《大学物理实验》课程教学资源（教材讲义）夫兰克赫兹实验

第4章近代与综合性实验·203.光电流达到30A左右GD（3）调节“光电管电压调节”旋钮，使光电管极间喷OKX箱电压由零逐渐升高，测出若干个电压下所对应的光电342流，并一直测至饱和光电流为止，然后将光电管的极间1电压反向，测定反向截止电压U.，将所测数据记入自23X拟的表格中，A实（4）改变光源与光电管的间距为r2，重复步骤（3）验仪AR（5）用坐标纸画出两条1，-U曲线.2.光电管的光照特性曲线测定R2改变光源和光电管的距离r，测出十个不同距离下EE所对应的饱和光电流Is，实验要求列表记录数据，并用图4-14-5测试线路图坐标纸画出Is-1/r2曲线【注意事项】光电管应尽量减少光照，故在不读数时，应将光源关掉，【预习思考题】1.说明I。-U曲线的截距I。和反向截止电压U。的物理意义.2.本实验中，Is-1/2曲线是直线的条件是什么？【拓展训练】1.怎样运用计算机对光电效应实验测量数据进行处理？2.学习虚拟实验软件Labview的编程方法并结合本实验进行简单的编程和设计【拓展阅读】[] 刘跃，张志津，大学物理实验：北京：北京大学出版社，2010.（第五章第三节）[2]钱长炎.2003.赫兹对光电效应的研究及其历史意义.自然杂志，25（2）：117一122[3]吴庆春.2004.光电效应实验数据的微机实时处理.物理实验，24（1）：19一21.[4]林晓珑等.2011.光电效应物理演示实验仪器的研究与设计，物理实验，31(12):8—10.[5] 陈聪等.2009.基于Labview的光电效应虚拟实验.实验室研究与探索，28（11）：62一654.15夫兰克-赫兹实验【引言】夫兰克-赫兹实验是物理学史上二个著名的实验.1913年玻尔发表了原子结构的量子理论，第二年夫兰克和赫兹用慢电子与稀薄汞蒸汽原子碰撞的方法，发现原子吸收能量是不连续的，并测定了汞原子的第一激发电位，从而直接地证明了原子能级的存在，为玻尔的原子模型提供了实验证据.因此，他们获得了1925年的诺贝尔物理学奖，【实验目的】1.学习测定原子第一激发电位的方法2.通过实验证明原子能级的存在，3.进一步学习示波器使用

图4灢14灢5 测试线路图 光电流达到30毺A 左右. (3)调节“光电管电压调节暠旋钮,使光电管极间 电压由零逐渐升高,测出若干个电压下所对应的光电 流,并一直测至饱和光电流为止,然后将光电管的极间 电压反向,测定反向截止电压Ua,将所测数据记入自 拟的表格中. (4)改变光源与光电管的间距为r2,重复步骤(3). (5)用坐标纸画出两条I氄 U 曲线. 2.光电管的光照特性曲线测定 改变光源和光电管的距离r,测出十个不同距离下 所对应的饱和光电流IS,实验要求列表记录数据,并用 坐标纸画出IS 1/r2 曲线. 暰注意事项暱 光电管应尽量减少光照,故在不读数时,应将光源关掉. 暰预习思考题暱 1.说明I氄 U 曲线的截距I0 和反向截止电压Ua 的物理意义. 2.本实验中,IS 1/r2 曲线是直线的条件是什么? 暰拓展训练暱 1.怎样运用计算机对光电效应实验测量数据进行处理? 2.学习虚拟实验软件 Labview 的编程方法并结合本实验进行简单的编程和设计. 暰拓展阅读暱 [1] 刘跃,张志津.大学物理实验.北京:北京大学出版社,2010.(第五章第三节) [2] 钱长炎.2003.赫兹对光电效应的研究及其历史意义.自然杂志,25(2):117—122. [3] 吴庆春.2004.光电效应实验数据的微机实时处理.