实验思考题
1.能否用氢气代替氩气，为什么？
答：不能；氢气是双原子分子，激发的能级是分子能级而非原子能级。
2.为什么I-U曲线不会从原点开始？
答：电子由热阴极发出，刚开始加速电压主要用于消除阴极电子的散射的影响，后来电子加速，使其具有了较大的能量冲过反向拒斥电场而到达板极形成板流，并为微电流计所检验出来，故曲线不是从原点开始的。
3.为什么T不会降到零？
答：随着第二栅极电压的不断增加，电子的能量也随之增加，在与氩原子相碰撞后还留下足够的能量，可以克服反向拒斥电场到达板极，这时电流又开始上升，不致下降到零。
4.为什么I的下降不是陡然的？
答：因为K极发出的热电子能量时服从麦克斯韦统计分布规律，因此极电流下降不是陡然的。
5.在F-H实验中，得到的I-U曲线为什么呈周期性变化？
IP-VG2K曲线。
3.计算汞的第一激发电势值，并估计其不确定度范围。
实验原理：
1.波尔的原子理论：（1）原子的量子化定态；（2）辐射的频率法则hv=Em-En
2.电子与原子碰撞传递能量：
（1）电子速度低时，发生弹性碰撞，原子内部能量不变；（2）电子速度大时，eV=E0-E1，发生弹性碰撞，电子能量全部转变为原子内部能量；（3）电子速度再被加大，eV>E2-E1，但原子吸收∆E= E2-E1；（4）当eV=2(E2-E1)在第二次碰撞中被吸收
【实验使用仪器与材料】
F一H管、加热炉、温控装置、RH管电源组、扫描电源和微电流放大器
【实验步骤】
1．预热与控温
使加热炉温度稳定在适当值（此值可由实验室给出），以保证在此温度下有利于电子激发汞原子到“3Pl态，并将激发到高能态和电离的概率限制到最小（在炉温达到设定值以前，先不要通电测量）。
2．观测IP一VG2K曲线
2.当电子在VG2K电压的作用下所带的能量还不能使得氩原子从基态跃迁到第一激发态的时候，电子和原子的碰撞只是弹性碰撞，基本不发生能量交换，而当电子在VG2K电压作用后的能量能够使氩原子从基态跃迁到第一激发态的时候，电子就会把能量传递给氩原子，这个时候的碰撞为非弹性碰撞。
3.明白曲线电流为什么随电压的增大而增大，每个电子在U的作用下，所获得的能量是不同的，当电子与氩原子碰撞时，总有一些获得能量电子会穿过氩原子的间隙到达电极板，从而出现电流会随电压升高而升高。
6.在F-H管的I-U曲线上的第一个峰的时候，是否对应于氩原子的第一激发电位？
答：不是，实际的F-H管的阴极和栅极往往是不同的金属材料制成的，因此会产生接触电位差。而进入加速区的电子已经具有一定的能量，使真正加到电子上的加速电压不等于UG2k。这将影响到F-H实验曲线第一个峰的位置，是它左移或右移。
5.6
0.78
3
1.43
5.7
1.32
3.1
1.13
5.8
2.11
3.2
0.84
5.9
2.77
3.3
0.75
6
3.27
3.4
0.99
6.1
3.4
3.5
1.37
6.2
3.31
根据实验数据利用excel作图工具，以电压U(V)为横坐标，电流I(μA)为纵坐标，作图如下：
【实验结果与分析】
证实了原子内部能量是量子化的，从而确证了原子能级的存在。
(l）按图1.1.6接线，先将灯丝电压VF、栅极G1：电压VG1K、反向拒斥电压VPG2调到推荐值（由实验室给出），将开关放在“手动”或“自动”位置，分别用电压表、电流表或记录仪、示波器测绘IP一VG2K曲线．这里VG1K的作用一是控制管内电子流的大小，二是抵消阴极K附近电子云形成的负电势的影响。VG2K是加速电压。
答：当G2k间的电压达到氩原子的第一激发电位U0时电子在第二栅极附近与氩原子相碰撞，将自己从加速电场中获得的全部能量给了氩原子，即使穿过了第二栅极也不能克服反向拒斥电场而被驳回第二栅极，所以，板极电流讲显著减小。随着第二栅极电压的不断增加，电子的能量也随之增加，在与氩原子想碰撞后还留下足够的能量，可以克服反向拒斥电场而达到板极A，这时电流又开始上升，直到G2K间的电压是二倍的第一激发电位时，电子在UG2k间又会因第二次碰撞而失去能量，因而又会造成第二次板极电流的下降，同理，凡UG2k之间电压满足：UG2k=nU0(n=1,2,3...)时，板极电流IA都会相应下跌，形成规则起伏变化的I-U曲线。
广州大学学生实验报告
院（系）名称
班别
姓名
专业名称
学号
实验课程名称
实验项目名称
实验时间
实验地点
实验成绩
指导老师签名
内容包含：实验目的、实验使用仪器与材料、实验步骤、实验数据整理与归纳（数据、图表、计算等）、实验结果与分析、实验心得
【实验目的】
本实验通过汞原子第一激发电势的测量，了解弗兰克和赫兹研究原子内部能量量子化的基本思想和方法；了解电子与原子碰撞和能量交换过程的微观图像，以及影响这个过程的主要物理因素：了解弗兰克--赫兹实验的原理和方法；学习测定氩原子的第一激发电位的方法；证明原子能级的存在，加强对能级概念的理解。
误差分析
（1）读取电流时，由于仪器的自身元件问题，电流并不稳定，所以读取时不能读得很精确；
（2）在测量Hg的激发电压时，跨度电压为0.5V，在取到的数据峰值处，不一定是真实的峰值。所以也会产生误差；
（3）一些元件，以及激发态原子的不稳定性，都可能造成误差。
【实验心得】
1.了解了弗兰克--赫兹实验的原理和方法，学习测定氩原子的第一激发电位的方法，证明原子能级的存在，加强对能级概念的理解；
0.88
2.15
0.95
4.6
1.47
2.1
0.93
4.7
2.11
2.15
0.88
4.8
2.62
2.2
0.93
4.9
2.86
2.3
1.06
5Байду номын сангаас
2.87
2.5
1.48
5.1
2.65
2.6
1.67
5.2
2.22
2.7
1.79
5.3
1.69
2.8
1.8
5.5
0.72
2.85
1.75
5.56
0.67
2.9
1.67
注意：如发现电流计上读数迅速增加并超出量程，表明F一H管发生击穿，应立即调低VG2K！待降低灯丝电压（每次减小0.1-0.2V）或加升高加热炉温度后再试。
(2）在温度不变情况下，观察并记录IP一VG2K曲线随灯丝电压变化情况，可先后取三种不同灯丝电压。
(3）将加热炉温度降低，依次保持几个不同温度，分别记录汞在这几个不同温度下的
【实验数据整理与归纳（数据、图表、计算等）】
U(V)
I(μA)
3.6
1.83
0
0
3.7
2.15
1
0.13
3.8
2.32
1.1
0.34
3.9
2.3
1.4
0.89
4
2.07
1.5
1.04
4.1
1.71
1.7
1.18
4.2
1.25
1.8
1.23
4.3
0.81
1.85
1.19
4.4
0.61
1.9
1.13
4.5