重要的事情放到上面：
本文大多數(shù)內(nèi)容（包括實驗?zāi)康摹嶒炘怼嶒瀮x器、實驗內(nèi)容、思考題）均始于學(xué)院化學(xué)實驗指導(dǎo)書，并非本人原創(chuàng)，其余均為本人原創(chuàng)。
實驗數(shù)據(jù)均為本人經(jīng)過實驗得出，置于這兒是為了展示完整的實驗報告，并供讀者參考和學(xué)習(xí)，請端正學(xué)習(xí)態(tài)度，請勿剽竊、無故更改、偽造實驗數(shù)據(jù)！
由于技術(shù)緣由，有一些數(shù)字抒發(fā)在這寫得不標(biāo)準(zhǔn)。
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實驗過程雜談視頻：
實驗報告正文：
一、實驗?zāi)康?span style="display:none">MOj物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))
1.了解弗蘭克-赫茲實驗的原理和技巧。
2.測定氬原子的第一迸發(fā)電位。
二、實驗原理
1.波爾的原子理論：
（1）原子只能處于一些不連續(xù)的能量狀態(tài)，即E1、E2、E3、…，處在這種狀態(tài)的原子是穩(wěn)定的，稱為“定態(tài)”。其中E1叫能級，E2、E3，…，叫迸發(fā)態(tài)。原子的能量不論通過哪些方法發(fā)生改變，只能使原子從一個定態(tài)躍遷到另一個定態(tài)。
（2）原子從一個定態(tài)躍遷到另一個定態(tài)時，它將發(fā)射或吸收一定頻度的電磁波。假如用Em和En分別代表原子的兩個定態(tài)的能量，則發(fā)射或吸收幅射的頻度由以下關(guān)系決定：
2.弗蘭克-赫茲實驗的原理：
原子在正常情況下處于能級，當(dāng)原子吸收電磁波或遭到其他有足夠能量的粒子碰撞而交換能量時，可由能級躍遷到能量較高的迸發(fā)態(tài)。從能級躍遷到第一迸發(fā)態(tài)所須要的能量稱為臨界能量。原子從低基態(tài)向高基態(tài)躍遷，可以通過具有一定能量的電子與原子相碰撞進行能量交換來實現(xiàn)。本實驗就是讓電子在真空中與氬原子相碰撞。設(shè)氬原子的能級能量為E1，第一迸發(fā)態(tài)的能量為E2，從能級躍遷到第一迸發(fā)態(tài)所需的能量就是△E=E2-E1。初速率為零的電子在電位差為V的加速電場作用下具有能量eV，若eV＜E2-E1，則電子與氬原子只能發(fā)生彈性碰撞，兩者之間幾乎沒有能量轉(zhuǎn)移。當(dāng)電子的能量eV≥E2-E1時，電子與氬原子都會發(fā)生非彈性碰撞，氬原子將從電子的能量中吸收相當(dāng)于E2-E1的那份能量，使自己從能級躍遷到第一迸發(fā)態(tài)，而多余的部份仍留給電子。設(shè)使電子具有E2-E1能量所需加速電場的電位差U0，則eU0=E2-E1，式中U0為氬原子的第一迸發(fā)電位，是本實驗要測的數(shù)學(xué)量。
3.弗蘭克-赫茲實驗的方式：
如右圖所示，充氫氣的F-H管中，電子由熱陰極發(fā)出，第一基極G1很緊靠陰極K，電位比陰極稍高，作用是去除陰極電子的散射。第一基極G1和第二載流子G2之間的加速電流UG2使電子加速，且G1和G2之寬度離較大，以保證電子在G1和G2之間和氬原子有足夠的碰撞概率，在極板P和電樞G2之間有減速電流（也叫拒斥電流）UP。當(dāng)電子通過基極G2步入G2P空間吋，假如剩余能量小于eUP，才能抵達極板P，即產(chǎn)生電壓IP。電子在G1G2空間與氬原子發(fā)生碰撞，電子把一部份能量給了氬原子，本身剩余的能量大于eUp，則電子不能抵達極板P，倘若發(fā)生這樣情況的電子好多，電壓表中的電壓將明顯升高。
