实验76电子管综合实验指导书实验76-1金属逸出功实验金属中存在大量的自由电子，但电子在金属内部所具有的能量低于在外部所具有的能量，因而电子逸出金属时需要给电子提供一定的能量，这份能量称为电子逸出功。研究电子逸出是一项很有意义的工作，很多电子器件都与电子发射有关，如电视机的电子枪，它的发射效果会影响电视机的质量，因此研究这种材料的物理性质，对提高材料的性能是十分重要的。一、【实验目的】1.用里查逊（Richardson）直线法测定金属钨的电子逸出功。2．学习数据处理的方法。二、【实验仪器】电子管综合实验操控主机，SHZ-EWF1型电子管基座。三、【实验原理】1.热电子发射测量电子逸出功的基本原理通常情况下，金属表面与外界（真空）之间存在一个势垒E，在绝对零度时电子逸出金属至少需要从外界得到的能量为W=E,-E,=ep式中EE是绝对零度时电子所具有的最大能量，称为费米能级：W称为金属电子的逸出功，其常用单位为电子伏特（eV）：β称为逸出电位，其数值等于以电子伏特为单位的电子逸出功大小。电子从被加热金属中逸出的现象，称为热电子发射。如图1.1所示，真空二极管的阴极K（用金属钨丝做成）通以电流加热，在阳极A上加以正向电压IUa（阳极为高电位）二U.则在连接这两个电极的外电路中将有阳极电流la通过。阴极灯丝温度越高或电子逸出功越小，阳极电流la就越大。当阳极A未加正电压（图中Ua=O）时，连接两个电极的外电路中U也将会检测到热电子发射电流I（称为零场电流）。此零场图1.1热电子发射电路图电流强度I由理查逊-热西曼公式确定，有1
1 实验 76 电子管综合实验指导书 实验 76-1 金属逸出功实验 金属中存在大量的自由电子，但电子在金属内部所具有的能量低于在外部所具有的 能量，因而电子逸出金属时需要给电子提供一定的能量，这份能量称为电子逸出功。 研究电子逸出是一项很有意义的工作，很多电子器件都与电子发射有关，如电视机 的电子枪，它的发射效果会影响电视机的质量，因此研究这种材料的物理性质，对提高 材料的性能是十分重要的。 一、【实验目的】 1．用里查逊（Richardson）直线法测定金属钨的电子逸出功。 2．学习数据处理的方法。 二、【实验仪器】 电子管综合实验操控主机，SHZ-EWF1 型电子管基座。 三、【实验原理】 1．热电子发射测量电子逸出功的基本原理 通常情况下，金属表面与外界（真空）之间存在一个势垒 Eb ，在绝对零度时电子逸 出金属至少需要从外界得到的能量为 W E E e = − = b F 式中 EF 是绝对零度时电子所具有的最大能量，称为费米能级；W 称为金属电子的逸出 功，其常用单位为电子伏特（eV）； 称为逸出电位，其数值等于以电子伏特为单位的 电子逸出功大小。 电子从被加热金属中逸出的现象，称为热电子发射。如 图 1.1 所示，真空二极管的阴极 K（用金属钨丝做成）通以 电流加热，在阳极 A 上加以正向电压 Ua（阳极为高电位）， 则在连接这两个电极的外电路中将有阳极电流 Ia 通过。阴极 灯丝温度越高或电子逸出功越小，阳极电流 Ia 就越大。当阳 极 A 未加正电压（图中 Ua=0）时，连接两个电极的外电路中 也将会检测到热电子发射电流 I （称为零场电流）。此零场 电流强度 I 由理查逊-热西曼公式确定，有 μA A U f Ua A I f I K 图 1.1 热电子发射电路图
