弗兰克赫兹实验实验报告 第1篇
弗兰克-赫兹管(简称F-H管)、加热炉、温控装置、F-H管电源组、扫描电源和微电流放大器、微机X-Y记录仪。
F-H管是特别的充汞四极管，它由阴极、第一栅极、第二栅极及板极组成。为了使F-H管内保持一定的汞蒸气饱和蒸气压，实验时要把F-H管置于控温加热炉内。加热炉的温度由控温装置设定和控制。炉温高时，F-H管内汞的饱和蒸气压高，平均自由程较小，电子碰撞汞原子的概率高，一个电子在两次与汞原子碰撞的间隔内不会因栅极加速电压作用而积累较高的能量。温度低时，管内汞蒸气压较低，平均自由程较大，因而电子在两次碰撞间隔内有可能积累较高的能量，受高能量的电子轰击，就可能引起汞原子电离，使管内出现辉光放电现象。辉光放电会降低管子的使用寿命，实验中要注意防止。
F-H管电源组用来提供F-H管各极所需的工作电压。其中包括灯丝电压UF，直流1V~5V连续可调;第一栅极电压UG1，直流0~5V连续可调;第二栅极电压UG2，直流0~15V连续可调。
扫描电源和微电流放大器，提供0~90V的手动可调直流电压或自动慢扫描输出锯齿波电压，作为F-H管的加速电压，供手动测量或函数记录仪测量。微电流放大器用来检测F-H管的板流，其测量范围为10^-8A、10^-7A、10^-6A三挡。
微机X-Y记录仪是基于微机的集数据采集分析和结果显示为一体的仪器。供自动慢扫描测量时，数据采集、图像显示及结果分析用。
弗兰克赫兹实验实验报告 第2篇
弗兰克赫兹实验是物理学家弗兰克和赫兹于1914年进行的一项重要实验，通过这个实验，他们成功地验证了量子力学的理论假设。本文将通过介绍实验的背景、实验过程以及实验结果来展示这一重要实验的内容。
实验背景
在20世纪初期，物理学家们开始意识到经典物理学在描述微观世界中的粒子行为时存在着一些困难。特别是关于光的性质以及原子结构等方面的问题，经典物理学无法给出令人满意的解释。爱因斯坦的光电效应理论和德布罗意的波粒二象性理论为解决这些问题提供了方向，而弗兰克赫兹实验则为量子力学的建立提供了重要的实验证据。
实验过程
弗兰克赫兹实验的核心部分是利用汞气放电管进行的。首先，他们利用真空泵将汞气放电管抽成高度真空状态，然后在其中加入少量的汞气。接下来，在装置中设置两个电极，一个作为发射极，另一个作为接收极。当在发射极施加足够高的电压时，会产生电子，这些电子会加速并撞击到接收极上。弗兰克和赫兹通过改变电压的大小，观察了电子的动能和速度变化情况，并记录了相应的光谱。
实验结果
实验结果显示，在较低的电压下，电子无法克服汞原子的束缚力，因此无法到达接收极，也就没有产生光谱。当电压进一步增加时，电子获得了足够的能量，能够克服汞原子的束缚力并达到接收极，此时会观察到一个明显的能谱峰。而随着电压的继续增加，电子的速度加快，撞击的能量逐渐增大，出现了多个能谱峰。这些能谱峰的出现与电子与汞原子碰撞后失去的动能有关，它们的出现提供了直接的证据，支持了德布罗意的波粒二象性理论。
实验意义
弗兰克赫兹实验的成功验证了量子力学的理论假设，为量子力学的发展奠定了坚实的基础。它揭示了微观世界中粒子行为的奇特特性，对后来量子力学的发展产生了深远的影响。弗兰克赫兹实验的结果也引发了对微粒的波粒二象性的深入探讨，为后来量子力学的建立和发展提供了重要的实验依据。
总之，弗兰克赫兹实验是物理学领域中具有重要意义的一次实验，它为我们揭示了微观世界的奇妙规律，对于推动物理学的发展产生了深远的影响。通过了解这一实验的背景、过程和结果，我们可以更好地理解量子力学的理论基础，以及它对我们对世界的认识所产生的深刻影响。
弗兰克赫兹实验实验报告 第3篇
实验目的
本实验为验证波尔模型的原子结构理论，探究氖原子在不同电压下的激发过程中，及其与电子碰撞后的能量损失特性。
实验设备
氖气管
高压电源
真空泵
电流计
示波器
数据记录仪
实验原理
弗兰克-赫兹实验基于电子和原子之间碰撞的能量转移过程。实验中，电子通过氖气管，一旦其动能达到氖原子激发态的能量，便会发生碰撞，导致氖原子的激发。当电子的能量不足以使氖原子激发时，电子将不会失去能量，因此电流强度将保持较低。
实验步骤
1. 将氖气充入气管，并通过真空泵确保管内真空环境。