實驗時，把UG2的電流逐步降低，電子在G1G2空間的電場作用下被加速而獲得越來越大的能量。但在起始階段，電流UG2較低，電子的能量較小，雖然在運動過程中與氬原子相碰撞（為彈性碰撞），也只有微小的能量交換。這樣，穿過第二載流子G2的電子所產(chǎn)生的電壓Ip隨第二載流子電流的降低而減小（見右圖中oa段）。當(dāng)UG2達到氬原子的第一迸發(fā)電位時，電子在第二載流子附近與氬原子相碰撞（此吋形成非彈性碰撞）。電子把從加速電場中獲得的全部能量傳遞給氬原子，使氬原子從能級迸發(fā)到第一迸發(fā)態(tài)，而電子本身因為把全部能量傳遞給了氬原子，它雖然穿過第二基頻，也不能克服反向拒斥電流UP而被折回第二載流子。所以電壓IP將明顯降低（見右圖中ab段）。氬原子在第一迸發(fā)態(tài)不穩(wěn)定，會躍遷回能級，同時以光子方式向外幅射能量。之后隨著第二載流子電流UG2的降低，電子的能量也急劇降低，與氬原子相碰撞后還留下足夠的能量，這就可以克服拒斥電流UP的斥力而抵達極板P，這時電壓又開始上升（見右圖中bc段），直至UG2是2倍氬原子的第一迸發(fā)電位時，電子在G1G2空間會因兩次非彈性碰撞而喪失能量，結(jié)果板極電壓Ip第二次增長（見右圖中cd段），這些能量轉(zhuǎn)移隨著加速電流的降低而呈周期性的變化。以UG2為橫座標(biāo)，以板極電壓IP為縱座標(biāo)就可以得到譜峰曲線，兩相鄰谷點（或峰尖）間的加速電流差值，即為氬原子的第一迸發(fā)電位值。實驗發(fā)覺第一迸發(fā)電位是個定值，這就證明了氬原子能量狀態(tài)的不連續(xù)性。
注意：第一基極G1和陰極K之間的加速電流UG1約為1.5V，用于去除陰極電流散射的影響。
三、實驗儀器
1.技術(shù)指標(biāo)：
（1）F-H好使電源組：
提供F-H管各電極所需的工作電源電流和性能如下所示。
①燈絲電源電流UF，直流，1.3?5V，連續(xù)可調(diào)。
②柵極G1—陰極間電源電流UG1：直流，0?6V，連續(xù)可調(diào)。
③柵極G2—陰極間電流電源UG2：直流，0?90V，連續(xù)可調(diào)。
（2）掃描電源和微電流放大器：
掃描電源提供可調(diào)直流電流或輸出鋸齒波電流作為F-H管電子加速電流。直流電流供自動檢測，鋸齒波電流供示波器、X-Y記錄儀和微機用。微電流放大器拿來測量F-H管的板流Ip，性能如下所示。
①具有“手動”和“自動”兩種掃描方法：“手動”輸出0?90V直流電流，連續(xù)可調(diào)；“自動”輸出0?90V鋸齒波電流，掃描上限可以設(shè)定。
②掃描速度分“快速”和“慢速”兩擋：“快速”是周期約為20次/秒的鋸齒波，供示波器和微機用；“慢速”是周期約為0.5次/秒的鋸齒波，供X-Y記錄儀用。
③微電流放大器檢測范圍有1nA，10nA，100nA，1μA四擋。
2.面板及功能：
FD-FH-I弗蘭克-赫茲儀的控制面板如右圖所示。
（1）Ip顯示表頭：表頭示數(shù)×指示擋位為Ip實際值。
（2）Ip微電流放大器阻值選擇開關(guān)：分1μA、100nA、10nA、1nA四擋。
（3）數(shù)字電流表頭：可以分別顯示UF、UG1、UP、UG2值，其中UG2值為數(shù)字式表頭示值×10V。
（4）UG2電流調(diào)節(jié)旋鈕，UP電流調(diào)節(jié)旋鈕，UG1電流調(diào)節(jié)旋鈕，UF電流調(diào)節(jié)旋鈕。
（5）電流示值選擇開關(guān)，可以分別選擇UF、UG1、UP、UG2。
（6）IP輸出端口，接示波器Y端，X-Y記錄儀Y端或則微機插口的電壓輸入端。
（7）UG2掃描方法選擇開關(guān)，“快速”擋供接示波器觀察IP-UG2曲線或微機用，“手動”擋供手測記錄數(shù)據(jù)使用。
（8）UG2輸出端口，接示波器X端、X-Y記錄儀X端或微機插口電流輸入端。
（9）電源開關(guān)。
3.儀器操作說明：
（1）示波器演示法：
①連好主機的后面板電源線，用Q9線將主機正面板上“UG2輸出”與示波器上的“X相”（供外觸發(fā)使用）相連，“IP輸出”與示波器“Y相”相連。