epI = AST? exp| -kT它就是热电子发射测量电子逸出功的基本原理公式。式中A是和阴极表面化学纯度有关的系数（单位为A·m-2·K-2），S为阴极的有效发射面积（单位为m2），T为阴极的绝对温度（单位为K），k为玻尔兹曼常数。将上式两边除以T2，再取对数，可得1ep虹=lgAS-5.04x103@Ig(1.1)=IgAS-T2.30kTT一与二成线性关系。此式显示gT与I一为横坐标作图，由直线斜率即可求出电子的逸出电位或电为纵坐标，如以gT2T子逸出功W。这样的数学处理方法称为理查逊直线法。2.零场电流I的测量为了维持阴极发射的热电子能连续不断地飞向阳，必须在阴极和阳极之间加一个加速电场E，。这样，阴极发射的热电子在加速电场作用下趋向阳极，形成阳极电流I。。可以证明，零场电流I与I的关系为(0.439 JE.I, = I exp1对上式取对数，曲线取直，有0.439/EIg /, = Ig I + 2.30T通常把阴极和阳极做成共轴圆柱形，忽略接触电位差和其它影响，则阴极表面加速电场U.可表示为E。=其中r和r分别为阴极和阳极的半径，U为阳极电压。把E。rIn(r /r)代入上式得10.439JU.(1.2)Igl.=lgI+2.30T JrIn(rn / r)此式是测量零场电流的基本公式。对于一定尺寸的二极管，当阴极的温度T一定时，lgI.和/U。成线性关系。如图1.2所示，如果以lgI.为纵坐标、以U。为横坐标作图，这些直线的延长线在U。=0处与纵坐标的交点为lgl。求反对数，可求出在一定温度下的零场电流1。测出不同阴极温度T下的零场电流I，则根据式（1.1）可求出电子的逸出电位α或电子逸出功W。2
2 = − kT e I AST exp 2 它就是热电子发射测量电子逸出功的基本原理公式。式中 A 是和阴极表面化学纯度有关 的系数（单位为 A·m-2·K-2）， S 为阴极的有效发射面积（单位为 m2）， T 为阴极的 绝对温度（单位为 K）， k 为玻尔兹曼常数。 将上式两边除以 2 T ，再取对数，可得 T AS k T e AS T I 1 lg 5.04 10 2.30 lg lg 3 2 = − = − （1.1） 此式显示 2 lg T I 与 T 1 成线性关系。 如以 2 lg T I 为纵坐标， T 1 为横坐标作图，由直线斜率即可求出电子的逸出电位 或电 子逸出功 W。这样的数学处理方法称为理查逊直线法。 2．零场电流 I 的测量 为了维持阴极发射的热电子能连续不断地飞向阳，必须在阴极和阳极之间加一个加 速电场 Ea 。这样，阴极发射的热电子在加速电场作用下趋向阳极，形成阳极电流 a I 。可 以证明，零场电流 I 与 a I 的关系为 0.439 exp a a E I I T = 对上式取对数，曲线取直，有 T E I I a a 2.30 0.439 lg = lg + 通常把阴极和阳极做成共轴圆柱形，忽略接触电位差和其它影响，则阴极表面加速电场 可表示为 1 2 1 ln( / ) a a U E r r r = ，其中 1 r 和 2 r 分别为阴极和阳极的半径， U a 为阳极电压。把 E a 代入上式得 1 2 1 0.439 1 lg lg 2.30 ln( / ) a a I I U T r r r = + （1.2） 此式是测量零场电流的基本公式。 对于一定尺寸的二极管，当阴极的温度 T 一定时， a lg I 和 Ua 成线性关系。如图 1.2 所示，如果以 a lg I 为纵坐标、以 Ua 为横坐标作图，这些直线的延长线在 0 Ua = 处与纵 坐标的交点为 lg I 。求反对数，可求出在一定温度下的零场电流 I。测出不同阴极温度 T 下的零场电流 I，则根据式（1.1）可求出电子的逸出电位 或电子逸出功 W
0510JU.T,阳T极Ig1电压2T灯丝电压T,>T>....>TIgIa图1.2外推法求零场电流图1.3实验电路图四、【实验仪器介绍】本实验仪器由操控主机和SHZ-EWF1型电子管基座两部分组成，如图1.4所示。操控主机面板从左至右依次为触摸控制屏、电子编码器电压/电流调节旋钮和线路接口。电子管基座包括两部分，安装在一个铁箱的A、B两面，分别用于金属电子逸出功和弗兰克一赫兹实验（一套仪器用于两个实验），由线路接口和相应的电子管组成。888800860高精度触控屏调节旋钮示波器接口电子管基座接口a操控主机b电子管基座A面与B面图1.4电子管综合实验仪操控主机面板介绍：如图1.4a所示，操控主机面板上有高精度触控屏、电压/电流调节旋钮、示波器接口、电子管基座接口四部分。1．高精度触控屏（1）显示屏为触摸式图形化操作界面。（2）所有实验参量设置都是从触控屏上点击选择相应参量后，通过旋转光电编码器旋钮调节量值。3