物理实验,24(1):19—21. [4] 林晓 珑 等.2011.光 电 效 应 物 理 演 示 实 验 仪 器 的 研 究 与 设 计.物 理 实 验, 31(12):8—10. [5] 陈聪等.2009.基于Labview的光电效应虚拟实验.实验室研究与探索,28(11):62—65. 4灡15 夫兰克 赫兹实验 暰引言暱 夫兰克 赫兹实验是物理学史上一个著名的实验.1913年玻尔发表了原子结构的量子理 论,第二年夫兰克和赫兹用慢电子与稀薄汞蒸汽原子碰撞的方法,发现原子吸收能量是不连续 的,并测定了汞原子的第一激发电位,从而直接地证明了原子能级的存在,为玻尔的原子模型 提供了实验证据.因此,他们获得了1925年的诺贝尔物理学奖. 暰实验目的暱 1.学习测定原子第一激发电位的方法. 2.通过实验证明原子能级的存在. 3.进一步学习示波器使用. 第4章 近代与综合性实验 ·203·

大学物理实验:204:【实验原理】玻尔的氢原子理论指出：①原子只能较长久地停留在一些稳定状态（定态），这些定态的能量E，E2，是不连续的.原子状态发生改变时，只能从一个定态跃迁到另一个定态；②原子从一个定态跃迁到另二个定态时，要吸收或发射一定频率（）的电磁辐射，频率的大小取决于原子所处两定态之间的能量差，且满足如下关系：hy=E-E.,式中，h=6.63×10-34J·S，是普朗克常数当原子本身吸收或发出电磁辐射时，或当原子与其他离子发生碰撞交换能量时，原子状态会发生改变，夫兰克一赫慈实验就是利用慢电子与稀薄永气体原子发生碰撞，研究碰撞前后电子能量的改变，测定汞原子第一激发电位，从而证明原子内部存在不连续的定态，根据玻尔理论，处于基态的原子状态发生改变时，所需能量不能小于从基态跃迁到第一激发态所需的能量（称为临界能量）.设原子基态能量为E1，第一激发态能量为E2，初速度为零的电子在电势差为u的加速电场作用下获得能量eu.当eu小于临界能量（E2一E）时，电子与原子只能发生弹性碰撞，由于电子的质量远远小于氩原子质量，电子在碰后几乎没有能量损失；当eu大于临界能量时，电子与原子发生非弹性碰撞，原子将从电子摆取E，一E的能量而从基态跃迁到第一激发态.对应于使电子恰好具有E，一E能量的加速场电势差uo称为原子的第一激发电位（或称中肯电位），因而有euo=E-Ei.原子处于激发态是不稳定的，它可通过自发辐射跌迁回到基态，辐射光子的频率是-E.-E-9ohh夫兰克-赫兹实验的原理如图4-15-1所示，在F-H管中充有稀薄待测原子气体，阴极K被加热后发射的电子在阴极K与帘栅极G2之间的正向电压UG2k（简称UG?）作用下被加速，在帘栅极G2与屏极A之间加有反向的拒斥电压UG24，如果电子能量较大，它就能克服拒斥电压的作用而到达屏极，形成屏极电流I并为电流计所指示，否则，就到达不了屏极AT一G2i AHKTI I,/nAU,nAUG2KUcAH0Uc,/VrU,+-U -U,+-U.图4-15-1夫兰克一赫兹实验原理图图4-15-2IA-UGz实验曲线在实验中，采用充氩F-H管，测定氩原子的第一激发电位.当加速电压Uc2逐渐增大时，可观察到屏流IA随UG2变化的规律，IA-U2曲线如图4-15-2所示，它反映了氩原子在K，G2空间与电子进行能量交换的情况

