重要的事情放到上面：
本文大多数内容（包括实验目的、实验原理、实验仪器、实验内容、思考题）均始于学院化学实验指导书，并非本人原创，其余均为本人原创。
实验数据均为本人经过实验得出，置于这儿是为了展示完整的实验报告，并供读者参考和学习，请端正学习态度，请勿剽窃、无故更改、伪造实验数据！
由于技术缘由，有一些数字抒发在这写得不标准。
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实验过程杂谈视频：
实验报告正文：
一、实验目的
1.了解弗兰克-赫兹实验的原理和技巧。
2.测定氩原子的第一迸发电位。
二、实验原理
1.波尔的原子理论：
（1）原子只能处于一些不连续的能量状态，即E1、E2、E3、…，处在这种状态的原子是稳定的，称为“定态”。其中E1叫能级，E2、E3，…，叫迸发态。原子的能量不论通过哪些方法发生改变，只能使原子从一个定态跃迁到另一个定态。
（2）原子从一个定态跃迁到另一个定态时，它将发射或吸收一定频度的电磁波。假如用Em和En分别代表原子的两个定态的能量，则发射或吸收幅射的频度由以下关系决定：
2.弗兰克-赫兹实验的原理：
原子在正常情况下处于能级，当原子吸收电磁波或遭到其他有足够能量的粒子碰撞而交换能量时，可由能级跃迁到能量较高的迸发态。从能级跃迁到第一迸发态所须要的能量称为临界能量。原子从低基态向高基态跃迁，可以通过具有一定能量的电子与原子相碰撞进行能量交换来实现。本实验就是让电子在真空中与氩原子相碰撞。设氩原子的能级能量为E1，第一迸发态的能量为E2，从能级跃迁到第一迸发态所需的能量就是△E=E2-E1。初速率为零的电子在电位差为V的加速电场作用下具有能量eV，若eV＜E2-E1，则电子与氩原子只能发生弹性碰撞，两者之间几乎没有能量转移。当电子的能量eV≥E2-E1时，电子与氩原子都会发生非弹性碰撞，氩原子将从电子的能量中吸收相当于E2-E1的那份能量，使自己从能级跃迁到第一迸发态，而多余的部份仍留给电子。设使电子具有E2-E1能量所需加速电场的电位差U0，则eU0=E2-E1，式中U0为氩原子的第一迸发电位，是本实验要测的数学量。
3.弗兰克-赫兹实验的方式：
如右图所示，充氢气的F-H管中，电子由热阴极发出，第一基极G1很紧靠阴极K，电位比阴极稍高，作用是去除阴极电子的散射。第一基极G1和第二载流子G2之间的加速电流UG2使电子加速，且G1和G2之宽度离较大，以保证电子在G1和G2之间和氩原子有足够的碰撞概率，在极板P和电枢G2之间有减速电流（也叫拒斥电流）UP。当电子通过基极G2步入G2P空间吋，假如剩余能量小于eUP，才能抵达极板P，即产生电压IP。电子在G1G2空间与氩原子发生碰撞，电子把一部份能量给了氩原子，本身剩余的能量大于eUp，则电子不能抵达极板P，倘若发生这样情况的电子好多，电压表中的电压将明显升高。
实验时，把UG2的电流逐步降低，电子在G1G2空间的电场作用下被加速而获得越来越大的能量。但在起始阶段，电流UG2较低，电子的能量较小，虽然在运动过程中与氩原子相碰撞（为弹性碰撞），也只有微小的能量交换。这样，穿过第二载流子G2的电子所产生的电压Ip随第二载流子电流的降低而减小（见右图中oa段）。当UG2达到氩原子的第一迸发电位时，电子在第二载流子附近与氩原子相碰撞（此吋形成非弹性碰撞）。电子把从加速电场中获得的全部能量传递给氩原子，使氩原子从能级迸发到第一迸发态，而电子本身因为把全部能量传递给了氩原子，它虽然穿过第二基频，也不能克服反向拒斥电流UP而被折回第二载流子。所以电压IP将明显降低（见右图中ab段）。氩原子在第一迸发态不稳定，会跃迁回能级，同时以光子方式向外幅射能量。之后随着第二载流子电流UG2的降低，电子的能量也急剧降低，与氩原子相碰撞后还留下足够的能量，这就可以克服拒斥电流UP的斥力而抵达极板P，这时电压又开始上升（见右图中bc段），直至UG2是2倍氩原子的第一迸发电位时，电子在G1G2空间会因两次非弹性碰撞而丧失能量，结果板极电压Ip第二次增长（见右图中cd段），这些能量转移随着加速电流的降低而呈周期性的变化。以UG2为横座标，以板极电压IP为纵座标就可以得到谱峰曲线，两相邻谷点（或峰尖）间的加速电流差值，即为氩原子的第一迸发电位值。实验发觉第一迸发电位是个定值，这就证明了氩原子能量状态的不连续性。