2. 调整高压电源，逐步提高电子的加速电压。
3. 每逐步增加10V电压，记录通过电流计测得的电流强度和对应的电压值。
4. 重复实验三次以确认数据的可靠性。
数据记录
加速电压 (V) 电流强度 (mA)
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
数据分析
根据实验数据，随着加速电压的增加，电流强度在一定范围内不断上升，表明有更多的电子能够获得足够的能量与氖原子发生碰撞。然而，当电压达到70V时，电流明显减少，表现出特定的激发能量水平所导致的.能量损失现象。
根据波尔模型，氖原子的第一激发态能量约为16eV。通过数据可见，70V电压（相当于70eV）能量段内的碰撞导致的大量氖原子激发意味着电子能量的有效转化与损失。
结论
实验结果与波尔模型理论相符，进一步验证了氖原子在电子激发过程中的能量吸收特征。通过观察不同电压情况下的电流强度变化，得到氖原子的激发能量水平以及与电子碰撞的能量转移特性。本实验成功地展示了量子力学与原子行为之间的关联，为进一步深入了解原子结构和能级提供了重要的实验依据。
弗兰克赫兹实验实验报告 第4篇
沃弘樑11307110054 & 赵臻11307110080提纲∙原理简介∙第一部分第一激发电位的测量温度对第一激发电位曲线的影响高序数峰位的偏移∙第二部分电离能的测量○测量电离能时，不同条件下的能态曲线 高能级激发电位的测量○电子自由程对观察高能级吸收峰的影响实验原理与装置∙采用复旦双栅柱面型四极式F－H管G1、G2 分别为控制极栅和加速极栅，P、F、K 各为阳极、灯丝和阴极．V F( 1 ～5 V) ，V G1K( 0 ～5V) ，V G2K( 0 ～100 V) ，V G2P( 0 ～15 V) 分别为灯丝电压、抽取电压、加速电压和反向电压．图1 实验装置第一部分实验方法第一激发电位的测量图2 第一激发电位测量电路实验条件：温度190℃，灯丝电压2V，栅极电压，反向电压图3 汞原子第一激发电位的弗兰克-赫兹曲线去本底图4 第一激发电位曲线去本底相对误差汞原子的第一激发电位：()V实验条件：灯丝电压，栅极电压1V，反向电压1V图5 不同温度对曲线的影响(1)随着温度上升，电流先上升后下降，在150℃-160℃之间出现极小值实验条件：灯丝电压，栅极电压1V，反向电压1V图6 不同温度对曲线的影响(2)在140℃到170℃之间，随着温度上升，高级次峰位逐渐左移，温度再升高，移动不再明显电流随温度的异常平均自由程与电离的竞争？温度升高汞蒸气压上升减弱电子定向运动趋势失去能量的机会增多碰撞次数的增多减小电子平均自由程汞原子动能高碰撞发生电离电离的电子贡献板流低温高温温度对汞原子蒸汽压的影响汞蒸汽压对电子平均自由程影响汞原子碰撞发生电离？汞原子电离电离能℃时k B T约为考虑两个汞原子碰撞，一个汞原子把动能全部交给另一个汞原子发生电离，在MB分布下，这样的速度分布概率为e-260!不太可能由于碰撞发生电离板极产生电子或者发射正离子？灯丝发射电子随温度变化灯丝发射电流起始电流区过渡区饱和区峰-峰包络线表明大部分区域都应该处于(3)式(3)式中电流先上升后下降，但是实验的温度远小于极值点，因此电流随着温度上升是上升的，在温度较高时这一机制超过了平均自由程的影响，使电流增大高序数峰位的偏移图8 电子非弹性碰撞能量积累示意图Rapior G, Sengstock K, Baev V. New features of the Franck-Hertz experiment[J]. American journal of physics, 2006, 74(5):423-428.温度对峰位偏移的影响∙在140℃到170℃之间，随着温度上升，高级次峰位逐渐左移？∙温度低时，碰撞概率小∙每次积累的能量多∙峰位偏右程度大第二部分实验方法∙电离能的测量四极式离子流探测法V A0为起始电压，与很多因素有关，通过实测得出：电流从零上升时的加速电压V E 对应于 ，因此V A0=V E Ai 为发生电离时的加速电压，电离发生后，电流随电压增加直线上升，可通过直线拟合定出0(V V )i i A A E e =-电离能第一阶段：Va
