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夫兰克赫兹实验仪
作者:澳门游戏平台大全   发布时间:2020-04-04   点击数:

夫兰克赫兹实验仪

一、  

学习研究电子和原子碰撞的实验思想和方法,加深对原子能量量子化的理解;充分证明原子内部能量是量子化的;学习测定氩原子第一激发电势的方法。

F-H实验原理如图1所示,充氩气的四极管中,电子由热阴极发出,阴极K和栅极G1间的加速电压VG1使电子加速,在极板P和栅极G2之间有减速(拒斥)电压VP。当电子通过栅极G2进入G2P空间时,如果能量大于eVP就能到达极板形成电流IP。电子在G1G2空间与氩原子发生了弹性碰撞,电子本身剩余的能量小于eVP,则电子不能到达极板,极板电流将会随着栅极电压的增加而减小。实验时使VG2逐渐增加,观察极板电流的变化得到如图3所示的IP~VG2曲线(计算机采样)。

随着VG2的增加,电子的能量增加,当电子与氩原子碰撞后仍留下足够的能量,可以克服G2P空间的减速电场而到达极板P时,板极电流又开始上升。如果电子在加速电场得到的能量等于2E时,电子在G1G2空间会因二次非弹性碰撞而失去能量,结果极板电流第二次下降。在加速电压较高的情况下,电子在运动过程中,将与氩原子发生多次非弹性碰撞,在IP~VG2关系曲线上就表现为多次下降。对氩来说,曲线上相邻两峰(或谷)之间的VG2之差,即为氩原子的第一激发电位。这即证明了氩原子能量状态的不连续性。

二、  仪器构成

1.夫兰克赫兹实验管

F-H管为实验仪的核心部件,F-H管采用间热式阴极、双栅极和极板的四极形式,各极均为圆筒状。这种F-H管内充氩气,玻璃封装。电性能及各电极与其他部件的连接示意图如图1


2F—H管电源组

提供F—H管各电极所需的工作电压,性能如下:

 a.灯丝电压,直流1.3—5V,连续可调;

 b.栅极--阴极间电压,直流,0—6V,连续可调;

 c.栅极--阴极间电压,直流,0—90V,连续可调。

3.扫描电源和微电流放大器

扫描电源提供可调直流电压或输出锯齿波电压作为F-H管电子加速电压。直流电压供手动测量,锯齿波电压供示波器显示,X—Y记录仪和微机用。微电流放大器用来检测F-H管的极板电流。性能如下:

 a.具有“手动”和“自动”两种扫描方式:“手动”输出直流电压,0—90V,连续可

 调;“自动”输出0—90V锯齿波电压,扫描上限可以设定。

 b.扫描速率分“快速”“慢速”两档:“快速”是周期约为20/S的锯齿波,供示波器

 和微机用;“慢速”是周期约为0.5/S的锯齿波,供X—Y记录仪用。

 c.微电流放大测量范围为109108107106A四档。

4.夫兰克赫兹实验值分别用三位半数字表头显示。(实际值为表头示值×量程,的实际值为表头示值×10V

5.面板及功能如图2所示。


三、主要技术性能

4夫兰克-赫兹管:充氩(无需加热),4级结构,寿命≥3000h

4微电流测量:测量范围10-610-9 A4档),三位半数字显示;

4最小读数:电压0.1V,微电流10-10A

4动态显示:普通示波器直接观察,直观演示实验过程的动态谱峰;

4工作电压:   灯丝电压(UH):      DC 36.2 V    ±1%

一栅电压(UG1K):     DC 05 V      ±1%

二栅电压(UG2K):     DC 0140V     ±1%

拒斥电压(UG2A):     DC 015 V     ±1%

数显工作电压UD      DC 5V          ±1%

锯齿波参数:  锯齿波扫描幅度≥60 VPP

锯齿波扫描频率: 200±2% Hz

4观察谱峰数:观测谱峰数8观测谱谷数6

4实验面板图示法表示实验原理及电路,5LED数字面板尽数显示实验参数,各参数表头独立,无需切换;

4LB-FH系列有基本型和微机型两种型号:

基本型:支持手动测量和示波器测量;

微机型:支持手动测量、示波器测量和微机测量;

四、使用说明

通过实验数据采集接口和调整实验仪器的VF为灯丝电压(1.3---5V左右)、VG1为栅极G1到阴极间电压(0---6V)、VP拒斥电压(取合适值使得曲线比较清晰,不出现大量在主曲线外的采样点)、VG2为栅极G2到阴极之间的电压(0---90V)。

下面是一组测定的数据。

实验测得数据由计算机描绘出IP~VG2关系曲线图为图3,该图是1245个采样点逐点描绘出的图线,其中各点的数据也可保留在计算机内,在这里不一一罗列。

五、 仪器使用注意事项

1、仪器应该检查无误后才能接电源,开关电源前应将各电位器逆时针旋转至最小值位置。

2、灯丝电压VF不易放得太大,一般在2V左右,如电流偏小再适当增加。

3、要防止F—H管击穿(电流急剧增加),如发生击穿应立即调低以免F—H管受损。

4F—H管为玻璃制品不耐冲击应重点保护。

5、实验完毕,应将电位器逆时针旋转至最小值位置。

六、主要完成实验项目

1、弗兰克赫兹实验

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