②將掃描開關(guān)放在“自動”擋，掃描速率開關(guān)放在“快速”擋，微電流放大器阻值選擇開關(guān)放在“10nA”擋。
③分別將示波器“X”、“Y”電壓調(diào)節(jié)旋鈕調(diào)至“1V”和“2V”，“掃描周期”旋鈕調(diào)至“x-y”，“交直流”全部打到“DC”。
④分別開啟主機和示波器電源開關(guān)，稍等片刻。
⑤分別調(diào)節(jié)UG1、UP、UF（可以先參考給出值）至合適逢（參考儀器殼體給出值），將UG2由小漸漸調(diào)大（以F-H管不擊穿為界），直到示波器上呈現(xiàn)充氬管穩(wěn)定的IP-UG2曲線。
（2）自動檢測法：
①調(diào)節(jié)UG2至最小，掃描開關(guān)放在“手動”擋，打開主機電源。
②選取合適的實驗條件，分別調(diào)節(jié)UG1、UP、UF至合適逢（可以先參考給出值），以自動方法逐步減小UG2，同時觀察IP的變化，適當(dāng)調(diào)整預(yù)置UG1、UP、UF值，使UG2由小到大才能出現(xiàn)5個以上峰。
③選取合適實驗點，分別從數(shù)字式表頭上讀取IP和UG2值，再畫圖可得IP-UG2曲線，注意示值和實際值的關(guān)系。
例IP表頭示值為“3.23”，電壓阻值選擇“10nA”擋，則實際檢測IP電壓值應(yīng)當(dāng)為“32.3nA”；UG2表頭示值為“6.35”，實際值為“63.5V”。
4.儀器使用注意事項：
（1）儀器應(yīng)當(dāng)檢測無誤后才會接電源，開、關(guān)電源前應(yīng)先將各電位器逆秒針旋轉(zhuǎn)至最小值位置。
（2）鎢絲電流UF不宜放得過大，通常在3V左右，如電壓偏小再適當(dāng)降低。
（3）要避免F-H管被擊穿（電壓隨之減小），如發(fā)生擊穿應(yīng)立刻下調(diào)UG2以免F-H管損壞。
（4）F-H管管為玻璃制品，不耐沖擊，應(yīng)重點保護。
（5）實驗完畢，應(yīng)將各電位器逆秒針旋轉(zhuǎn)至最小值位置。
四、實驗內(nèi)容
手繪或使用記錄儀測氬的Ip-UG2曲線，并觀察原子能量量子化情況，由此求出氬（Ar）原子的第一迸發(fā)電位。
實驗要求有以下幾點。
（1）實驗條件：UF為3V左右電壓和電流的符號分別是什么，UG1為1V左右，UP為8V左右（每臺儀器有所差異，儀器殼體上有給出的參考值）。用自動方法改變UG2，同時觀察微電壓計上的Ip隨UG2的變化情況。假如UG2降低時電壓迅速降低，則表明F-H管形成擊穿，此時應(yīng)立刻增加UG2。假如希望有較大的擊穿電流，可以通過增加鎢絲電流來達到。
（2）適當(dāng)調(diào)整實驗條件，使微電壓計能出現(xiàn)5個峰以上，波峰波谷顯著。
（3）選定合適的實驗點記錄數(shù)據(jù)，使之能完整真實地繪出Ip-UG2曲線或用記錄儀記下Ip-UG2曲線。
（4）處理Ip-UG2曲線，求出氬的第一迸發(fā)電位。
五、數(shù)據(jù)記錄
UF=2.57V，UG1=1.38V，UP=8.25V
六、數(shù)據(jù)處理
1.畫出加速電流和電路中電流之間的關(guān)系：
2.算出氬原子的第一迸發(fā)電位：
七、結(jié)果陳述
求得氬原子的第一迸發(fā)電位為11.56V，相對偏差為-0.34%。
八、實驗總結(jié)與思索題
1.實驗總結(jié)：
本次實驗完滿完成。
2.思索題：
第一峰對應(yīng)的電流與第一迸發(fā)電位是否是一致的？為何？
不等于，一開始的UG2降低是為了給電子克服減速電流（拒斥電流），此時電子能抵達極板P，開始形成電壓，之后繼續(xù)降低UG2電壓和電流的符號分別是什么，電壓IP降低，當(dāng)UG2達到克服減速電流所要電流與第一迸發(fā)電位之和時，電子和氬原子發(fā)生彈性碰撞，因而電壓IP增長，所以二者關(guān)系應(yīng)是第一峰對應(yīng)的電流>氬原子第一迸發(fā)電位。