弗兰克赫兹实验报告一、实验目的本实验旨在通过研究电子与原子的碰撞过程，测量汞原子的第一激发电位，从而验证原子能级的存在。
二、实验原理1、弗兰克赫兹实验原理图弗兰克赫兹实验的原理图如图 1 所示。
在充汞的玻璃管中，电子由热阴极 K 发出，在 K 和栅极 G 之间加上正向电压 UGK，形成加速电场，使电子加速。
在 G 和接收极 A 之间加反向电压 UGA，形成减速电场，只有能量足够大的电子才能克服这个电场到达A 极，形成电流。
2、电子与原子的碰撞当电子的能量小于汞原子的第一激发能时，电子与汞原子发生弹性碰撞，电子能量几乎不变。
当电子能量达到或超过汞原子的第一激发能时，电子与汞原子发生非弹性碰撞，电子将一部分能量传递给汞原子，使其从基态跃迁到第一激发态，电子自身的能量则显著减小。
3、电流电压特性曲线通过改变 UGK 的大小，测量相应的电流 IA，得到电流电压（IA UGK）特性曲线。
在曲线中，会出现一系列电流的峰值和谷值，相邻峰值或谷值之间的电压差即为汞原子的第一激发电位。
三、实验仪器弗兰克赫兹实验仪、示波器。
四、实验步骤1、仪器连接与预热将弗兰克赫兹实验仪与示波器正确连接，接通电源，预热约 30 分钟，使仪器工作稳定。
2、调整参数（1）调节灯丝电压 Uf，使阴极发射适量的电子。
（2）调节控制栅极电压 UG1K 和拒斥电压 UGA，使电流显示在合适的范围。
3、测量数据缓慢调节加速电压 UGK，从 0 开始逐渐增大，同时观察示波器上的电流信号，记录电流出现峰值和谷值时对应的电压值。
测量多个周期的数据。
4、数据处理根据记录的数据，绘制 IA UGK 特性曲线，通过分析曲线，确定汞原子的第一激发电位。
五、实验数据记录与处理1、实验数据记录表 1 实验数据记录表｜ UGK（V）｜ IA（μA）｜｜｜｜｜ 10 ｜ 02 ｜｜ 20 ｜ 05 ｜｜ 30 ｜ 10 ｜｜ 40 ｜ 20 ｜｜ 50 ｜ 35 ｜｜ 60 ｜ 50 ｜｜ 70 ｜ 65 ｜｜ 80 ｜ 80 ｜｜ 90 ｜ 95 ｜｜ 100 ｜ 110 ｜｜ 110 ｜ 125 ｜｜ 120 ｜ 140 ｜｜ 130 ｜ 155 ｜｜ 140 ｜ 170 ｜｜ 150 ｜ 185 ｜｜ 160 ｜ 200 ｜｜ 170 ｜ 215 ｜｜ 180 ｜ 230 ｜｜ 190 ｜ 245 ｜｜ 200 ｜ 260 ｜2、数据处理根据实验数据，绘制 IA UGK 特性曲线，如图 2 所示。
弗兰克赫兹实验实验报告 第5篇
实验目的
本实验为验证量子化能级的存在，通过观察氖气分子在不同电压下的激发和辐射情况，验证电子在原子内部的能级跃迁。
实验原理
弗兰克-赫兹实验基于以下原理：当处于气体状态的原子与高速电子碰撞时，如果电子的动能恰好等于原子内能级之间的能量差，原子会吸收这部分能量，从而发生激发。激发后的原子会通过辐射光子返回基态，并释放出相应的能量。
实验设备
1. 氖气气体管
2. 电子枪
3. 高压电源
4. 电流表
5. 电压表
6. 示波器
7. 真空泵
实验步骤
1. 使用真空泵将氖气管内的气体抽至低压状态。
2. 连接电子枪和高压电源，设置初始电压为0V，并逐步提高电压至200V。
3. 每升高10V，记录对应的电流值，直到电流达到稳定状态。
4. 使用示波器观察电子与氖气分子碰撞后的光谱，记录出现的波长和能量。
数据记录
电压 (V) 电流 (mA) 激发能量 (eV)
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
数据分析
从数据中可以看出，当电压达到某一特定值（约60V、90V时）后，电流出现了突降现象，这表明电子的动能已经足以使氖气原子激发到更高的能级，且激发的电子复合现象导致电流减少。
通过测得的波长和相应的激发能量，我们可以得出氖气的能级差为约 eV，这与文献值相符，为氖原子的.特征能级。
结论
本实验成功验证了量子化的能级概念，观测到电子激发氖原子后，电流的变化情况并与原子能级相关，非常符合理论预期。通过弗兰克-赫兹实验，可以进一步理解原子的结构及其能级分布，对量子物理的发展具有重要意义。