暰实验原理暱 玻尔的氢原子理论指出:栙 原子只能较长久地停留在一些稳定状态(定态),这些定态的 能量E1,E2,. 是不连续的.原子状态发生改变时,只能从一个定态跃迁到另一个定态;栚 原 子从一个定态跃迁到另一个定态时,要吸收或发射一定频率(毻)的电磁辐射,频率的大小取决 于原子所处两定态之间的能量差,且满足如下关系: h毻=Em -En, 式中,h=6灡63暳10-34J·s,是普朗克常数. 当原子本身吸收或发出电磁辐射时,或当原子与其他离子发生碰撞交换能量时,原子状态 会发生改变.夫兰克 赫兹实验就是利用慢电子与稀薄汞气体原子发生碰撞,研究碰撞前后电 子能量的改变,测定汞原子第一激发电位,从而证明原子内部存在不连续的定态. 根据玻尔理论,处于基态的原子状态发生改变时,所需能量不能小于从基态跃迁到第一激 发态所需的能量(称为临界能量).设原子基态能量为E1,第一激发态能量为E2,初速度为零的 电子在电势差为u的加速电场作用下获得能量eu.当eu小于临界能量(E2 -E1)时,电子与原 子只能发生弹性碰撞,由于电子的质量远远小于氩原子质量,电子在碰后几乎没有能量损失; 当eu大于临界能量时,电子与原子发生非弹性碰撞,原子将从电子攫取E2 -E1 的能量而从基 态跃迁到第一激发态.对应于使电子恰好具有E2 -E1 能量的加速场电势差u0 称为原子的第 一激发电位(或称中肯电位),因而有 eu0 =E2 -E1. 原子处于激发态是不稳定的,它可通过自发辐射跃迁回到基态,辐射光子的频率是 毻= E2 -E1 h = eu0 h . 夫兰克 赫兹实验的原理如图4灢15灢1所示,在 F H 管中充有稀薄待测原子气体,阴极 K 被加热后发射的电子在阴极K与帘栅极G2之间的正向电压UG2K(简称UG2)作用下被加速.在 帘栅极 G2与屏极A 之间加有反向的拒斥电压UG2A,如果电子能量较大,它就能克服拒斥电压 的作用而到达屏极,形成屏极电流IA 并为电流计所指示,否则,就到达不了屏极A. 图4灢15灢1 夫兰克 赫兹实验原理图 图4灢15灢2 IA UG2 实验曲线 在实验中,采用充氩 F H 管,测定氩原子的第一激发电位.当加速电压UG2 逐渐增大时, 可观察到屏流IA 随UG2 变化的规律,IA UG2 曲线如图4灢15灢2所示,它反映了氩原子在K,G2 空间与电子进行能量交换的情况. ·204· 大学物理实验

第4章近代与综合性实验·205.在加速电压U2小于、等于拒斥电压UG2A时，屏流为零，当加速电压大于拒斥电压（这里强调“大于”，是考虑了发射电子需要的逸出功）并继续增加时，屏流IA出现并随之升高（如曲线Oa段.当加速电压Uc2再增大到等于或大于氩原子的第一激发电位时，在帘栅极G2附近，由于电子与氩原子发生非弹性碰撞，几乎把全部能量都传给了氩原子并使之激发，而电子本身因损失了能量不能克服拒斥电场到达屏极，会出现屏流I显著减少，如曲线中b段.继续增加UG2，电子能量也随之增加，在与氩原子碰撞后仍有足够的能量以克服拒斥电场而到达屏极A，这时电流又开始上升（曲线中bc段），直到Ucz是氩原子激发电位的2倍（2u。）时，电子在栅极G2附近文会因两次与氩氟原子碰撞损失能量而不能克服拒压电场的作用到达屏极，屏流I第二次下跌（cd段）.同理，只要在UG2一nu。（n=1，2，3，）处，屏流都会下跌，形成有规则起伏的IA一UG2曲线.曲线中相邻峰值（或谷值）对应加速电压之差，就是氩原子的第一激发电位uo其公认值ug=11.55V.若在F-H管中充以汞蒸汽，同样可以测定其第一激发电位为4.9V，而氛原子为16.7V钠原子为2.12V钾原子为1.63V.镁原子为3.2V.【实验仪器】FH-05夫兰克-赫兹实验仪，TDS1002数字存储示波器（或FH-II夫兰克-赫兹实验仪，见附录）.FH-05型夫兰克-赫兹实验仪面板如图4-15-3所示。