實(shí)驗(yàn)內(nèi)容: 1.熟悉實(shí)驗(yàn)裝置,掌握實(shí)驗(yàn)條件。 該實(shí)驗(yàn)裝置由F-H管、恒溫加熱電爐及F-H實(shí)驗(yàn)裝置構(gòu)成,其裝置結(jié)構(gòu)如下圖所示: C:Documents and SettingsAdministrator.EUPMS_1.000桌面3.jpg F-V管中有足夠的液態(tài)汞,保證在使用溫度范圍內(nèi)管內(nèi)汞蒸氣總處于飽和狀態(tài)。一般溫度在100 C至250 C。并且由于Hg對(duì)溫度的靈敏度高,所以溫度要調(diào)好,不能讓它變化太大。燈絲電壓控制著陰極K發(fā)射電子的密度和能量分布,其變化直接影響曲線的形狀和每個(gè)峰的位置,是一個(gè)關(guān)鍵的條件。 2.測(cè)量Hg的第一激發(fā)電位。 1)起動(dòng)恒溫控制器,加熱地F-H管,使?fàn)t溫穩(wěn)定在157 C,并選擇合適的燈絲電壓,VG1K=2.5V,VG2p=1.5V,Vf=1.3V。 2)改變VG2k的值,并記錄下對(duì)應(yīng)的Ip值上(每隔0.2V記錄一個(gè)數(shù)據(jù))。 3)作數(shù)據(jù)處理,作出對(duì)應(yīng)的Ip-VG2k圖,并求出Hg的第一激發(fā)電位(用逐差法)。 3.測(cè)Ar原子的第一激發(fā)電位。 1)調(diào)節(jié)好相關(guān)的數(shù)據(jù):Vp=8.36V,VG1=1.62V,VG2k=0~100V,Vf=2.64V; 2)將相關(guān)檔位調(diào)到自由檔位,在示波器上觀看得到的Ip-VG2k圖,是否符合實(shí)驗(yàn)要求(有六個(gè)以上的波峰)。再將相關(guān)檔位調(diào)到手動(dòng)檔位。 3)手動(dòng)改變VG2k的值,并記錄下對(duì)應(yīng)的Ip值上(每隔0.05V記錄一個(gè)數(shù)據(jù))。 4)作數(shù)據(jù)處理,作出對(duì)應(yīng)的Ip-VG2k圖,并求出Hg的第一激發(fā)電位(用逐差法)。 4.得出結(jié)論。 原始數(shù)據(jù): 1. Vf=1.3V VG1K=2.5V VG2p=1.5V T=157 C 求汞原子的第一激發(fā)電位的數(shù)據(jù)表 大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告-弗蘭克赫茲實(shí)驗(yàn) - zhou198865 - zhou198865的博客 2. Vp=8.36V VG1=1.62V VG2k=0~100V Vf=2.64V 求Ar原子的第一激發(fā)電位的數(shù)據(jù)表 大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告-弗蘭克赫茲實(shí)驗(yàn) - zhou198865 - zhou198865的博客 數(shù)據(jù)處理: 1. 求Hg原子的第一激發(fā)電位。 將在實(shí)驗(yàn)中記錄下的數(shù)據(jù),以點(diǎn)的形式描在x-y坐標(biāo)上,并用平滑曲線連接后得到的圖形為:大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告-弗蘭克赫茲實(shí)驗(yàn) - zhou198865 - zhou198865的博客 得到的七個(gè)峰值(Ip),對(duì)應(yīng)的UG2K依次為:U1=7.0V , U2=11.6V , U3=16.0V , U4=21.0V , U5=25.8 V, U6=30.6V , U7=35.6V . 設(shè)Ux為Hg的第一激發(fā)電位,則有下列式子(逐差法): 4*Ux1=U5-U1=25.8V-7.0V=18.8V, Ux1=4.7V; 4*Ux2=U6-U2=30.6V-11.6V=19.0V, Ux2=4.8V; 4*Ux3=U7-U3=35.6V-16.0V=19.6V, Ux3=4.9V 則大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告-弗蘭克赫茲實(shí)驗(yàn) - zhou198865 - zhou198865的博客=大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告-弗蘭克赫茲實(shí)驗(yàn) - zhou198865 - zhou198865的博客=4.8V. 不確定度分析: uA=大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告-弗蘭克赫茲實(shí)驗(yàn) - zhou198865 - zhou198865的博客 u0.68=1.32*uA=1.32*0.06V=0.08V. 則Ux=大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告-弗蘭克赫茲實(shí)驗(yàn) - zhou198865 - zhou198865的博客大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告-弗蘭克赫茲實(shí)驗(yàn) - zhou198865 - zhou198865的博客u0.68=4.8大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告-弗蘭克赫茲實(shí)驗(yàn) - zhou198865 - zhou198865的博客0.08V. 2. 求Ar原子的第一激發(fā)電位。 將在實(shí)驗(yàn)中記錄下的數(shù)據(jù),以點(diǎn)的形式描在x-y坐標(biāo)上,并用平滑曲線連接后得到的圖形為:大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告-弗蘭克赫茲實(shí)驗(yàn) - zhou198865 - zhou198865的博客 得到的六個(gè)峰值(Ip),對(duì)應(yīng)的UG2K依次為:U1=3.00V , U2=4.15V , U3=5.35V , U4=6.60V , U5=7.90V, U6=9.20V . 