物理实验论文

吴华礼 勘查技术与工程 12040031039不同参数下弗兰克赫兹实验图形的比较【摘要】：弗兰克赫兹实验是利用慢电子与稀薄气体中原子碰撞的方法直接证实原子能级的存在。弗兰克赫兹的实验的IA-VG2K关系曲线是一条峰值与谷值交替出现的连续曲线。本文通过改变灯丝电压、第一栅压、拒斥电压的参数值研究不同参数下弗兰克赫兹实验IA-VG2K关系曲线，比较其异同。【关键词】：灯丝电压，第一栅极电压，拒斥电压【Keywords】: gate voltage, rejection voltage, Filament voltage【引言】弗兰克赫兹实验是的德国科学家和助手赫兹采用慢电子与稀薄气体中原子碰撞的方法证明原子能级的存在，并为玻尔原子理论提供有力的证据。本文以氩原子为研究对象，通过改变不同的参数观测氩原子的IA-VG2K关系曲线，进而分析氩原子的第一激发电压。【正文】实验目的：通过比较不同参数下弗兰克赫兹的实验图形，获得较理想的波形；测量氩原子的第一激发电压，证明原子能级的存在。实验原理：【玻尔原子理论】1. 每个原子有无限多个分立的稳定态，它们有一些确定的内部能级来表征（简称定态）。原子处于这些能级时，不发射也不吸收能量。2. 射线的发射和吸收总是与一个原子从一个稳定态向另一个稳定态的跃迁相联系，发射是向低能态跃迁，吸收是向高能态跃迁。3. 原子从一个定态跃迁到另一个定态，发射或吸收辐射时，辐射频率与二定态有以下关系：h=Em-En其中，h为普朗克常数，为辐射频率，Em,En是原子在两个定态的能量。【电子与原子碰撞能量交换】电子在电位差U0的加速电压作用下获得动能eU0，eU0少于临界能量时电子与原子发生弹性碰撞，当eU0达到临界能量或临界能量的整数倍时，发生非弹性碰撞，电子能量传递给原子，使原子从基态跃迁到第一激发态。【原子第一激发电位的测定】 由阴极K发射的电子在电压VG1K的控制下经加速电压VG2K的加速获得一定的能量，并在G1、G2间与气体原子发生碰撞交换能量，在经截止电压VG2A，若电子与气体发生弹性碰撞，损失能量小则可以到达电极A，若电子与原子发生非弹性碰撞失去绝大部分的能量以致不足以克服反电势，则不能到达电极A。【实验数据与实验分析】固定VG1K=1.5V，VG2A=8.0V，改变灯丝电压值VV=2.9VU32.136.143.147.554.45966.370.879.1I5843110642201164632781257V=3.0VU32.336.143.147.354.458.966.370.678.9I79591671003692018535442271V=3.2VU32.236.14347.354.658.86770.9I19814940323887051123701701根据折线图可知当增大灯丝电压参数数时（标牌参数为3.0V）时，波峰值与波谷值较原图像更为明显，但波谷值较原图像增大，与理论值的误差增大，用此数据测得的氩原子的第一激发电压为11.6V。当减小灯丝电压参数值时，波谷值较原图像更趋近于理论值，但波峰值与波谷值不如原图像明显，用这一组数据测得的氩原子的第一激发电压为11.7V。而用标牌参数所得图像较灯丝电压增大时所得图像的波谷值更趋于理论值，较灯丝电压的波峰值与波谷值更为明显，用此数据测得的氩原子的第一激发电压为11.7V。固定V=3.0V，VG2A=8.0V，改第一栅极电压VG1KVG1K=1.4VU32.136.243.147.454.558.966.870.879I94701861113932189446262605VG1K=3.0VU32.336.143.147.354.458.966.370.678.9I79591671003692018535442271VG1K=1.7VU32.336.243.247.554.65966.870.879.1I91681821103962249876622724由图像可知，改变第一栅极电压VG1K（增大或减小）所得图像与原图像（IA-VG2K关系曲线）没有太大的差异。用此三组数据测得的氩原子的第一栅极电压均为11.7V。固定V=3.0V，VG1K=1.5V，改拒斥电压VG2AVG1K=7.9VU32.136.143.147.454.55966.770.779I96731911164072329856642667VG1K=8.0VU32.336.143.147.354.458.966.370.678.9I79591671003692018535442271VG1K=8.2VU32.436.143.247.654.759.166.870.979.1I92691861094002169776302650由图像可知，改变拒斥电压的值（增大或减小）所得的图像（IA-VG2K关系曲线）与原图像没有明显的差别。用此三组数据测得的氩原子第一栅极电压均为11.7V。通过改变改变灯丝电压、第一栅极电压、拒斥电压的参数值，并且比较图像得，用标牌参数值所得的图像就是较理想的关系曲线。用标牌参数作为标准参数三次测量氩原子的第一激发电压并取平均值可得氩原子的第一激发电势为11.7V。