注意：第一基极G1和阴极K之间的加速电流UG1约为1.5V，用于去除阴极电流散射的影响。
三、实验仪器
1.技术指标：
（1）F-H好使电源组：
提供F-H管各电极所需的工作电源电流和性能如下所示。
①灯丝电源电流UF，直流，1.3〜5V，连续可调。
②栅极G1—阴极间电源电流UG1：直流，0〜6V，连续可调。
③栅极G2—阴极间电流电源UG2：直流，0〜90V，连续可调。
（2）扫描电源和微电流放大器：
扫描电源提供可调直流电流或输出锯齿波电流作为F-H管电子加速电流。直流电流供自动检测，锯齿波电流供示波器、X-Y记录仪和微机用。微电流放大器拿来测量F-H管的板流Ip，性能如下所示。
①具有“手动”和“自动”两种扫描方法：“手动”输出0〜90V直流电流，连续可调；“自动”输出0〜90V锯齿波电流，扫描上限可以设定。
②扫描速度分“快速”和“慢速”两挡：“快速”是周期约为20次/秒的锯齿波，供示波器和微机用；“慢速”是周期约为0.5次/秒的锯齿波，供X-Y记录仪用。
③微电流放大器检测范围有1nA，10nA，100nA，1μA四挡。
2.面板及功能：
FD-FH-I弗兰克-赫兹仪的控制面板如右图所示。
（1）Ip显示表头：表头示数×指示挡位为Ip实际值。
（2）Ip微电流放大器阻值选择开关：分1μA、100nA、10nA、1nA四挡。
（3）数字电流表头：可以分别显示UF、UG1、UP、UG2值，其中UG2值为数字式表头示值×10V。
（4）UG2电流调节旋钮，UP电流调节旋钮，UG1电流调节旋钮，UF电流调节旋钮。
（5）电流示值选择开关，可以分别选择UF、UG1、UP、UG2。
（6）IP输出端口，接示波器Y端，X-Y记录仪Y端或则微机插口的电压输入端。
（7）UG2扫描方法选择开关，“快速”挡供接示波器观察IP-UG2曲线或微机用，“手动”挡供手测记录数据使用。
（8）UG2输出端口，接示波器X端、X-Y记录仪X端或微机插口电流输入端。
（9）电源开关。
3.仪器操作说明：
（1）示波器演示法：
①连好主机的后面板电源线，用Q9线将主机正面板上“UG2输出”与示波器上的“X相”（供外触发使用）相连，“IP输出”与示波器“Y相”相连。
②将扫描开关放在“自动”挡，扫描速率开关放在“快速”挡，微电流放大器阻值选择开关放在“10nA”挡。
③分别将示波器“X”、“Y”电压调节旋钮调至“1V”和“2V”，“扫描周期”旋钮调至“x-y”，“交直流”全部打到“DC”。
④分别开启主机和示波器电源开关，稍等片刻。
⑤分别调节UG1、UP、UF（可以先参考给出值）至合适逢（参考仪器壳体给出值），将UG2由小渐渐调大（以F-H管不击穿为界），直到示波器上呈现充氩管稳定的IP-UG2曲线。
（2）自动检测法：
①调节UG2至最小，扫描开关放在“手动”挡，打开主机电源。
②选取合适的实验条件，分别调节UG1、UP、UF至合适逢（可以先参考给出值），以自动方法逐步减小UG2，同时观察IP的变化，适当调整预置UG1、UP、UF值，使UG2由小到大才能出现5个以上峰。
③选取合适实验点，分别从数字式表头上读取IP和UG2值，再画图可得IP-UG2曲线，注意示值和实际值的关系。
例IP表头示值为“3.23”，电压阻值选择“10nA”挡，则实际检测IP电压值应当为“32.3nA”；UG2表头示值为“6.35”，实际值为“63.5V”。
4.仪器使用注意事项：
（1）仪器应当检测无误后才会接电源，开、关电源前应先将各电位器逆秒针旋转至最小值位置。
（2）钨丝电流UF不宜放得过大，通常在3V左右，如电压偏小再适当降低。
（3）要避免F-H管被击穿（电压随之减小），如发生击穿应立刻下调UG2以免F-H管损坏。
（4）F-H管管为玻璃制品，不耐冲击，应重点保护。
（5）实验完毕，应将各电位器逆秒针旋转至最小值位置。
四、实验内容
手绘或使用记录仪测氩的Ip-UG2曲线，并观察原子能量量子化情况，由此求出氩（Ar）原子的第一迸发电位。
实验要求有以下几点。
（1）实验条件：UF为3V左右电压和电流的符号分别是什么，UG1为1V左右，UP为8V左右（每台仪器有所差异，仪器壳体上有给出的参考值）。用自动方法改变UG2，同时观察微电压计上的Ip随UG2的变化情况。假如UG2降低时电压迅速降低，则表明F-H管形成击穿，此时应立刻增加UG2。假如希望有较大的击穿电流，可以通过增加钨丝电流来达到。
