一、實驗目的
1. 通過測定汞原子的第一激發點位，證明原子能記得存在。
2. 學習測量微電流的方法。
二、實驗原理
（一）原子能級
根據玻爾理論，原子只能處在一些不連續的定態中，每一定態相應於一定的能量，常稱為能級。受激原子在能級間躍遷時，要吸收或發射一定頻率的光子。然而，原子若與具有一定能量的電子發生碰撞，也可使原子從低能級躍遷到高能級。
夫蘭克－赫茲實驗正是利用電子與原子的碰撞實現這種躍遷的。電子在加速電壓ｕ的作用下獲得能量，表現為電子的動能，當時，即可實現躍遷。若原子吸收能量。
從基態躍遷到第一激發態，則稱為第一激發電位或中肯電位。
汞原子基態之上的最低一組能級如右圖所示。汞原子基態為由二個6s 電子組成的，較近的激發態為由乙個6s 電子和乙個6p 的電子構成的單能級和， 和組成的三能級。只有為允許自發躍遷態：
,發出波長為253.7nm的紫外光，對應能量為。 和為亞穩態，因的躍遷屬於禁戒躍遷，所以通常把態稱為汞的第一激發態。
（二）原理說明
實驗原理圖如圖2和圖3所示，充汞的夫蘭克-赫茲管，其陰極k被燈絲h加熱，發射電子。電子在k 和柵極g 之間被加速電壓加速而獲得能量，並與汞原子碰撞，柵極與板極a之間加反向拒斥電壓，只有穿過柵極後仍有較大動能的電子，才能克服拒斥電場作用，到達板極形成板流。
以下是根據實驗得出的曲線示意圖，每當時都會下降，曲線上兩個相鄰的峰（谷）的間距即為原子第一激發電位。
三、實驗儀器
f—h 實驗管， wmzk—01 溫度控制儀，電腦化x—y 記錄儀，fh—ii 型夫蘭克—赫茲實驗儀
四、實驗資料與結論
（一）標準系統引數：
燈絲電壓；加速電壓；反向拒斥電壓；溫度
圖5利用origin拾取峰值後得到如下資料（表1），並線性擬合如圖6：
表1圖6
從圖中可以讀出本次試驗標準引數下的原子第一激發點位（及曲線斜率）。
（二）改變溫度，研究溫度對曲線的影響：
燈絲電壓；加速電壓；反向拒斥電壓
分別測，，下的資料與上述資料對比。用類似的處理方法，有以下資料（表2）：
表2通過比較有：
（1）hg原子的第一激發電位在5.1v左右；
（2）實驗中第一峰值並不在4.9v處，而是沿軸向右平移；
（3）隨著溫度的公升高，第一激發電位有小幅下降，直觀圖形如圖7。
分析：對於（2），這是由於系統接觸電位差引起的；
對於（3），溫度的改變引起hg蒸氣飽和氣壓的改變，即汞蒸氣的密度變化，從而導致電子的平均自由程改變。溫度公升高時， 較短，電子由加速電場獲得的能量小，因而電子在兩次碰撞之間得到足夠的能量去激發hg原子到較高能級的機會較小，而激發到低能級的可能性大。電子平均自由程增大，從而使電子與汞原子的碰撞趨於更頻繁，使本底電流減小，曲線的峰數增多，第一激發電位減小。
圖7（二）改變燈絲電壓，研究其對實驗的影響(定性)：
加速電壓；反向拒斥電壓；溫度
分別測，，，，，情況下的實驗資料，運用類似於（一）和（二）中的處理方法，將各種情況下的峰值（）分列如下，並線性擬合求得斜率（原子第一激發電位）以及作出對比圖：
表3圖8
通過比較有：
（1）燈絲電壓的變化對極板電流的影響非常劇烈；
（2）在其他條件相同的情況下，燈絲電壓越高，極板電流越大。
分析:燈絲電壓變大導致燈絲實際功率變大，燈絲的溫度公升高，從而在其他引數不變得情況下，單位時間到達極板的電子數增加，從而極板電流增大。燈絲電壓不能過高或過低。
因為燈絲電壓的高低，確定了陰極的工作溫度，按照熱電子發射的規律，影響陰極熱電子的發射能力。燈絲電位低，陰極的發射電子的能力減小，使得在碰撞區與汞原子相碰撞的電子減少，從而使板極a所檢測到的電流減小，給檢測帶來困難，從而致使曲線的解析度下降；燈絲電壓高，按照上面的分析，燈絲電壓的提高能提高電流的解析度。但燈絲電壓高, 致使陰極的熱電子發射能力增加，同時電子的初速增大，引起逃逸電子增多，相鄰峰、谷值的差值卻減小了。
（四）改變加速電壓，研究其對實驗的影響(定性)：
燈絲電壓；反向拒斥電壓；溫度
分別測，，情況下的實驗資料，作出對比圖：
圖9基於以上分析，我們得出如下結論：在其他條件不變的情況下，加速電壓增大，極板電流增大，
分析:加速電壓越大，電子獲得的動能就越大，在相同的條件下到達極板的概率就增加，總的來說到達極板的電子數增加，因此極板電流增大。
（五）改變反向拒斥電壓，研究其對實驗的影響(定性)：
燈絲電壓；加速電壓；溫度
分別測，，情況下的實驗資料，運用類似於之前的處理方法，將各種情況下的峰值（）分列如下，並線性擬合求得斜率（原子第一激發電位）以及作出對比圖：
圖10基於以上分析，我們得出如下結論：拒斥電壓增大時，極板電流減小。
分析:拒斥電壓增大時，在相同的條件下到達極板的電子所需的動能就越大，一些在較小的拒斥電壓下能到達極板的電子在拒斥電壓公升高後就不能到達極板了。總的來說到達極板的電子數減小，因此極板電流減小。
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一 實驗目的 1 了解弗蘭克 赫茲試驗的原理和方法 2 學習測定氬原子的第一激發電位的方法 3 證明原子能級的存在，加強對能級概念的理解。二 實驗原理 玻爾提出的原子理論指出 原子只能較長地停留在一些穩定的狀態。原子在這種狀態時，不發射或吸收能量。各定態有一定的能量，其數值是彼此分隔得。原子的能量不...
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