設(shè)Ux為Hg的第一激發(fā)電位,則有下列式子(逐差法): 3*Ux1=U4-U1=6.60V-3.00V=3.60V, Ux1=1.20V; 3*Ux2=U5-U2=7.90V-4.15V=3.75V, Ux2=1.25V; 3*Ux3=U6-U3=9.20V-5.35V=3.85V, Ux3=1.28V 則 大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告-弗蘭克赫茲實(shí)驗(yàn) - zhou198865 - zhou198865的博客=大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告-弗蘭克赫茲實(shí)驗(yàn) - zhou198865 - zhou198865的博客=1.24V. 不確定度分析: uA=大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告-弗蘭克赫茲實(shí)驗(yàn) - zhou198865 - zhou198865的博客 u0.68=1.32*uA=1.32*0.023V=0.030V. 則Ux=大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告-弗蘭克赫茲實(shí)驗(yàn) - zhou198865 - zhou198865的博客大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告-弗蘭克赫茲實(shí)驗(yàn) - zhou198865 - zhou198865的博客u0.68=1.24大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告-弗蘭克赫茲實(shí)驗(yàn) - zhou198865 - zhou198865的博客0.030V. 結(jié)論:由此可得,Hg的第一激發(fā)電位UxHg=4.8大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告-弗蘭克赫茲實(shí)驗(yàn) - zhou198865 - zhou198865的博客0.08V,而Ar原子的第一激發(fā)電位為UxAr=1.24大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告-弗蘭克赫茲實(shí)驗(yàn) - zhou198865 - zhou198865的博客0.030V。 思考題: 說(shuō)明溫度對(duì)充汞F-H管Ip-VG2k曲線影響的物理機(jī)制。 答:,在一定溫度下(一般在發(fā)100 C至250 C),才可得到合適壓強(qiáng)的汞蒸氣,這時(shí)汞原子的密度也是合適的。汞蒸氣對(duì)溫度非常敏感,如果溫度不在合適范圍之內(nèi),會(huì)影響到汞原子在F-H管內(nèi)的密度。如果溫度較低,會(huì)導(dǎo)致F-H管中汞原子的密度較小,就進(jìn)一步為汞原子專門提供與電子碰撞,這就使得電子的平均自由程變大,電子有機(jī)會(huì)使積蓄的能量超過4.9V,從而使高激發(fā)態(tài)的激發(fā)概率迅速增加,會(huì)Ip有了對(duì)應(yīng)的峰,并在Ip-VG2kr 曲線上有對(duì)應(yīng)的'峰,出現(xiàn)高激發(fā)態(tài)時(shí)的電位,這就會(huì)影響到實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。如果溫度較高,汞管內(nèi)的密度較大,使電子每次能量到達(dá)4.9eV時(shí),有足夠大的概率與汞原子發(fā)生能量交換,使得電子的速度重新回到零,并需要重新加速,直到再次到達(dá)4.9eV,又與汞原子發(fā)生能量交換 .始終都在在基態(tài)和第一激發(fā)態(tài)之間,并且在Ip-VG2K曲線中會(huì)表現(xiàn)出有多個(gè)峰值,并且都是處在第一激發(fā)態(tài)上。則會(huì)使所以說(shuō),在實(shí)驗(yàn)中對(duì)汞的溫度也有一定的講究:過高時(shí),則在Ip-VG2k曲線上會(huì)出現(xiàn)多個(gè)峰;過低則會(huì)使得出現(xiàn)高激發(fā)態(tài)上的峰值,在圖中表現(xiàn)為,兩個(gè)峰值的距離會(huì)加大。 實(shí)驗(yàn)心得: 1. 實(shí)驗(yàn)過程中,開始時(shí)使用的儀器,在調(diào)好了相關(guān)數(shù)據(jù)后,進(jìn)行讀數(shù)時(shí),發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)變化很小、,這就增大了讀取數(shù)據(jù)的誤差。后來(lái)?yè)Q了一臺(tái)儀器,讀取時(shí),電流隨電壓的改變而改變的幅度變大,這就大大減小了讀取數(shù)據(jù)的誤差,也使得實(shí)驗(yàn)中測(cè)量Hg的第一激發(fā)電位較為準(zhǔn)確。所以我覺得在實(shí)驗(yàn)開始時(shí)調(diào)整好實(shí)驗(yàn)儀器,也是一件非常重要的事。 2. 在實(shí)驗(yàn)過程中,一定要定下心來(lái)。實(shí)驗(yàn)中讀取數(shù)據(jù)有的時(shí)候是一件很枯燥單調(diào)的事,當(dāng)需要讀取的數(shù)據(jù)很多時(shí),容易變得浮躁,使得會(huì)出現(xiàn)讀取錯(cuò)誤的情況。這就需要我們能夠冷靜自我,一心一意地去做自己要做的事,把需要實(shí)驗(yàn)的步驟做好。這很重要。
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