（2）适当调整实验条件，使微电压计能出现5个峰以上，波峰波谷显著。
（3）选定合适的实验点记录数据，使之能完整真实地绘出Ip-UG2曲线或用记录仪记下Ip-UG2曲线。
（4）处理Ip-UG2曲线，求出氩的第一迸发电位。
五、数据记录
UF=2.57V，UG1=1.38V，UP=8.25V
六、数据处理
1.画出加速电流和电路中电流之间的关系：
2.算出氩原子的第一迸发电位：
七、结果陈述
求得氩原子的第一迸发电位为11.56V，相对偏差为-0.34%。
八、实验总结与思索题
1.实验总结：
本次实验完满完成。
2.思索题：
第一峰对应的电流与第一迸发电位是否是一致的？为何？
不等于，一开始的UG2降低是为了给电子克服减速电流（拒斥电流），此时电子能抵达极板P，开始形成电压，之后继续降低UG2电压和电流的符号分别是什么，电压IP降低，当UG2达到克服减速电流所要电流与第一迸发电位之和时，电子和氩原子发生弹性碰撞，因而电压IP增长，所以二者关系应是第一峰对应的电流>氩原子第一迸发电位。
九、相关题
1.第一基极电流UG1、第二基极电流UG2和减速电流UP的作用分别是（B）
A.形成并加速电子，使电子加速，使电子减速
B.清除阴极电子散射，使电子加速，使电子减速
C.使电子加速，去除阴极电子散射，使电子减速
2.当减小加速电流时，极板电压将（），当降低拒斥电流时，极板电压将（）
标准答案：D
A.减少，减小
B.降低，减少
C.减小，减小
D.减小，减少
3.减小钨丝电流时，极板电压将（A）
A.减小
B.减少
C.不变
4.在IP-UG2曲线的第一个峰左右两边附近电子和氩原子之间的碰撞类型为（C）
A.都为弹性碰撞
B.都为非弹性碰撞
C.两侧为弹性碰撞，两侧为弹性碰撞和非弹性碰撞
D.两侧为非弹性碰撞，两侧为弹性碰撞
5.若一个原子从低基态Em跳跃到高基态En，须要吸收的能量E大小为（A）
A.E=En-Em
B.E=Em-En
6.弗兰克-赫兹管的IP-UG2曲线相邻两峰对应的电流差表示（B）
A.拒斥电流
B.氩原子的第一迸发电位
C.氩原子的第二迸发电位
7.当UG2的值等于IP-UG2曲线的第三个峰的位置时，在第一基极G1和第二载流子G2之间有（）个能量吸收区域，分别坐落（）
标准答案：D
A.2个，G1G2的三等分点处
B.2个，G1G2的中点和G2处
C.4个，G1G2的四等分点和G2处
D.3个，G1G2的三等分点和G2处
8.假如氩原子的第一迸发电位为U0，加速电流从0降低到最大值Umax，则IP-UG2曲线的峰的个数（A）
A.大于Umax/U0
B.等于Umax/U0
C.小于Umax/U0
9.弗兰克-赫兹仪的UG2输出和IP输出应分别接联接至示波器的（B）
A.Y输入和X输入
B.X输入和Y输入
10.求氩原子基态的第一迸发电位时，我们用相邻两个峰之间的（A）相乘
A.横座标
B.纵座标
11.实验中没有观察到氩原子第二迸发基态，是由于（C）
A.第二基态太大了
B.电子在氩原子第二基态上逗留的时间太紧了
C.电子加速到第一基态大小时即与氩原子交换能量
12.电子具有足够的能量后与氩原子发送非弹性碰撞，氩原子从电子吸收相当于第一迸发电位的能量，使自己从能级跃迁到第一迸发态，多余部份的能量（B）
A.以光子方式幅射
B.仍留给电子
C.转化为原子核的振动能
13.把弗兰克-赫兹试验仪的UG2和IP输出端分别接到示波器的X和Y输入，即可在示波器的屏幕上显示IP-UG2曲线，假如实验中发觉峰作词线的峰-谷宽度太小，应当尝试（A）
A.减少示波器竖直方向上每小格代表的数值
B.减少示波器水平方向上每小格代表的数值
C.减小示波器水平方向上每小格代表的数值
D.减小示波器竖直方向上每小格代表的数值
14.弗兰克-赫兹实验的实验目的是（BC）
A.测定氩原子与电子的非弹性碰撞概率
B.测定氩原子的第一迸发电位
C.验证原子的基态是分立的
15.原子正常情况下处于能级，下边这些情况可使原子由能级跃迁到迸发态（ABC）
A.碰撞
B.加热
C.光照
D.液化
16.氢原子只能处于一些不连续的能量状态，即E1、E2、E3、…，处于这种状态的原子是稳定的，称为【1】。其中E1叫【2】，E2、E3叫【3】。
答案选项：A，能级；B，迸发态；C，定态
标准答案：C;A;B