输出插座线路原理图数字表光条夫兰克一赫兹实验仪十刚（氢）蒙于）OuO1toiV武汉理工大学F-H管旋钮选择开关图4-15-3FH05型夫兰克-赫兹实验仪面板图仪器面板上给出了实验线路原理图.F-H管是充氩四极真空电子管，具有阴极K，两个网状珊极G1、G2和屏极A.第一栅G1靠近阴极K，G1和K之间加有正向电压UG（调节范围1~5V）主要用以清除空间电荷对阴极发射电子的影响，提高阴极发射电子的能力，栅压太小，对提高电子发射作用不大：栅压过大，栅极吸收的电子过多，穿越栅极的电子反而减少，第二栅极G2靠近屏极A，G1，G2间距离相对G1，K来说很大保证在常温下电子与气体原子有足够大的碰撞几率G2，K间有正向加速电压UG2（0～100V范围可调），经Uc2加速而有一定能量的电子主要是在G1、G2空间与氟原子发生碰撞交换能量.栅极G2与屏极A之间有反向拒斥电压UG2A（范围7~

在加速电压UG2 小于、等于拒斥电压UG2A 时,屏流为零,当加速电压大于拒斥电压(这里 强调“大于暠,是考虑了发射电子需要的逸出功)并继续增加时,屏流IA 出现并随之升高(如曲 线Oa段).当加速电压UG2 再增大到等于或大于氩原子的第一激发电位时,在帘栅极G2附近, 由于电子与氩原子发生非弹性碰撞,几乎把全部能量都传给了氩原子并使之激发,而电子本身 因损失了能量不能克服拒斥电场到达屏极,会出现屏流IA 显著减少,如曲线中ab段.继续增加 UG2,电子能量也随之增加,在与氩原子碰撞后仍有足够的能量以克服拒斥电场而到达屏极A, 这时电流又开始上升(曲线中bc段),直到UG2 是氩原子激发电位的2倍(2u0)时,电子在栅极 G2附近又会因两次与氩原子碰撞损失能量而不能克服拒斥电场的作用到达屏极,屏流IA 第 二次下跌(cd段).同理,只要在UG2=nu0(n=1,2,3,.)处,屏流都会下跌,形成有规则起伏的 IA UG2 曲线.曲线中相邻峰值(或谷值)对应加速电压之差,就是氩原子的第一激发电位u0. 其公认值u0 =11灡55V. 若在F H管中充以汞蒸汽,同样可以测定其第一激发电位为4灡9V,而氖原子为16灡7V, 钠原子为2灡12V,钾原子为1灡63V,镁原子为3灡2V. 暰实验仪器暱 FH 05夫兰克 赫兹实验仪,TDS1002数字存储示波器(或FH 栻 夫兰克 赫兹实验仪, 见附录).FH 05型夫兰克 赫兹实验仪面板如图4灢15灢3所示. 图4灢15灢3 FH 05型夫兰克 赫兹实验仪面板图 仪器面板上给出了实验线路原理图.F H管是充氩四极真空电子管,具有阴极K,两个网状 栅极G1、G2和屏极A.第一栅G1靠近阴极K,G1和K之间加有正向电压UG1(调节范围1~5V), 主要用以清除空间电荷对阴极发射电子的影响,提高阴极发射电子的能力.栅压太小,对提高电 子发射作用不大;栅压过大,栅极吸收的电子过多,穿越栅极的电子反而减少.第二栅极 G2靠近 屏极A,G1,G2间距离相对G1,K来说很大,保证在常温下电子与气体原子有足够大的碰撞几率. G2,K 间有正向加速电压UG2(0~100V范围可调),经UG2 加速而有一定能量的电子主要是在 G1、G2空间与氩原子发生碰撞交换能量,栅极 G2与屏极A 之间有反向拒斥电压UG2A(范围7~ 第4章 近代与综合性实验 ·205·

