可以获得加速打到阳极上，因此管电流的峰值不断增加；
随着加速电压不断增大，热电子加速后产生的管流峰值也在增加。而因为灯丝电压一定，单位时间内产生的热电子数量是有限的，因此管电流峰值逐渐趋向与饱和。
2. 汞原子第一激发能的测量
使用软件自带的拟合功能，查找出峰值，并代入公式： 峰值电压=a*峰数+b 代入下图中数据，得：
弗兰克赫兹实验实验报告
