2. 求Ar原子的第一激發(fā)電位。
將在實(shí)驗(yàn)中記錄下的數(shù)據(jù)，以點(diǎn)的形式描在x-y坐標(biāo)上，并用平滑曲線連接后得到的圖形為：大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告-弗蘭克赫茲實(shí)驗(yàn) - zhou198865 - zhou198865的博客
得到的六個(gè)峰值(Ip)，對應(yīng)的UG2K依次為：U1=3.00V , U2=4.15V , U3=5.35V , U4=6.60V , U5=7.90V, U6=9.20V .
設(shè)Ux為Hg的第一激發(fā)電位，則有下列式子(逐差法)：
3*Ux1=U4-U1=6.60V-3.00V=3.60V, Ux1=1.20V;
3*Ux2=U5-U2=7.90V-4.15V=3.75V, Ux2=1.25V;
3*Ux3=U6-U3=9.20V-5.35V=3.85V, Ux3=1.28V
則
大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告-弗蘭克赫茲實(shí)驗(yàn) - zhou198865 - zhou198865的博客=大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告-弗蘭克赫茲實(shí)驗(yàn) - zhou198865 - zhou198865的博客=1.24V.
不確定度分析：
uA=大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告-弗蘭克赫茲實(shí)驗(yàn) - zhou198865 - zhou198865的博客
u0.68=1.32*uA=1.32*0.023V=0.030V.
則Ux=大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告-弗蘭克赫茲實(shí)驗(yàn) - zhou198865 - zhou198865的博客大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告-弗蘭克赫茲實(shí)驗(yàn) - zhou198865 - zhou198865的博客u0.68=1.24大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告-弗蘭克赫茲實(shí)驗(yàn) - zhou198865 - zhou198865的博客0.030V.
結(jié)論：由此可得，Hg的第一激發(fā)電位UxHg=4.8大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告-弗蘭克赫茲實(shí)驗(yàn) - zhou198865 - zhou198865的博客0.08V，而Ar原子的第一激發(fā)電位為UxAr=1.24大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告-弗蘭克赫茲實(shí)驗(yàn) - zhou198865 - zhou198865的博客0.030V。
思考題：
說明溫度對充汞F-H管Ip-VG2k曲線影響的物理機(jī)制。
答：，在一定溫度下(一般在發(fā)100 oC至250 oC)，才可得到合適壓強(qiáng)的汞蒸氣，這時(shí)汞原子的密度也是合適的。汞蒸氣對溫度非常敏感，如果溫度不在合適范圍之內(nèi)，會(huì)影響到汞原子在F-H管內(nèi)的密度。如果溫度較低，會(huì)導(dǎo)致F-H管中汞原子的密度較小，就進(jìn)一步為汞原子專門提供與電子碰撞，這就使得電子的平均自由程變大，電子有機(jī)會(huì)使積蓄的能量超過4.9V，從而使高激發(fā)態(tài)的激發(fā)概率迅速增加，會(huì)Ip有了對應(yīng)的峰，并在Ip-VG2kr 曲線上有對應(yīng)的峰，出現(xiàn)高激發(fā)態(tài)時(shí)的電位，這就會(huì)影響到實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。如果溫度較高，汞管內(nèi)的密度較大，使電子每次能量到達(dá)4.9eV時(shí)，有足夠大的概率與汞原子發(fā)生能量交換，使得電子的速度重新回到零，并需要重新加速，直到再次到達(dá)4.9eV，又與汞原子發(fā)生能量交換…….始終都在在基態(tài)和第一激發(fā)態(tài)之間，并且在Ip-VG2K曲線中會(huì)表現(xiàn)出有多個(gè)峰值，并且都是處在第一激發(fā)態(tài)上。則會(huì)使所以說，在實(shí)驗(yàn)中對汞的溫度也有一定的講究：過高時(shí)，則在Ip-VG2k曲線上會(huì)出現(xiàn)多個(gè)峰;過低則會(huì)使得出現(xiàn)高激發(fā)態(tài)上的峰值，在圖中表現(xiàn)為，兩個(gè)峰值的距離會(huì)加大。
實(shí)驗(yàn)心得:
1. 實(shí)驗(yàn)過程中，開始時(shí)使用的儀器，在調(diào)好了相關(guān)數(shù)據(jù)后，進(jìn)行讀數(shù)時(shí)，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)變化很小、，這就增大了讀取數(shù)據(jù)的誤差。后來換了一臺(tái)儀器，讀取時(shí),電流隨電壓的改變而改變的幅度變大，這就大大減小了讀取數(shù)據(jù)的誤差，也使得實(shí)驗(yàn)中測量Hg的第一激發(fā)電位較為準(zhǔn)確。所以我覺得在實(shí)驗(yàn)開始時(shí)調(diào)整好實(shí)驗(yàn)儀器，也是一件非常重要的事。
2. 在實(shí)驗(yàn)過程中，一定要定下心來。實(shí)驗(yàn)中讀取數(shù)據(jù)有的時(shí)候是一件很枯燥單調(diào)的事，當(dāng)需要讀取的數(shù)據(jù)很多時(shí)，容易變得浮躁，使得會(huì)出現(xiàn)讀取錯(cuò)誤的情況。這就需要我們能夠冷靜自我，一心一意地去做自己要做的事，把需要實(shí)驗(yàn)的步驟做好。這很重要。