.206:大学物理实验11V).屏流I很弱，经运算放大器放大后由电流表显示，又作为示波器的Y轴信号.Uc2除直通电压表外还经运算放大器衰减10倍作为示波器的X轴信号，以显示IA-UG2曲线【实验内容】1.调节夫兰克-赫兹实验仪将U，UG，Uc2a旋钮放在电压调节范围号处，Uc.选择开关扳上，掷"自动0～100V",如图4-15-3所示.打开仪器电源开关（在仪器箱背面），立即可以看到表示Uc2的光条在周期地由左向右伸长-熄灭-伸长-熄灭..同时，测量UG2的数字电压表随着Uc2“自动0～100V”的变化其显示值也在不断地变化，而测量IA的电流表要过几十秒钟以后才开始由0.00出现变化，同时指示IA的光条发光高度也出现起伏。几分钟后，如果1电流表出现超量程的现象（最大显示为19.99，超出，则后三位数9.99熄灭，只显示高位的1），则调小Ur；如果IA电流表显示的数字太小，则稍调大Ur，直至IA显示数值最大为15.00左右.注意，由于温度响应的滞后性，调节必须缓慢进行，也就是需要多观察一段时间电流的变化，等最大值稳定后再酌情调节电压，2.从示波器上观察IA与UG2的波形与IA-UGz特性曲线，将兰克-赫兹仪的UG2、I.输出分别接示波器CH1、CH2输人：打开示波器电源（1）观察IA与UG2的波形：按照表4-15-1对示波器进行设置（所有设置不分先后）.表4-15-1观察Ix与UGz波形示波器操作设置按CHI键按DISPLAY键按TRIGGER键按CH2键【菜单选项】【菜单选项】【菜单选项】【菜单选项】类型：矢量偶合：直流偶合：直流持续：关闭带宽限制：关带宽限制：关格式：YT伏/格：粗调伏/格：粗调探头：10×探头：1×触发方式：自动反向：关闭反向：关闭旋转→秒/格CHI伏/格CH2伏/格CHI位置CH2位置设置→2.50s50.0V2.00 V-4.00 div-2.00 div说明：CH1菜单中探头选10X，是由于仪器输出的U2信号，经过运放衰减10倍后取得的设置完毕后，“自动0～100V”的Uc2波形出现在屏上一4～一2两格之间.I波形出现在屏上一2～十4六格之间.因用于放大I的芯片工作在士12伏电源下，如果其输出达到约11伏时I还在增大，放大将失真，屏上I波形将在十3.5格处被“切顶”（2）观察IA-UG2特性曲线：按照表4-15-2对示波器进行设置（所有设置不分先后）.表4-15-2观察IA-UGz特性曲线示波器操作设置操作改设说明显示持续：5s痕迹保留5s再消失，可感觉曲线运动轨迹按DISPLAY键显示格式：XYUG（CH1）作X信号，I（CH2）作Y信号旋转CHI位置钮CHI位置：-5.00div坐标原点移至最左边旋转CH2位置钮坐标原点移至最下边CH2位置：一4.00div旋转CHI伏/格钮CHI伏/格：10.0V/div横向10格正好100伏旋转CH2伏/格钮CH2伏/格：1.00V/div纵向8格允许“I”输出小于8V时显示完整曲线

11V).屏流IA 很弱,经运算放大器放大后由电流表显示,又作为示波器的Y 轴信号.UG2 除直通 电压表外还经运算放大器衰减10倍作为示波器的X 轴信号,以显示IA UG2 曲线. 暰实验内容暱 1.调节夫兰克 赫兹实验仪 将UF,UG1,UG2A 旋钮放在电压调节范围1 3 处,UG2 选择开关扳上,掷“自动0~100V暠,如 图4灢15灢3所示.打开仪器电源开关(在仪器箱背面),立即可以看到表示UG2 的光条在周期地 由左向右伸长 熄灭 伸长 熄灭 . 同时,测量UG2 的数字电压表随着UG2“自动0~100V暠 的变化其显示值也在不断地变化,而测量IA 的电流表要过几十秒钟以后才开始由0灡00出现 变化,同时指示IA 的光条发光高度也出现起伏. 