夫蘭克-赫茲實驗中測定Hg第一激發(fā)能的最優(yōu)條件和數(shù)據(jù)處理

1、夫蘭克-赫茲實驗中測定Hg第一激發(fā)能的最優(yōu)條件和數(shù)據(jù)處理方法的探索 報告者：羅 熠學 號：0519031 2008年6月18日各實驗參數(shù)設(shè)置對結(jié)果的影響和最優(yōu)參數(shù)選擇討論優(yōu)化測量結(jié)果的數(shù)據(jù)處理方法基本實驗原理實驗管結(jié)構(gòu)和電路示意圖K 發(fā)射陰極 P 收集極G1 控制柵極 G2 加速柵極所用的復旦雙柵柱面四極型F-H實驗管，程筒狀，電子發(fā)射系數(shù)大基本實驗原理實驗中加速電壓加在G2K之間，熱陰極發(fā)射的電子在兩柵極間加速運動，可能與氣體原子發(fā)生碰撞電子能量恰等于臨界值時可發(fā)生非彈性碰撞，能量共振吸收，到達收集極的電子減少加速區(qū)較長，電子難以達到較高能力能量，主要激發(fā)原子到最低能級為確定何種條件下可得到

2、理想的Ip-VG2K曲線以供測量第一激發(fā)能級，實驗中采用單一變量方法，在固定其他條件下，逐一改變這幾個變量：管溫T，控制柵極電壓VG1K，減速極電壓VG2P，獲得曲線隨這些變量變化的完整情況。實驗管溫度對結(jié)果的影響溫度越高，管電流越大，但電子平均自由程降低特點：曲線周期振蕩上升，有紡錘形外包絡(luò)曲線整體隨溫度升高而上升，高溫下抬升明顯較低溫度下，峰值易達飽和，本底上升快，高壓下峰不明顯，峰數(shù)較少較高溫度下，本底上升較慢，峰分辨率高，峰數(shù)多溫度過高，前幾個峰分辨率變差實驗管溫度對峰間距的影響曲線可視為共振吸收的周期振蕩與逐漸上升的本底的疊加1低溫下：能量高的峰間距增大高溫下：低能峰起始電壓位置變大

3、，間距較小，分辨率低170180 oC時，峰數(shù)多，分辨率高，間距均勻1夫蘭克-赫茲實驗中Hg的第一激發(fā)電位的測量個人計算機在近代物理實驗中的應(yīng)用，潘玉蓮，王煜，潘振元， 物理實驗， Vol.15 No.4 1995 控制柵極電壓對結(jié)果的影響VG1K變化對峰位置和間距無影響收集電流隨VG1K增大的整體上升。 峰值增大幅度普遍大于谷值，因此峰的峰辨率隨VG1K增加而變大較高的VG1K（2.0V）下，電流隨控制電壓增大不明顯。不同溫度下結(jié)果均相同（數(shù)據(jù)未顯示）適當提高VG1K利于電流形成明顯的峰，但應(yīng)考慮到所用微電流計的量程，取1.02.0V為宜。 減速電壓對結(jié)果的影響VG2P越小，Ip越大較大的V

4、G2P下，Ip一直較小，峰分辨率低，甚至無法測前幾個峰較小的VG2P下，Ip增大很快，但本底同樣增大，影響峰間距和低能峰的分辨率，高能峰電流容易超出量程不同溫度下都有以上結(jié)果（未顯示數(shù)據(jù)）要得到盡可能多的高分辨率的峰，可選取適中的VG2P，如2.0V左右。測量峰間距得汞原子第一激發(fā)態(tài)能級不同條件下測量VG2K-Ip曲線表明，在溫度為170180度，陰極加熱電壓約2.0V，控制柵極電壓VG1K約1.02.0V，減速電壓約2.0V時，可以得到非常好的測量曲線：有較多的電流峰，分辨率較高，間距均勻。 用在最優(yōu)條件下測得的實驗曲線，對峰電壓位置和峰序數(shù)作線性擬合，斜率即為所測得的VE1 結(jié)果：E1=4

5、.910.03 eV 與標準值4.89eV相對誤差0.4%扣除多重本底對測量結(jié)果的優(yōu)化上升的本底曲線會改變共振吸收的周期，使測量結(jié)果不準確，扣除本底能一定程度上優(yōu)化結(jié)果一般認為本底電流可表示為: I = a + b*Vc 1。取電流的極小值進行擬合，去掉本底后重新計算結(jié)果： E1 = 4.900.02 eV 與標準值比較相對誤差0.2%除本底后結(jié)果結(jié)果更準確，不確定度也減小，峰位置的線性性增加。 1夫蘭克-赫茲實驗中Hg的第一激發(fā)電位的測量個人計算機在近代物理實驗中的應(yīng)用，潘玉蓮，王煜，潘振元， 物理實驗， Vol.15 No.4 1995 非最優(yōu)條件下測量結(jié)果的優(yōu)化對并非實驗確定的最優(yōu)參數(shù)設(shè)置下，第一激發(fā)態(tài)能級測量結(jié)果誤差較大，這時扣除本底對結(jié)果優(yōu)化更明顯E1 / eV相對誤差 / %未去本底5.03+0.