【结语】弗兰克赫兹中实验IA-VG2K关系曲线是一条波峰值与波谷值交替出现的连续曲线，相邻两个谷值（或峰值）的电压差就是该原子的第一激发电压，并且理论上估值处的电流值趋近于零。通过改变参数值，比较不同参数下IA-VG2K关系曲线找出较理想的曲线，得出结论：标牌参数（V=3.0V，VG1K=1.5V，VG2A=8.0V）的关系曲线就是较理想的曲线，并用此曲线测定氩原子第一激发电压为11.7V。【参考文献】【1】物理学马文慧、解希顺、周雨清【2】弗兰克赫兹实验教学研究刘冬梅、张明长【3】大学物理综合设计实验中国海洋大学物理实验教学中心液晶光开关的水平视角特性研究【摘要】液晶的对比度与垂直视角和水平视角都有关系。通过测量液晶板的水平视角的水平方向垂直视角特性和水平视角的垂直方向垂直视角特性对液晶光开关的视角特性进行研究。【关键词】液晶、视角特性、透过率【Keywords】Liquid crystal, Characteristic of viewing angle, Transmission【引言】液晶是介于液体与晶体之间的一种物质状态，相对与液体和晶体，液晶具有自己独特的光学特性。液晶的视角特性表示对比度与视角的关系。对比度定义为光开关打开和关断是透射光强度之比。液晶的对比度与垂直视角和水平视角都有关系。当对比度大于5时，可以获得满意的图像，对比度小于2，图像变得模糊不清。本文通过研究液晶光开关的视角特性寻找对比度较高，观看效果较好时液晶的视角。【正文】实验目的：测量由液晶光开关矩阵所构成的液晶显示器的视角特性及在不同视角下的对比度。实验原理：液晶光开关的工作原理：取两张偏振片P1、P2贴在玻璃的两面，P1的透光轴与上电极的定向方向相同，P2的透光轴与下电极的定向方向相同。未加电压时，光的偏振面与透光轴平行，有光通过，施加足够电压时，光的偏振面与透光轴垂直，没有光通过。液晶的视角特性：由图中曲线可知：液晶的对比度与垂直和水平视角都有关，而且具有非对称性。即等对比度的曲线值从垂直视角0度到90度在不断减小；每一条等对比度曲线并不是同心圆，说明对比度还与水平视角有关。实验数据与实验分析：水平方向垂直视角的测量顺时针051015202530354045505560657075U=0V10099.599.299.098.697.795.992.690.587.481.976.168.459.148.335.5U=2V5.55.65.65.85.96.06.05.95.75.55.25.15.14.94.43.6对比度18.217.817.717.116.716.316.015.715.915.915.815.013.412.111.09.9逆时针051015202530354045505560657075U=0V10010110110210310310299.398.895.691.585.578.168.556.140.5U=2V5.45.35.35.45.66.06.36.36.36.15.75.45.24.94.43.4对比度18.519.119.118.918.417.216.215.815.715.716.115.815.014.012.811.9垂直方向垂直视角特性测量顺时针051015202530354045505560657075U=0V10099.298.095.993.390.487.783.880.677.274.371.166.961.052.440.1U=2V4.54.46.611.318.126.836.846.555.763.067.969.968.162.753.941.1对比度22.222.514.88.55.23.42.41.81.41.21.11.01.01.01.01.0逆时针051015202530354045505560657075U=0V10010099.898.696.895.093.189.787.684.281.177.572.465.355.140.6U=2V4.56.811.217.124.633.744.454.565.172.777.377.974.166.753.341.1对比度22.214.78.95.84.02.82.11.61.31.21.01.01.01.01.01.0根据数据用matlab绘图根据图像可得，水平视角的水平方向垂直视角的对比度在水平视角较小时取得最大值，当水平视角增大（顺时针或逆时针），液晶光开关的对比度逐渐减小，但总体而言，（从逆时针75度到顺时针75度）液晶光开关的对比度始终处于较大值（大于5），此时液晶均可以获得满意的图像。液晶的水平视角的垂直方向的对比度也是在视角较小是取得最大值，当水平视角增大时（顺时针或逆时针），液晶光开关的对比度先迅速减小，最后趋向于一定制。由图像可知，当观看视角较小时，液晶光开关的对比度大于5，可以获得满意的图像，当观看视角较大时，液晶光开关的对比度会小于2，此时，不能获得满意的图像。【结语】视角是液晶显示器的一个重要参数，因为液晶光开关的对比度会随着观看视角的