几分钟后,如果IA 电流表出现超量程的现象(最大显示为19灡99,超出,则后三位数9灡99 熄灭,只显示高位的1),则调小UF;如果IA 电流表显示的数字太小,则稍调大UF,直至IA 显示 数值最大为15灡00左右.注意,由于温度响应的滞后性,调节必须缓慢进行,也就是需要多观察 一段时间电流的变化,等最大值稳定后再酌情调节电压. 2.从示波器上观察IA 与UG2 的波形与IA UG2 特性曲线. 将夫兰克 赫兹仪的UG2、IA 输出分别接示波器 CH1、CH2输入.打开示波器电源. (1)观察IA 与UG2 的波形:按照表4灢15灢1对示波器进行设置(所有设置不分先后). 表4灢15灢1 观察IA 与UG2 波形示波器操作设置 按 DISPLAY 键 朂 按 TRIGGER 键 朂 按 CH1键 朂 按 CH2键 朂 暰菜单暱暰选项暱 暰菜单暱暰选项暱 暰菜单暱暰选项暱 暰菜单暱暰选项暱 类型:矢量 偶合:直流 偶合:直流 持续:关闭 带宽限制:关 带宽限制:关 格式:YT 伏/格:粗调 伏/格:粗调 触发方式:自动 探头:10暳 探头:1暳 反向:关闭 反向:关闭 旋转 曻 秒/格 CH1伏/格 CH2伏/格 CH1位置 CH2位置 设置 曻 2灡50s 50灡0V 2灡00V -4灡00div -2灡00div 说明:CH1菜单中探头选10暳,是由于仪器输出的UG2 信号,经过运放衰减10倍后取得的. 设置完毕后,“自动0~100V暠的UG2 波形出现在屏上 -4~-2两格之间,IA 波形出现 在屏上-2~+4六格之间.因用于放大IA 的芯片工作在暲12伏电源下,如果其输出达到约11 伏时IA 还在增大,放大将失真,屏上IA 波形将在 +3灡5格处被“切顶暠. (2)观察IA UG2 特性曲线:按照表4灢15灢2对示波器进行设置(所有设置不分先后). 表4灢15灢2 观察IA UG2 特性曲线示波器操作设置 操作 改设 说明 按 DISPLAY 键 显示持续:5s 痕迹保留5s再消失,可感觉曲线运动轨迹 显示格式:XY UG2(CH1)作 X 信号,IA(CH2)作Y 信号 旋转 CH1位置钮 CH1位置:-5灡00div 坐标原点移至最左边 旋转 CH2位置钮 CH2位置:-4灡00div 坐标原点移至最下边 旋转 CH1伏/格钮 CH1伏/格:10灡0V/div 横向10格正好100伏 旋转 CH2伏/格钮 CH2伏/格:1灡00V/div 纵向8格允许“IA暠输出小于8V时显示完整曲线 ·206· 大学物理实验

第4章近代与综合性实验207有兴趣有时间者可以再次调节UG，UGzA，UF，通过观察示波器曲线变化，评价它们对IA的影响，将特性曲线调至最佳状态，保证有7个以上峰值以便测量，3.测定氩原子第一激发电位U。将UG?选择开关切换为“手动”，调节UG?电位器使加速电压从最小（此前可将示波器显示持续改为无限，在屏幕上保留特性曲线，以供参考.）缓慢增大，当电流表示值刚反向变化时依次记录IA出现谷（第一个峰不记）、峰、谷、峰·....时加速电压UG2的值共12个.然后适当增大UG2后再使加速电压缓慢减小.依次记录I出现峰、谷、峰、谷...时加速电压UG2的值共12个.记录于表4-15-3.表4-15-3测量数据表谷对应的加速电压/V峰对应的加速电压/V谷峰序号电压增大时电压减小时电压增大时电压减小时123A56【数据处理】用逐差法计算峰、谷各自的3U。，再算U。，求平均值及其不确定度（不考虑B类），并与公认值u。（11.55V）比较，求实验相对误差.计算结果填入表4-15-4.表4-15-4计算结果列表谷峰对应的加速电压/V计算逐差法计算序号实验结果Ue./V3U=(U-U,)/V平均峰U：平均谷UU. =11uA=SD,峰22Ua-U)n(n-1)33不计"B类”，=0uc=Vu+u-ua445谷5U(U.)-2ucU。=[U。±U(U.)](V)65[U。- uo ]/U。-11.55/%X100%=相对误差E-uo11.55

