智能夫兰克-赫兹试验仪-南京理工大学紫金学院物理试验中心.DOC

WS-FHZ 智能夫兰克—赫兹实验仪 用户手册 用户名： student 密 码 : student 南京理工大学紫金学院物理实验室 目 录 WS-FHZ智能夫兰克-赫兹实验仪产品规格 2 WS-FHZ智能夫兰克-赫兹实验仪装箱清单 2 夫兰克-赫兹实验简介 3 一、引言 3 二、实验目的 3 三、实验原理 3 WS-FHZ智能夫兰克-赫兹实验仪实验操作说明 5 一、WS-FHZ智能夫兰克-赫兹实验仪简介 5 二、WS-FHZ智能夫兰克-赫兹实验仪前面板功能说明 6 三、WS-FHZ智能夫兰克-赫兹实验仪后面板功能说明 7 四、WS-FHZ智能夫兰克-赫兹实验仪连线说明 7 五、WS-FHZ智能夫兰克-赫兹实验仪基本操作 8 1、开机后的初始状态 8 2、手动测试 8 3、自动测试 8 4、示波器显示输出 10 5、建议工作状态范围 10 WS-FHZ智能夫兰克-赫兹实验仪产品规格 电源电压： ～220V，50Hz 最大电源电流：0.5A 保险管： 1A,延迟保险 输出电压 灯丝电压（VF）： 0～6.3V,～±1% 第一栅极电压（VG1K）：0～5V,～±1% 第二栅极电压（VG2K）：0～100V,～±2% 拒斥电压（VG2A）： 0～12V,～±1% 输入电流：1uA～1mA（最大量程），四档 ±1% 体积仪器：402×150×310mm WS-FHZ智能夫兰克-赫兹实验仪装箱清单 WS-FHZ智能夫兰克—赫兹实验仪主机 电源线 实验连接线 BNC连接线 智能夫兰克—赫兹实验仪用户手册 备用保险管（1A）（已装于电源插座保险备管座内） 夫兰克-赫兹实验简介 一、引言 众所周知，近代物理的标志是量子理论的建立，而量子理论的实验基础是原子光谱和各类碰撞研究。 1913年，丹麦物理学家玻尔（N.Bohr）在卢瑟福原子核模型的基础上，结合普朗克的量子理论，成功地解释了原子的稳定性和原子的线状光谱理论，玻尔原子结构理论发表的第二年，即1914年，夫兰克（J.Frank）和赫兹（G.Hertz）用慢电子与稀薄气体原子碰撞的方法，使原子从低能级激发到较高能级，通过测量电子和原子碰撞时交换某一定值的能量，直接证明了原子内部量子化能级的存在。同时，也证明了原子发生跃迁时吸收和发射的能量是完全确定的、不连续的，给玻尔的原子理论提供了直接的而且是独立于光谱研究方法的实验证据。由于此项卓越的成就，他俩获得了1925年的诺贝尔物理学奖。 二、实验目的 通过测定氩原子的第一激发电位，证明原子能级的存在。 分析温度、灯丝电流等因素对F-H实验曲线的影响。 了解计算机实时测控系统的一般原理和使用方法。 三、实验原理 根据玻尔理论，原子只能较长久地停留在一些稳定状态（即定态），其中每一状态对应于一定的能量值，各定态的能量是分立的，原子只能吸收或辐射相当于两定态间能量差的能量。如果处于基态的原子要发生状态改变，所具备的能量不能少于原子从基态跃迁到第一激发态时所需要的能量。夫兰克—赫兹实验室通过具有一定能量的电子与原子碰撞，进行能量交换而实现原子从基态到高能态的跃迁。 设氩原子的基态能量为E1，第一激发态的能量为E2，初速为零的电子在电位差为V0的加速电场的作用下，获得能量为eV0，具有这种能量的电子与氩原子发生碰撞，当电子能量eV0E2-E1时，电子与氩原子只能发生弹性碰撞，由于电子质量比氩原子质量小得多，电子能量损失很少。如果eV0≥E2-E1=(E，则电子与氩原子会产生非弹性碰撞。氩原子从电子中取得能量(E，而由基态跃迁到第一激发态，eV0=(E。相应的电位差V0即为氩原子的第一激发电位。 夫兰克—赫兹实验原理如图一所示。 在充氩的夫兰克—赫兹管中，电子由热阴极发出，阴极K和栅极G之间的加速电压VGK使电子加速。在板极A和栅极G之间加有减速电压VAG，管内电位分布如图二所示，当电子通过KG空间进入GA空间时，如果能量大于eVAG就能达到板极形成板流。电子在KG空间与氩原子发生了非弹性碰撞后，电子本身剩余的能量小于eVAG，则电子不能到达板极，板极电流将会随栅极电压增加而减少。实验时使VGK逐渐增加，仔细观察板极电压的变化我们将观察到如图三所示的IA～VGK曲线。 随着VGK的增加，电子能量增加，当电子与氩原子碰撞后还留下足够的能量，可以克服GA空间的减速场而到达板极A时，板极电流又开始上升。如果电子在KG空间得到的能量eV0=2(E时，电子在KG空间会因二次弹性碰撞而失去能量，而造成第二次板极电流下降。 在VGK较高的情况下，电子在跑向栅极的路程中，将与氩原子发生多次非弹性碰撞。只要VGK＝nV0（n=1,2,…..），就发生这种碰撞。在IA～VGK曲线上将出