3 四、【实验仪器介绍】 本实验仪器由操控主机和 SHZ-EWF1 型电子管基座两部分组成，如图 1.4 所示。 操控主机面板从左至右依次为触摸控制屏、电子编码器电压/电流调节旋钮和线路接 口。电子管基座包括两部分，安装在一个铁箱的 A、B 两面，分别用于金属电子逸出 功和弗兰克—赫兹实验（一套仪器用于两个实验），由线路接口和相应的电子管组 成。 a 操控主机 b 电子管基座 A 面与 B 面 图 1.4 电子管综合实验仪 操控主机面板介绍： 如图 1.4a 所示，操控主机面板上有高精度触控屏、电压/电流调节旋钮、示波器接 口、电子管基座接口四部分。 1．高精度触控屏 （1）显示屏为触摸式图形化操作界面。 （2）所有实验参量设置都是从触控屏上点击选择相应参量后，通过旋转光电编码 器旋钮调节量值。 高精度触控屏 调节旋钮 示波器接口 电子管基座接口 图 1.2 外推法求零场电流 图 1.3 实验电路图 0 5 10 T1 T2 T3 T4 T5 5 4 . T T T i lg a I Ua lg I
2.调节旋钮（1）该旋钮为各参量共用调节旋钮。（2）在触控屏上点击选中需要调节的参量，再旋转钮调节参量数值大小。3.示波器接口（1）用来将弗兰克一一赫兹实验电流信号连接到示波器上显示。（2）“示波器”、“同步信号”插座分别接示波器上的“信号输入”、“同步输入”端。4.电子管基座接口（1）在金属电子逸出功实验中，接电子管基座“金属电子逸出功实验”面板接口（如图1.5a）。（2）在弗兰克一一赫兹实验中，接电子管基座“弗兰克赫兹实验”面板接口（如图1.5b)。灯丝电NVG2电压：00·5电子管综合卖脸线a金属电子逸出功实验b弗兰克一赫兹实验图1.5电子管基座接口连线图五、【实验内容及步骤】1.按照图1.5a连接好实验电路，接通电源。2.调节二极管灯丝电流I，，在0.6~0.7A之间每隔0.03A或0.04A进行一次测量。对于每一灯丝电流，预热3~5分钟，对应温度按照：T=920+1600I，求得（如果阳极电流1。偏小或偏大，也可适当增加或降低灯丝电流1）。3：对应每一灯丝电流，在阳极上依次加上25V，36V，49V，64V，81V，100V，121V，144V电压，各测出一组阳极电流1。填入表1.1。单位：uA表1.1不同灯丝电流和阳极电压U.对应的阳极电流I.值Ua121V144V25V36V49V64V81V100VIf0.600A0.630A4
4 2．调节旋钮 （1）该旋钮为各参量共用调节旋钮。 （2）在触控屏上点击选中需要调节的参量，再旋转钮调节参量数值大小。 3．示波器接口 （1）用来将弗兰克——赫兹实验电流信号连接到示波器上显示。 （2）“示波器”、“同步信号”插座分别接示波器上的“信号输入”、“同步输入” 端。 4．电子管基座接口 （1）在金属电子逸出功实验中，接电子管基座“金属电子逸出功实验”面板接口 （如图 1.5a）。 （2）在弗兰克——赫兹实验中，接电子管基座“弗兰克赫兹实验”面板接口（如图 1.5b）。 a 金属电子逸出功实验 b 弗兰克—赫兹实验 图 1.5 电子管基座接口连线图 五、【实验内容及步骤】 1．按照图 1.5a 连接好实验电路，接通电源。 2．调节二极管灯丝电流 f I ，在 0.6~0.7A 之间每隔 0.03A 或 0.04A 进行一次测量。 对于每一灯丝电流，预热 3~5 分钟，对应温度按照：T = 920+1600 f I 求得（如果阳 极电流 a I 偏小或偏大，也可适当增加或降低灯丝电流 f I ）。 3．对应每一灯丝电流，在阳极上依次加上 25V，36V，49V，64V，81V，100V， 121V，144V 电压，各测出一组阳极电流 a I 填入表 1.1。 表1.1 不同灯丝电流If 和阳极电压Ua对应的阳极电流Ia值 单位：uA Ua If 25V 36V 49V 64V 81V 100V 121V 144V 0.600A 0.630A
