温度对夫兰克赫兹影响ppt课件.ppt

夫兰克夫兰克-赫兹实验中温度对赫兹实验中温度对Hg第一第一激发能曲线影响的探求激发能曲线影响的探求06301020194 丑凯亮目录•夫兰克-赫兹实验的原理•温度对Hg第一激发能曲线图的影响•对Hg第一激发能曲线图的了解•数据处置验证了解的正确性•解释温度对Hg第一激发能曲线图的影响夫兰克-赫兹实验的原理夫兰克-赫兹实验利用低能电子与气体原子发生非弹性碰撞时的共振吸收获取气体原子能级构造的有关信息，普通运用的充气实验管构造和实验电路如图： 实验管包含这样几个部分：发射电子的阴极K，控制栅极G1，加速栅极G2，电子搜集极 P要测定原子第一激发能，加速电压加在G2K上G1K间隔很小，电子主要在G1G2 间与原子发生碰撞G1K 间应加上一适当的控制电压，起到去除空间电荷，经过正电压引导阴极发射电子进入加速区的作用而 G2P 间加上反向的减速电压，作为控制能到达搜集极电子最小能量的阈值 夫兰克-赫兹实验的原理当加热阴极时，会有电子发出电子在加速电压VG2K作用下加速运动假设电子动能小于汞原子第一激发能级，那么无法激发原子，只发生弹性碰撞，电子可以不损失动能到达G2极，并有较高能量穿过G2P减速区，表现为搜集电流无吸收。

随着加速电压增大，电子动能到达汞原子第一激发能，可以激发汞原子发生非弹性碰撞，电子动能减小，部分电子无法穿过减速区，搜集电流Ip减小假设加速电压进一步增大，电子发生碰撞传送能量后仍有较大动能，搜集电流又开场增大碰撞后的电子继续向G2极运动过程中假设再次获得临界能量，那么可再次发生共振吸收，表现为随加速电压不断增大，搜集电流构成峰谷相间的周期振荡，周期代表汞的第一激发能级大小留意到阴极和加速栅极G2间有接触电势差，即电子在加速区最终获得的动能并不就是G2极电压，加速电压可表示为VS=Va+nVb，Va为接触电压，而汞的第一激发能即VbeV温度对Hg第一激发能曲线图Ip-VG2K的影响•只改动温度T，察看Ip-VG2K曲线的变化 对Hg第一激发能曲线图的了解峰包络线先是迅速上升然后平缓变大；谷包络线那么是先平缓变大然后迅速上升峰谷之间的幅度是先增大后收缩，间隔变化开场不明显，随着扫描电影的添加相邻间隔增大明显峰值点渐升以为是由于F-H实验管有大致类似于理想二极管的发射特性以及氧化物阴极的发射特性所致；右图给出了实验管在室温时Ip-VG2K的关系曲线汞的第一激发能的Ip-VG2K曲线峰包络线根本坚持了它的轮廓。

然而谷包络线〔我们称之为第一激发能多重激发的本底曲线〕除了受管子构造影响外，还剧烈依赖各级电源的施加值和控温炉的温度，炉温越低，灯丝电压越大，本底曲线上升的越快 ⑴ Ip-VG2K曲线的峰包络线代表电子完全不发生非弹性碰撞全部到达搜集极P的Ip-VG2K关系，而Ip-VG2K曲线的谷包络线〔也就是本底曲线〕代表未发生非弹性碰撞能到达搜集极P的电子产生的Ip-VG2K关系，那么去本底的Ip-VG2K曲线〔峰包络线-本底曲线的 Ip-VG2K曲线〕代表的是曾经与汞原子发生非弹性碰撞而未到达搜集极P的电子所引起的Ip-VG2K关系 ⑵知电子能与汞原子发生非弹性碰撞的条件是电子动能U动能≥Vb*e(汞原子的第一激发电压)，而且电子与汞原子发生非弹性碰撞的概率随着U动能远离Vb*e=4.89eV而迅速下降，即电子动能越接近4.89eV，越有能够与汞原子发生非弹性碰撞而动能被吸收，这个过程我们姑且称之为相互作用 ⑶我们知道电子在温度T下在反响区G1G2内的平均自在程是恒定的，也就是L自在程不会随着场强E改动的于是电子两次发生相互作用之间动能的平均增量⊿U动能=(L自在程*E)*e,这阐明电子在与汞原子碰撞时的能量是离散值U动能，而且随着加速电压VG2K的增大，E增大V，⊿U动能增大，于是U动能偏离4.89V的概率增大，因此相互作用的概率会减小，于是电子发生相互作用而无法到达搜集极P的概率会减小，也就是与汞原子相互作用的电子个数与电子总个数的比值下降，数据上的表示就是〔去本底Ip-VG2K曲线/峰包络线Ip-VG2K曲线〕随着VG2K增大而减小。

对Hg第一激发能曲线图的了解数据处置验证了解的正确性为了验证对Ip-VG2K曲线代表的含义的了解的正确性，我们用峰包络线减去本底曲线得到去本底曲线，对其和本底曲线进展拟合，得到拟合曲线，然后两个曲线相加得到峰包络线的拟合曲线于是我们再〔去本底Ip-VG2K拟合曲线/峰包络线Ip-VG2K拟合曲线〕，作出比值与VG2K的关系曲线，发现曲线随着VG2K的增大而下降，这与上段所导出的结果完全吻合，证明了了解的正确性 深化探求各个参量对Hg第一激发能曲线图Ip-VG2K的影响的根本缘由深化探求各个参量对Hg第一激发能曲线图Ip-VG2K的影响的根本缘由利用前面我们曾阅历证过的了解来解释参量温度T对Ip-VG2K曲线的影响温度T越高，反响区G1G2内的汞蒸汽密度越大，平均自在程L自在程越短，在一样的VG2K处，E一样，而⊿U动能=(L自在程*E)*e会减小，U动能偏离4.89V的概率减小，因此相互作用的概率会增大，于是电子发生相互作用而无法到达搜集极P的概率会增大，与汞原子相互作用的电子个数与电子总个数的比值增大，数据上的表示就是〔谷包络线Ip-VG2K曲线/峰包络线Ip-VG2K曲线〕随着VG2K增大而减小，但是由于峰包络线是以类似于理想二极管的发射特性而上升的，所以谷包络线依然是随着温度T的增大而增大。

参考文献•[1]夫兰克-赫兹实验中 Hg 的第一激发电位的丈量—个人计算机在近代物理实验中的运用，潘玉莲，王煜，潘振元，物理实验， Vol.15 No.4 2019•[2]夫兰克—赫兹实验的研讨， 宋文福 冯正南朱力 大学物理实验，Vol.17 No.2 2019•[3]夫兰克—赫兹实验曲线的分析， 周小莉 刘兴全 孙禹，哈尔滨师范大学自然科学学报， Vol.19 No.1 2019•[4]夫兰克-赫兹实验中测定 Hg 第一激发能的最优实验条件和数据处置方法的探求，05学长罗熠谢谢！。