有兴趣有时间者可以再次调节UG1,UG2A,UF,通过观察示波器曲线变化,评价它们对 IA 的影响,将特性曲线调至最佳状态,保证有7个以上峰值以便测量. 3.测定氩原子第一激发电位U0 将UG2 选择开关切换为“手动暠,调节UG2 电位器使加速电压从最小(此前可将示波器显示 持续改为无限,在屏幕上保留特性曲线,以供参考.)缓慢增大,当电流表示值刚反向变化时, 依次记录IA 出现谷(第一个峰不记)、峰、谷、峰 . 时加速电压UG2 的值共12个.然后适当增 大UG2 后再使加速电压缓慢减小,依次记录IA 出现峰、谷、峰、谷 . 时加速电压UG2 的值共 12个.记录于表4灢15灢3. 表4灢15灢3 测量数据表 谷峰 序号 谷对应的加速电压/V 峰对应的加速电压/V 电压增大时 电压减小时 电压增大时 电压减小时 1 2 3 4 5 6 暰数据处理暱 用逐差法计算峰、谷各自的3U0,再算U0,求平均值及其不确定度(不考虑B类),并与公认 值u0(11灡55V)比较,求实验相对误差.计算结果填入表4灢15灢4. 表4灢15灢4 计算结果列表 序号 谷峰对应的加速电压/V 平均峰Ui 平均谷Ui 逐差法计算 3U0i = (Ui+3 -Ui)/V 计算 U0i/V 实验结果 1 2 3 4 5 6 峰 谷 1 2 3 4 5 6 U煆0 = uA =SU0 = 1 n(n-1)暺 n i=1 (U0i -U0)2 = 不计“B类暠,uB =0 uC = u2 A +u2 B =uA = U(U0)=2uC = U0 = [U0 暲U(U0)](V) = 相对误差E = U煆0 -u0 u0 = U0 -11灡55 11灡55 暳100% = % 第4章 近代与综合性实验 ·207·

大学物理实验:208:【讨论思考题】试根据测量结果计算处于第一激发态的氩原子返回基态时所产生的光辐射的波长【拓展阅读】[1]王丽香，李宝胜.2006.夫兰克一赫兹实验最佳工作参量的确定．物理实验，26(10)：38—40[2]陈廷侠，冯绍亮，刘保福.2004.温度对夫兰克-赫兹实验的影响.河南师范大学学报（自然科学版），32（03）：127—130.【3]侯春，朱雯兰，梅振林.2004.夫兰克-赫兹实验装置的优缺点比较与改进.大学物理实验，17(01)：61—64.[4]］王梅生.2001.夫兰克-赫兹实验中的峰间距问题.物理实验，21（11)：40一43.【附录】】FH一Ⅱ夫兰克一赫兹实验仪的使用1.调节夫兰克一赫兹试验仪仪器面板如图4-15-4所示，12O1.1.13.1.1.2手动自动扫描灯丝电压（V）电流倍器（A）y1y1.3~5V1.3~15V物曲lcoOOL4L5L7L6图4-15-4FH-I夫兰克-赫兹实验仪（1）合上电源开关，将“手动-自动切换开关”1拨至“手动”档，“微电流倍程开关"3置于10-"档（2）将"电压分档切换开关4拨至1.3V～5V档.