0.670A0.700A五、【注意事项】1.实验开始前连接线路及实验后拔除线路时，请勿触碰线路金属部分，避免高压对身体造成伤害；2.因实验过程中可能长期处于高压状态，故机箱温度较高，实验数据采集结束后请及时降压或关闭试验仪，同时注意降温；3.实验所有电子管因生产原因性能不会完全一致，故不同电子管相同灯丝电流灯丝温度不相同，所逸出电流数值不会完全一致，但不影响逸出功拟合计算结果，亦可用多个电子管实验计算平均值以减小误差。仪器测试饱和电流上限为630uA左右，一般建议实验灯丝电流不超过0.7A。5
5 0.670A 0.700A 五、【注意事项】 1．实验开始前连接线路及实验后拔除线路时，请勿触碰线路金属部分，避免高压对 身体造成伤害； 2．因实验过程中可能长期处于高压状态，故机箱温度较高，实验数据采集结束后请 及时降压或关闭试验仪，同时注意降温； 3．实验所有电子管因生产原因性能不会完全一致，故不同电子管相同灯丝电流灯 丝温度不相同，所逸出电流数值不会完全一致，但不影响逸出功拟合计算结果，亦可用 多个电子管实验计算平均值以减小误差。仪器测试饱和电流上限为 630uA 左右，一般建 议实验灯丝电流不超过 0.7A
实验76-2弗兰克-赫兹实验1913年丹麦物理学家玻尔在卢瑟福原子核模型的基础上，结合普朗克量子理论，提出了原子能级的概念并建立了原子模型理论，成功地解释了原子的稳定性和原子的线状光谱理论。该理论指出，原子处于稳定状态时不辐射能量，当原子从高能态（能量Em）向低能态（能量En）跃迁时才辐射，辐射能量满足AE=Em-En；对于外界提供的能量，只有满足原子跃迁到高能级的能级差，原子才吸收并跃迁，否则不吸收。1914年德国物理学家弗兰克和赫兹用慢电子穿过永蒸气的实验，测定了永原子的第一激发电位，从而证明了原子分立能态的存在。后来他们又观测了实验中被激发的原子回到正常态时所辐射的光，测出的辐射光的频率很好地满足了玻尔理论。弗兰克一赫兹实验的结果为玻尔理论提供了直接证据。玻尔因其原子模型理论获1922年诺贝尔物理学奖，而弗兰克与赫兹的实验也于1925年获诺贝尔物理学奖。一、【实验目的】1.学习测量原子的第一激发电位的方法：2.通过实验证实原子能级的存在：3.研究影响充气电子管阳极电流的因素，分析其机理。二、【实验仪器】电子管综合实验操控主机，SHZ-EWF1型电子管基座三、【实验原理】根据玻尔的原子理论，原子只能较长久地停留在一些稳定的状态下，简称“定态”。原子在定态时既不发射能量也不吸收能量，各定态的能量是分立的，也就是处于不同的能级上，原子只能吸收或辐射出相当于各能级之间差值的能量。原子从一个定态跃迁到另一个定态时将发生能量的发射和吸收，发射或吸收的能量辐射的频率也是一定值，其辐射频率v决定于hv=△AE=E.-E，h为普朗克常数，则有(2.1)V=(Em-En)/h要使原子状态改变，必须有一外部能量对原子作用，轰击原子以便使之获得能量产生跃迁。弗兰克-赫兹实验就是通过加速电子，使具有一定能量的电子与原子进行碰撞，进行能量交换而实现原子能态的改变。夫兰克一赫兹实验原理如图2.1所示，充氩气的电子管中，阴极K，阳极A，G、G,分别为第一、第二栅极。6
