弗蘭克-赫茲試驗之馬矢奏春創作—試驗目的通過測定汞原子的第一激發電位，證明原子能級存在。二試驗原理1激發電勢玻爾的原子能級理論原子只能長時間的停留在—些穩定的狀態，〔簡稱定態〕。原子在這些狀態時，不放射或吸取能量；各定態有肯定的能量，其數值是彼此分隔的。原子的能量不管通過什么方式發生轉變，它只能從一個定態躍遷到另一個定態。原子從一個定態躍遷到了另一個定態而放射或吸取肯定的能量，輻射頻率是肯定的，滿足m hvE E m 原子實現能級躍遷的途徑之一，就是通過具有肯定能量的電子與原子碰撞的方式來實現的。設初速度為零的電子在電勢差為U的加速電場作用下，獲得的能量為eU，當具有這種能量的電子與淡薄氣體中的原子發生碰撞時，就會發生能量交換，如以E帶表汞原子的基態能量，E代表汞原子第一激發態1 2的能量，那么當汞原子從電子傳遞來的能量恰好為eU E E0 2 1

〔2〕時，汞原子就會從基態躍遷到第一激發態。相應的電勢差稱為汞的第一激發電勢〔中肯電勢〕。1

I/nAAUUGK/V圖3夫蘭克-赫茲管第一激發電勢的I-U 曲線A GKKGU供電子加速。在板極AGU。GK AG2KGGA有較大的能量〔≥eU〕，就能沖過反向拒斥電場而到達板極形成電AGPAKG的一局部能量給了汞原子而使后者激發的話，電子自己剩余的能量很少，以致功過柵極后缺乏以抑制拒斥電場而被折回到柵極。這時，通過微電流計的電流將顯著的減小。試驗時，觀看電流計的電流隨U漸漸增加時的現象。假設原子能GK級確實存在的話，而且基態與第一激發態有確定的能量差，就能觀看到3I-U曲線。曲線反映了汞原子在KGA GKKGKG來越大的能量。但起始階段，由于電壓較低，電子的能量較少，即使在運動過程中它與原子碰撞也只有較少的能量交換〔彈性碰撞〕。穿過柵IA〔OA〕。當KG間的電壓到達汞原子的第一激發電勢U0時，電子在柵極四周與汞原子相碰撞，將自己從加速電場中獲得的全部能量都交給后者，而且使后者從基態激發到第一激發態。而電子自己由于能量全部交給了汞原子，即使穿過了柵極也不克不及抑制拒斥電場而被折回柵極。所以板極電流IA將顯著減小〔圖AB段〕。隨著柵極電壓的正家，電子的能量也隨著增加，在與汞原子碰撞后還留下足夠的能量，可以抑制反向拒斥電場而到達板極A，這時電流有開頭上升〔BC段〕。直到KG間電壓是二倍的汞原子的第一激發電勢時，電子在KG空間又會由于二次碰撞而失去能量，因而又造成了其次次板極電流的下降〔CD〕，同理GK UnU〔n=1，2，3，……〕GK m1 凡符合〔3〕式的地方板極電流都會下跌，形成規章起伏變更的IA-UGK曲線。而各次板極電流下降相對應的陰、柵極電壓差Um1 三試驗儀器FH-1A〔加熱爐、微電流丈量放大器〕、溫度計。四試驗內容及步調1正確連接線路，A、G、H、K2將微電流放大器，工作選擇置于5

DC，工作狀態置于R，柵極電壓3180℃時調零〔10-5檔位〕和滿度〔FULL〕。4緩慢增加柵極電壓，粗略全面觀看一次IAμA滿度時相應的轉變倍率。50VIA。讀出IA4。為了準確反映試驗規律，在峰谷值的兩側分別記兩組數據。6、試驗完畢，微電流放大器工作選擇，工作狀態置于O，柵極電壓調到最小，只關閉加熱爐點驗，不要關閉微電流放大器。五、數據記錄及處理試驗數據記錄峰1 谷1 峰2 谷2 峰3 谷3 峰4 谷4UGK/VIA/μA〔10-5〕數據處理依據試驗原理可以得到第一激發電勢為H或 ，得U UnU U U UnU H或 ，得0 峰n1 峰n 0 谷n1 谷n故不確定度計算AB合成不確定度第一激發電勢為六試驗結果及爭論1、由試驗圖象可以驗證了汞原子的能級存在，并依據試驗數據計0算得到汞原子的第一激發電勢為U0U(4.60.3)V，與公認的理論值U 4.9V符合的較好。02、誤差可能消滅的緣由溫度的微小變更引起的誤差；讀數時的視覺誤差；儀器自身的誤差。開頭階段電流變更不明顯，誤差可能較大。七留意事項1連線時留意A、K、G、H2對微電流放大器先進展預熱，在接通加