夫兰克—赫兹试验曲线的影响因素及分析赫兹试验曲线的影响因素及.PDF

夫兰克—赫兹实验曲线的影响因素及分析 夫夫兰兰克克——赫赫兹兹实实验验曲曲线线的的影影响响因因素素及及分分析析 0457040 材料物理 邱翔 摘要 摘摘要要：主要介绍了在夫兰克—赫兹实验中炉温、灯丝电压等因素对I —V 曲线 P G2K 的影响，得出了这些因素变化时实验曲线的变化规律，并分析出现这种变化的原 因。 关键词 关关键键词词：夫兰克—赫兹实验，炉温，灯丝电压 AnAnalysis ofThe Aspects Affecting the Curve in Franck－Hertz Experiment Abstract AAbbssttrraacctt:In this paper,several factors affecting the I —V curve are introduced. The P G2K transform regularityof the curve affected byabove-mentioned factors is presentes,and the reasonfor the changes is analyzed. Keywords KKeeyywwoorrddss:Franck-Hertzexperiment,furnace temperature,filamentvoltage 1 实验原理及装置 11 实实验验原原理理及及装装置置 夫兰克—赫兹实验测量Hg第一激发能的实验装置如图一。图中夫兰克—赫 兹管中充入待测的气体汞蒸气，由于热阴极 K发射电子，发射出来的电子在加 速的过程中和Hg蒸气的原子发生碰撞，当加速电压比较小的时候，电子和原子 只能发生弹性碰撞，当电压值达到或者超过Hg原子的第一激发电位时，电子和 原子发生非弹性碰撞，电子碰撞损失的能量传递给Hg气体原子，使其激发到第 一激发态，这时电子剩下的能量比较小，通过G 后能量较低的电子不能到达板 2 极，这样得到的板极电流I 会随加速电压 V 的变化而呈现出规律性的变化， P G2K 如图二中所示。 图一 测量Hg第一激发能原理示意图 图二 Hg第一激发能态曲线I —V P G2K 2 影响IP—VG2K曲线的因素及分析 22 影影响响IIPP——VVGG22KK曲曲线线的的因因素素及及分分析析 I 炉温的变化对曲线的影响 II 炉炉温温的的变变化化对对曲曲线线的的影影响响 保持灯丝电压V 以及V 、V 等其他因素不变，改变炉温T 来测量Hg原 F G1K G2P 子第一激发能，I —V 所得到的曲线如下图(横坐标为V ，纵坐标为I )： P G2K G2K P 0 显然在上图中可以发现，炉温在 130 C 以上才可以得到比较好的 I —V P G2K 曲线，并且伴随着炉温的上升，曲线整体向下移动，曲线的第一个峰位向右方移 动，并且峰间距逐渐减小。 从气体分子运动的理论可知，气体分子之间碰撞的频率和气体分子的平均运 动速率以及气体分子的密度成正比。当炉温升高的时候，Hg蒸气的蒸气压升高， 这样单位体积内的Hg蒸气原子数目也增多，即Hg蒸气原子的密度增大，从而 使电子与Hg蒸气原子碰撞的几率增大，在灯丝电压VF以及VG1K、VG2P等 其他条件不变的条件下，单位时间内与Hg蒸气碰撞的电子