6 实验 76-2 弗兰克-赫兹实验 1913 年丹麦物理学家玻尔在卢瑟福原子核模型的基础上，结合普朗克量子理论，提 出了原子能级的概念并建立了原子模型理论，成功地解释了原子的稳定性和原子的线状 光谱理论。该理论指出，原子处于稳定状态时不辐射能量，当原子从高能态（能量 Em） 向低能态（能量 En）跃迁时才辐射，辐射能量满足E = Em−En；对于外界提供的能量， 只有满足原子跃迁到高能级的能级差，原子才吸收并跃迁，否则不吸收。 1914 年德国物理学家弗兰克和赫兹用慢电子穿过汞蒸气的实验，测定了汞原子的 第一激发电位，从而证明了原子分立能态的存在。后来他们又观测了实验中被激发的原 子回到正常态时所辐射的光，测出的辐射光的频率很好地满足了玻尔理论。弗兰克—赫 兹实验的结果为玻尔理论提供了直接证据。 玻尔因其原子模型理论获 1922 年诺贝尔物理学奖，而弗兰克与赫兹的实验也于 1925 年获诺贝尔物理学奖。 一、【实验目的】 1．学习测量原子的第一激发电位的方法； 2．通过实验证实原子能级的存在； 3．研究影响充气电子管阳极电流的因素，分析其机理。 二、【实验仪器】 电子管综合实验操控主机，SHZ-EWF1 型电子管基座 三、【实验原理】 根据玻尔的原子理论，原子只能较长久地停留在一些稳定的状态下，简称“定态”。 原子在定态时既不发射能量也不吸收能量，各定态的能量是分立的，也就是处于不同的 能级上，原子只能吸收或辐射出相当于各能级之间差值的能量。原子从一个定态跃迁到 另一个定态时将发生能量的发射和吸收，发射或吸收的能量辐射的频率也是一定值，其 辐射频率 决定于 m n h E E E = = − ，h 为普朗克常数，则有 = − (E E h m n ) （2.1） 要使原子状态改变，必须有一外部能量对原子作用，轰击原子以便使之获得能量产 生跃迁。弗兰克-赫兹实验就是通过加速电子，使具有一定能量的电子与原子进行碰撞， 进行能量交换而实现原子能态的改变。 夫兰克一赫兹实验原理如图 2.1 所示，充氩气的电子管中，阴极 K ，阳极 A ，G1、 G2 分别为第一、第二栅极
阴极K~栅极G~栅极G，之间加正向电压，为电子提供能量。Vcr的作用主要是消除空间电荷对阴极电子发射的影响，提高发射效率。栅极G,~阳极A之间加反向电压Vc.4形成拒斥电场。电子从热阴极K发出，在K~G,区间获得能量，在It微电流G,~A区间损失能量。如果电子进入G,～A区域时动TAVGaA能大于或等于eVG4，就能到达阳极形成阳极电流IA。0000电子6电子在不同区间的情况：0ot82（1）在K~G区间：电子迅速被电场加速而获得o氢原子能量。0toA1（2）在G,~G,区间：电子继续从电场获得能量并VGk不断与氩原子碰撞。当其能量小于氩原子第一激发态与基态的能级差AE=E,-E,时，氩原子基本不吸收电灯丝电压V子的能量，碰撞属于弹性碰撞。当电子的动能达到^E，图2.1弗兰克-赫兹实验原理图则可能在碰撞中被氩原子吸收这部分能量，这时的碰撞属于非弹性碰撞。△E称为临界能量。（3）在G2~A区间：电子克服拒斥电场力做功而损失能量。若电子进入此区间时的动能小于eVGA则不能达到阳极。由此可见，电子经过从K到G,加速后，若AIeVGkn△E，则电子在进入G2~A区域之前可能n次被氩原子碰撞而损失能量。阳极电流I随加速电压VGk变化曲线就形成n个峰值，如图2.2所示。凡是在(2.2)VGK = nV7
7 阴极 K ~栅极 G1 ~栅极 G2 之间加正向电压，为电子提供能量。 GK1 V 的作用主要是消除 空间电荷对阴极电子发射的影响，提高发射效率。栅极 G2 ~阳极 A 之间加反向电压 G A2 V ， 形成拒斥电场。 电子从热阴极 K 发出，在 K ~ G2 区间获得能量，在 G2 ~ A 区间损失能量。如果电子进入 G2 ~ A 区域时动 能大于或等于 G A2 eV ，就能到达阳极形成阳极电流 IA。 电子在不同区间的情况： （1）在 K ~ G1 区间：电子迅速被电场加速而获得 能量。 （2）在 G1~ G2 区间：电子继续从电场获得能量并 不断与氩原子碰撞。当其能量小于氩原子第一激发态 与基态的能级差 = − E E E 2 1 时，氩原子基本不吸收电 子的能量，碰撞属于弹性碰撞。当电子的动能达到E， 则可能在碰撞中被氩原子吸收这部分能量，这时的碰 撞属于非弹性碰撞。E 称为临界能量。 （3）在 G2~A 区间：电子克服拒斥电场力做功而损失能量。