弗兰克－赫兹实验中汞的能态曲线的走势研究.doc

弗兰克-赫兹实验中***的能态曲线的走势研究复旦大学材料科学系05级电子科学与技术李功恒摘要:在弗兰克—赫兹实验中,***的第一激发能态曲线整体走势是“向上的”,即接受到的电子数量是随着加速电压的增大而增大的。本文研究为什么会出现这种结果。关键词:近代物理、***的第一激发能态曲线、弗兰克—赫兹实验、电子与***原子的碰撞引言:在弗兰克—赫兹实验,如果注意***原子的第一激发能态曲线,就会发现它的整个走势是向上的。不管是后一个峰相对前一个峰,还是后一个谷相对前一个谷,都是随着加速电压的增大而增大的。弗兰克-赫兹实验关注的是峰与峰或谷与谷的间距,即能量量子话的观察。我在做实验的时候注意到曲线走势向上这一现象,之后又思考出现这一现象的原因,在本文中我将详细说明我对这一现象的解释。理论/实验部分:实验中电路原理图如下:本实验采用复旦双栅柱面型四极式弗兰克-赫兹管,如左侧所示。所用的电路原理图如上图所示:热子F与阴极K构成傍热式氧化物阴极。其发射的电子由VG1K引出到碰撞区,之后又被VG2K反复的加速,同时和***原子不停的碰撞。最后,能量超过减速电压VG2P的电子到达P板。宏观上就可以观测到电流表上的有电流显示。理论模型:被加热的灯丝放出电子,它们的初始动能和运动方向都是不同的,但都沿着平行于加速电场的方向上被加速,即平行于加速电场的方向上电子的动能是始终增加的。由于电子的初始动能不同,它们在平行于加速电场的方向上被加速的过程中,使***原子跃迁到第一能级的先后顺序也不同。动能最大的那个电子无疑最先使***原子激发,也最先到达P板。(黑色小球代表运动电子,箭头长短表示速度大小,箭头所指表示运动方向。)由于电子的运动方向不同,所以它们在使***原子激发之前一瞬间的运动的方向是不一样的。但是,在使***原子激发之后,该电子的能量大部分被消耗,垂直于加速电场的方向和平行于加速电场的方向上的能量都被减少。随后的过程就是,能量被极大消耗的电子继续在平行于加速电场的被加速。***原子碰撞,使之激发,同时使自己的能量减少。其整个过程可用下表表示:理想碰撞模型:电子的能量有平行于加速电场的能量和垂直于加速电场的能量两部分组成。假设和说明:电子都是在5eV时和***原子碰撞,,运动方向和碰撞前相同。,三次碰撞,电子的运动方向和和加速电场的方向之间的夹角由45度到6度,,整个趋势是碰撞越多,电子的运动方向和加速电场的方向之间的夹角越小。而加速电压的增加的直接导致电子和***原子的碰撞次数增多。结