夫兰克-赫兹实验中测定Hg第一激发能的最优条件和数据处理

1、夫兰克-赫兹实验中测定Hg第一激发能的最优条件和数据处理方法的探索 报告者：罗 熠学 号：0519031 2008年6月18日各实验参数设置对结果的影响和最优参数选择讨论优化测量结果的数据处理方法基本实验原理实验管结构和电路示意图K 发射阴极 P 收集极G1 控制栅极 G2 加速栅极所用的复旦双栅柱面四极型F-H实验管，程筒状，电子发射系数大基本实验原理实验中加速电压加在G2K之间，热阴极发射的电子在两栅极间加速运动，可能与气体原子发生碰撞电子能量恰等于临界值时可发生非弹性碰撞，能量共振吸收，到达收集极的电子减少加速区较长，电子难以达到较高能力能量，主要激发原子到最低能级为确定何种条件下可得到

2、理想的Ip-VG2K曲线以供测量第一激发能级，实验中采用单一变量方法，在固定其他条件下，逐一改变这几个变量：管温T，控制栅极电压VG1K，减速极电压VG2P，获得曲线随这些变量变化的完整情况。实验管温度对结果的影响温度越高，管电流越大，但电子平均自由程降低特点：曲线周期振荡上升，有纺锤形外包络曲线整体随温度升高而上升，高温下抬升明显较低温度下，峰值易达饱和，本底上升快，高压下峰不明显，峰数较少较高温度下，本底上升较慢，峰分辨率高，峰数多温度过高，前几个峰分辨率变差实验管温度对峰间距的影响曲线可视为共振吸收的周期振荡与逐渐上升的本底的叠加1低温下：能量高的峰间距增大高温下：低能峰起始电压位置变大

3、，间距较小，分辨率低170180 oC时，峰数多，分辨率高，间距均匀1夫兰克-赫兹实验中Hg的第一激发电位的测量个人计算机在近代物理实验中的应用，潘玉莲，王煜，潘振元， 物理实验， Vol.15 No.4 1995 控制栅极电压对结果的影响VG1K变化对峰位置和间距无影响收集电流随VG1K增大的整体上升。 峰值增大幅度普遍大于谷值，因此峰的峰辨率随VG1K增加而变大较高的VG1K（2.0V）下，电流随控制电压增大不明显。不同温度下结果均相同（数据未显示）适当提高VG1K利于电流形成明显的峰，但应考虑到所用微电流计的量程，取1.02.0V为宜。 减速电压对结果的影响VG2P越小，Ip越大较大的V

4、G2P下，Ip一直较小，峰分辨率低，甚至无法测前几个峰较小的VG2P下，Ip增大很快，但本底同样增大，影响峰间距和低能峰的分辨率，高能峰电流容易超出量程不同温度下都有以上结果（未显示数据）要得到尽可能多的高分辨率的峰，可选取适中的VG2P，如2.0V左右。测量峰间距得汞原子第一激发态能级不同条件下测量VG2K-Ip曲线表明，在温度为170180度，阴极加热电压约2.0V，控制栅极电压VG1K约1.02.0V，减速电压约2.0V时，可以得到非常好的测量曲线：有较多的电流峰，分辨率较高，间距均匀。 用在最优条件下测得的实验曲线，对峰电压位置和峰序数作线性拟合，斜率即为所测得的VE1 结果：E1=4

5、.910.03 eV 与标准值4.89eV相对误差0.4%扣除多重本底对测量结果的优化上升的本底曲线会改变共振吸收的周期，使测量结果不准确，扣除本底能一定程度上优化结果一般认为本底电流可表示为: I = a + b*Vc 1。取电流的极小值进行拟合，去掉本底后重新计算结果： E1 = 4.900.02 eV 与标准值比较相对误差0.2%除本底后结果结果更准确，不确定度也减小，峰位置的线性性增加。 1夫兰克-赫兹实验中Hg的第一激发电位的测量个人计算机在近代物理实验中的应用，潘玉莲，王煜，潘振元， 物理实验， Vol.15 No.4 1995 非最优条件下测量结果的优化对并非实验确定的最优参数设置下，第一激发态能级测量结果误差较大，这时扣除本底对结果优化更明显E1 / eV相对误差 / %未去本底5.03+0.