若电子进入此区间时的 动能小于 G A2 eV 则不能达到阳极。 由此可见，电子经过从 K 到 G2 加速后，若 G K2 eV E ，则电子带着 G K2 eV 的能量进入 G2~A 区域。随着 G K2 eV 的增加，越来越多的电 子具有足够的能量克服拒斥电场作用到达阳 极，电流 A I 增加（如图 3-2 中 Oa 段）。 若 G K2 eV E = 之后，随着 G K2 V 增大，电子能 量被氩原子吸收E 的概率逐渐增大，剩下的 动能不能克服拒斥电压，阳极电流逐渐下降 （如图 2.2 中 ab 段）。 继续增大 G K2 V ，电子碰撞后的剩余能量也增加，到达阳极的电子又会逐渐增多（如 图 2.2 中 bc 段）。 若 G K2 eV n E ，则电子在进入 G2~A 区域之前可能 n 次被氩原子碰撞而损失能量。 阳极电流 A I 随加速电压 G K2 V 变化曲线就形成 n 个峰值，如图 2.2 所示。凡是在 2 V nV G K = 0 （2.2） 图 2.2 弗兰克-赫兹实验 G K2 V ～I 曲线 a b c IA (nA) G K2 V (V ) O V1 V2 V3 V4 V5 V6 V7 图 2.1 弗兰克-赫兹实验原理图 电子 氩原子 K G2 G1 A IA VG2K VG1K VG2A 微电流仪 灯丝电压 Vf
处阳极电流就会相应下跌，相邻峰值之间的电压差V称为氩原子的第一激发电位。氩原子第一激发态与基态间的能级差(2.3)NE=eV.四、【实验仪器介绍】仪器介绍与“电子逸出功实验”仪器介绍一样，略。五、【实验内容与步骤】测量原子（以下以氩原子为例）的第一激发电位。通过IA~VG2K曲线，观察原子能量量子化情况，并求出氩原子的第一激发电位。本电子管综合实验仪弗兰克一赫兹实验模块分为自动、手动二种模式。本实验只选取自动模式测量。1.自动模式测量I~VG2K曲线1）按照图1.4b连接好实验电路，接通电源。2）主机启动后，在弗兰克一赫兹实验主菜单中点击“参数设置”，每台设备设置的参数不尽相同，具体数值在“电子管基座”铁箱上方已告知。参数设置好后请点“确认”。3）预热3分钟，点击弗兰克一赫兹实验主菜单的“自动模式”，然后点击“开始”，实验仪控制"加速电压VG,”自动从0增大到85V以0.1V的步距绘制IA~VG2k曲线，并将实验数据保存。4）注观察屏上曲线形态，拖动右侧滚动条可调节曲线高度。若曲线削峰，适当降低灯丝电压V；若削谷，适当降低拒斥电压VG,A。重新开始，直到绘制出包括6个完好的峰和谷的IA~VG2K曲线。5）返回到弗兰克一一赫兹实验主菜单，点击“数据查询”，屏幕上列出最近一次自动模式测量的数据，在数据列表中找到阳极电流1的每一个峰值和谷值，记录极值电流对应的加速电压VG,k填入表2.1。表2.1自动模式IA~VG2k曲线峰、谷电压记录序号1Vi3-V:/V平均值2345611峰VG2k/V谷VG3K/V2.研究各电压对Is~VG2k曲线的影响参照“电子管基座”铁箱上方己告知的最优参数表，假设灯丝电压V，=a；第一栅极电压VGk=b；拒斥电压VG,A=c（a、b、c为具体的数值）。8
8 处阳极电流就会相应下跌，相邻峰值之间的电压差 V0 称为氩原子的第一激发电位。氩原 子第一激发态与基态间的能级差 = E eV0 （2.3） 四、【实验仪器介绍】 仪器介绍与“电子逸出功实验”仪器介绍一样，略。 五、【实验内容与步骤】 测量原子（以下以氩原子为例）的第一激发电位。通过 IA~VG2K 曲线，观察原子能 量量子化情况，并求出氩原子的第一激发电位。 本电子管综合实验仪弗兰克—赫兹实验模块分为自动、手动二种模式。本实验只选 取自动模式测量。 1. 自动模式测量 IA~VG2K曲线 1） 按照图 1.4b 连接好实验电路，接通电源。 2） 主机启动后，在弗兰克—赫兹实验主菜单中点击“参数设置”，每台设备设置的参 数不尽相同，具体数值在“电子管基座”铁箱上方已告知。