九、相關(guān)題
1.第一基極電流UG1、第二基極電流UG2和減速電流UP的作用分別是（B）
A.形成并加速電子，使電子加速，使電子減速
B.清除陰極電子散射，使電子加速，使電子減速
C.使電子加速，去除陰極電子散射，使電子減速
2.當(dāng)減小加速電流時，極板電壓將（），當(dāng)降低拒斥電流時，極板電壓將（）
標(biāo)準(zhǔn)答案：D
A.減少，減小
B.降低，減少
C.減小，減小
D.減小，減少
3.減小鎢絲電流時，極板電壓將（A）
A.減小
B.減少
C.不變
4.在IP-UG2曲線的第一個峰左右兩邊附近電子和氬原子之間的碰撞類型為（C）
A.都為彈性碰撞
B.都為非彈性碰撞
C.兩側(cè)為彈性碰撞，兩側(cè)為彈性碰撞和非彈性碰撞
D.兩側(cè)為非彈性碰撞，兩側(cè)為彈性碰撞
5.若一個原子從低基態(tài)Em跳躍到高基態(tài)En，須要吸收的能量E大小為（A）
A.E=En-Em
B.E=Em-En
6.弗蘭克-赫茲管的IP-UG2曲線相鄰兩峰對應(yīng)的電流差表示（B）
A.拒斥電流
B.氬原子的第一迸發(fā)電位
C.氬原子的第二迸發(fā)電位
7.當(dāng)UG2的值等于IP-UG2曲線的第三個峰的位置時，在第一基極G1和第二載流子G2之間有（）個能量吸收區(qū)域，分別坐落（）
標(biāo)準(zhǔn)答案：D
A.2個，G1G2的三等分點處
B.2個，G1G2的中點和G2處
C.4個，G1G2的四等分點和G2處
D.3個，G1G2的三等分點和G2處
8.假如氬原子的第一迸發(fā)電位為U0，加速電流從0降低到最大值Umax，則IP-UG2曲線的峰的個數(shù)（A）
A.大于Umax/U0
B.等于Umax/U0
C.小于Umax/U0
9.弗蘭克-赫茲儀的UG2輸出和IP輸出應(yīng)分別接聯(lián)接至示波器的（B）
A.Y輸入和X輸入
B.X輸入和Y輸入
10.求氬原子基態(tài)的第一迸發(fā)電位時，我們用相鄰兩個峰之間的（A）相乘
A.橫座標(biāo)
B.縱座標(biāo)
11.實驗中沒有觀察到氬原子第二迸發(fā)基態(tài)，是由于（C）
A.第二基態(tài)太大了
B.電子在氬原子第二基態(tài)上逗留的時間太緊了
C.電子加速到第一基態(tài)大小時即與氬原子交換能量
12.電子具有足夠的能量后與氬原子發(fā)送非彈性碰撞，氬原子從電子吸收相當(dāng)于第一迸發(fā)電位的能量，使自己從能級躍遷到第一迸發(fā)態(tài)，多余部份的能量（B）
A.以光子方式幅射
B.仍留給電子
C.轉(zhuǎn)化為原子核的振動能
13.把弗蘭克-赫茲試驗儀的UG2和IP輸出端分別接到示波器的X和Y輸入，即可在示波器的屏幕上顯示IP-UG2曲線，假如實驗中發(fā)覺峰作詞線的峰-谷寬度太小，應(yīng)當(dāng)嘗試（A）
A.減少示波器豎直方向上每小格代表的數(shù)值
B.減少示波器水平方向上每小格代表的數(shù)值
C.減小示波器水平方向上每小格代表的數(shù)值
D.減小示波器豎直方向上每小格代表的數(shù)值
14.弗蘭克-赫茲實驗的實驗?zāi)康氖牵˙C）
A.測定氬原子與電子的非彈性碰撞概率
B.測定氬原子的第一迸發(fā)電位
C.驗證原子的基態(tài)是分立的
15.原子正常情況下處于能級，下邊這些情況可使原子由能級躍遷到迸發(fā)態(tài)（ABC）
A.碰撞
B.加熱
C.光照
D.液化
16.氫原子只能處于一些不連續(xù)的能量狀態(tài)，即E1、E2、E3、…，處于這種狀態(tài)的原子是穩(wěn)定的，稱為【1】。其中E1叫【2】，E2、E3叫【3】。
答案選項：A，能級；B，迸發(fā)態(tài)；C，定態(tài)
標(biāo)準(zhǔn)答案：C;A;B