旋转"1.3～5V”调节旋钮5使电压表读数为1.5V即板阴极与第二栅极电压UG1K为1.5V（3）将“电压分档切换开关”4拨至1.3V～15V档，旋转“1.3～15V”调节旋钮6，使电压表读数为7.5V，即板极与第二栅极电压UGzA（拒斥电压）为7.5V.（4）将“电压分档切换开关”4拨至0～100V档，旋转"0～100V”调节旋钮7使电压表读数为0V，即阴极至第二栅极电压Uck（加速电压）为0V.（5）根据板流I.调节灯丝电压值：旋转加速电压调节旋钮7.使加速电压从0至100V缓慢增加，观察毫安表指示的板流I，调节灯丝电压旋钮2.使I的第六个峰值接近满量程，并在数分钟内能基本稳定（灯丝电压调到最小，电流也超出量程时，应旋转微电流倍程开关3，增大倍率）.2.测定IA-UG2k曲线①观察板流IA随加速电压的变化情况.使加速电压从0至100V缓慢增加，观察板流IA是否随加速电压的增加周期性地出现明显的6次峰、谷值，若峰、谷不明显，可适当改变拒斥电压值注意观察峰、谷大约对应的加速电压值.②测定I-UG2k曲线.使加速电压从零缓慢增大至100V，逐点记录加速电压及其对应的板流Ia值，测点间隔合理，注意在峰、谷值附近增加测量点，以利作图

暰讨论思考题暱 试根据测量结果计算处于第一激发态的氩原子返回基态时所产生的光辐射的波长. 暰拓展阅读暱 [1] 王 丽 香,李 宝 胜.2006.夫 兰 克 赫 兹 实 验 最 佳 工 作 参 量 的 确 定.物 理 实 验, 26(10):38—40. [2] 陈廷侠,冯绍亮,刘保福.2004.温度对夫兰克 赫兹实验的影响.河南师范大学学报 (自然科学版),32(03):127—130. [3] 侯春,朱雯兰,梅振林.2004.夫兰克 赫兹实验装置的优缺点比较与改进.大学物理 实验,17(01):61—64. [4] 王梅生.2001.夫兰克 赫兹实验中的峰间距问题.物理实验,21(11):40—43. 暰附录暱 FH 栻 夫兰克 赫兹实验仪的使用 1.调节夫兰克 赫兹试验仪 仪器面板如图4灢15灢4所示. 图4灢15灢4 FH 栻 夫兰克 赫兹实验仪 (1)合上电源开关,将“手动 自动切换开关暠1拨至“手动暠档,“微电流倍程开关暠3置于10-9 档. (2)将“电压分档切换开关暠4拨至1灡3V~5V档,旋转“1灡3~5V暠调节旋钮5,使电压表读数为1灡5V, 即板阴极与第一栅极电压UG1K 为1灡5V. (3)将“电压分档切换开关暠4拨至1灡3V ~15V 档,旋转“1灡3~15V暠调节旋钮6,使电压表读数为 7灡5V,即板极与第二栅极电压UG2A(拒斥电压)为7灡5V. (4)将“电压分档切换开关暠4拨至0~100V档,旋转“0~100V暠调节旋钮7,使电压表读数为0V,即阴 极至第二栅极电压UG2K(加速电压)为0V. (5)根据板流IA 调节灯丝电压值:旋转加速电压调节旋钮7,使加速电压从0至100V缓慢增加,观察毫安表指 示的板流IA,调节灯丝电压旋钮2,使IA 的第六个峰值接近满量程,并在数分钟内能基本稳定(灯丝电压调到最小, 电流也超出量程时,应旋转微电流倍程开关3,增大倍率). 2.测定IA UG2K 曲线 栙 观察板流IA 随加速电压的变化情况.使加速电压从0至100V缓慢增加,观察板流IA 是否随加速电压 的增加周期性地出现明显的6次峰、谷值,若峰、谷不明显,可适当改变拒斥电压值.注意观察峰、谷大约对应 的加速电压值. 栚 测定IA UG2K 曲线.使加速电压从零缓慢增大至100V,逐点记录加速电压及其对应的板流IA 值,测 点间隔合理,注意在峰、谷值附近增加测量点,以利作图. ·208· 大学物理实验