参数设置好后请点“确 认”。 3） 预热 3 分钟，点击弗兰克—赫兹实验主菜单的“自动模式”，然后点击“开始”， 实验仪控制“加速电压 G K2 V ”自动从 0 增大到 85V 以 0.1V 的步距绘制 IA~VG2K曲线， 并将实验数据保存。 4） 注观察屏上曲线形态，拖动右侧滚动条可调节曲线高度。若曲线削峰，适当降低灯 丝电压 Vf ；若削谷，适当降低拒斥电压 G A2 V 。重新开始，直到绘制出包括 6 个完好 的峰和谷的 IA~VG2K 曲线。 5） 返回到弗兰克——赫兹实验主菜单，点击“数据查询”，屏幕上列出最近一次自动 模式测量的数据，在数据列表中找到阳极电流 A I 的每一个峰值和谷值，记录极值电 流对应的加速电压 G K2 V 填入表 2.1。 表 2.1 自动模式 IA~VG2K 曲线峰、谷电压记录 序号 i 1 2 3 4 5 6 Vi+3-Vi /V 平均值 峰 VG2K /V 谷 VG3K /V 2. 研究各电压对 IA~VG2K曲线的影响 参照“电子管基座”铁箱上方已告知的最优参数表，假设灯丝电压 Vf =a；第一栅极电压 GK1 V =b；拒斥电压 G A2 V =c（a、b、c 为具体的数值）
1）拒斥电压VG,A的影响（1）进入自动模式，在屏幕右下角选择参数类型，再配合“调节旋钮”设置好“灯丝电压V,=a”与“第一栅极电压VGk=b”。然后设置“拒斥电压VG,A=c”，并在屏幕右下角参数类型保持在“VGA”。(2）然后选择屏幕上方的“多条”选项，再按“开始”选项，开始循环绘制IA~VGaK曲线。此时要认真留意“VG2K”值的变化。(3）当“VG2K”值到达“85.0V”后会自动跳为“0.0V”并以0.1V的步距增大数值。此时切记在“VG2K”值在小于8.0V前迅速将拒斥电压“VGA”参数值改为“c-1.0V”，继续认真留意“VG2K”值的变化值，并拿出照相机准备拍摄屏幕上的曲线。(4）当“VG2K”值进入“43.0V~50.0V”之间，迅速抓拍清晰的两条曲线前三个波峰波谷的对比照。(5）当“VG2K”值进入“82.0V~85.0V”之间，迅速抓拍清晰的两条曲线后三个波峰波谷的对比照。(6)此时当“VG2K”值又自动跳为“0.0V”并以0.1V的步距增大数值。此时切记在“VG2K”值在小于8.0V前迅速将拒斥电压“VGA”参数值改为“c+1.0V”，依然认真留意“VG2K”值的变化值，并拿出照相机准备拍摄屏幕上的曲线。(7）当“VG2K”值进入“43.0V~50.0V”之间，迅速抓拍清晰的两条曲线前三个波峰波谷的对比照。(8）当“VG2K”值进入“82.0V~85.0V”之间，迅速抓拍清晰的两条曲线后三个波峰波谷的对比照。然后按下屏幕上方的“停止”选项，拒斥电压参数的分析已完成。（此步骤共拍摄四张图片）(9）分析不同拒斥电压下，曲线峰、谷对应的VG有何变化？有何规律？示例不同拒斥电压VGA下IA~VG2K曲线对比分析图样状态前三个峰、谷对照后三个峰、谷对照9
9 1） 拒斥电压 G A2 V 的影响 (1) 进入自动模式，在屏幕右下角选择参数类型，再配合“调节旋钮”设置好“灯丝 电压 Vf =a”与“第一栅极电压 GK1 V =b”。然后设置“拒斥电压 G A2 V =c”，并在屏 幕右下角参数类型保持在“VGA”。 (2) 然后选择屏幕上方的“多条”选项，再按“开始”选项，开始循环绘制 IA~VG2K 曲线。此时要认真留意“VG2K”值的变化。 (3) 当“VG2K”值到达“85.0V”后会自动跳为“0.0V”并以 0.1V 的步距增大数值。 此时切记在“VG2K”值在小于 8.0V 前迅速将拒斥电压“VGA”参数值改为“c- 1.0V”，继续认真留意“VG2K”值的变化值，并拿出照相机准备拍摄屏幕上的 曲线。 (4) 当“VG2K”值进入“43.0V~50.0V”之间，迅速抓拍清晰的两条曲线前三个波 峰波谷的对比照。 (5) 当“VG2K”值进入“82.0V~85.0V”之间，迅速抓拍清晰的两条曲线后三个波 峰波谷的对比照。 (6) 此时当“VG2K”值又自动跳为“0.0V”并以 0.1V 的步距增大数值。此时切记 在“VG2K”值在小于 8.0V 前迅速将拒斥电压“VGA”参数值改为“c+1.0V”， 依然认真留意“VG2K”值的变化值，并拿出照相机准备拍摄屏幕上的曲线。 (7) 当“VG2K”值进入“43.0V~50.0V”之间，迅速抓拍清晰的两条曲线前三个波 峰波谷的对比照。 (8) 当“VG2K”值进入“82.0V~85.0V”之间，迅速抓拍清晰的两条曲线后三个波 峰波谷的对比照。然后按下屏幕上方的“停止”选项，拒斥电压参数的分析已完 成。（此步骤共拍摄四张图片） (9) 分析不同拒斥电压下，曲线峰、谷对应的 G K2 V 有何变化？有何规律？ 示例 不同拒斥电压 G A2 V 下 IA~VG2K 曲线对比分析图样 状态 前三个峰、谷对照 后三个峰、谷对照
AH自动模量图片记录图片记录分析说明2）第一栅极电压V。，的影响（1）进入自动模式，在屏幕右下角选择参数类型，再配合“调节旋钮”设置好“灯丝电压V,=a”与“拒电压VG=c”。然后设置“第一栅极电压Vak=b”，并在屏幕右下角参数类型保持在“VGIK”。(②）然后选择屏幕上方的“多条”选项，再按“开始”选项，开始循环绘制IA~VGK曲线。此时要认真留意“VG2K”值的变化。(3）当“VG2K”值到达“85.0V”后会自动跳为“0.0V”并以0.1V的步距增大数值。此时切记在“VG2K”值在小于8.0V前迅速将第一栅极电压“VG1K”参数值改为“b-0.3V”，继续认真留意“VG2K”值的变化值，并拿出照相机准备拍摄屏幕上的曲线。(4）当“VG2K”值进入“43.0V~50.0V”之间，迅速抓拍清晰的两条曲线前三个波峰波谷的对比照。(5）当“VG2K”值进入“82.0V~85.0V”之间，迅速抓拍清晰的两条曲线后三个波峰波谷的对比照。(6）此时当“VG2K”值又自动跳为“0.0V”并以0.1V的步距增大数值。此时切记在“VG2K”值在小于8.0V前迅速将第一栅极电压“VG1K”参数值改为“b+0.3V”依然认真留意“VG2K”值的变化值，并拿出照相机准备拍摄屏幕上的曲线。(7）当“VG2K”值进入“43.0V~50.0V”之间，迅速抓拍清晰的两条曲线前三个波峰波谷的对比照。10
10 图片记录 图片记录 分析说明 2） 第一栅极电压 G K1 V 的影响 (1) 进入自动模式，在屏幕右下角选择参数类型，再配合“调节旋钮”设置好“灯丝 电压 Vf =a”与“拒斥电压 G A2 V =c”。然后设置“第一栅极电压 GK1 V =b”，并在屏 幕右下角参数类型保持在“VG1K”。 (2) 然后选择屏幕上方的“多条”选项，再按“开始”选项，开始循环绘制 IA~VG2K 曲线。此时要认真留意“VG2K”值的变化。 (3) 当“VG2K”值到达“85.0V”后会自动跳为“0.0V”并以 0.1V 的步距增大数值。 此时切记在“VG2K”值在小于 8.0V 前迅速将第一栅极电压“VG1K”参数值改 为“b-0.3V”，继续认真留意“VG2K”值的变化值，并拿出照相机准备拍摄屏 幕上的曲线。 (4) 当“VG2K”值进入“43.0V~50.0V”之间，迅速抓拍清晰的两条曲线前三个波 峰波谷的对比照。 (5) 当“VG2K”值进入“82.0V~85.0V”之间，迅速抓拍清晰的两条曲线后三个波 峰波谷的对比照。 (6) 此时当“VG2K”值又自动跳为“0.0V”并以 0.1V 的步距增大数值。此时切记 在“VG2K”值在小于 8.0V 前迅速将第一栅极电压“VG1K”参数值改为“b+0.3V”， 依然认真留意“VG2K”值的变化值，并拿出照相机准备拍摄屏幕上的曲线。 (7) 当“VG2K”值进入“43.0V~50.0V”之间，迅速抓拍清晰的两条曲线前三个波 峰波谷的对比照