南昌大学物理实验报告学生姓名：王培升学号：5502211065专业班级：应用物理111班班级编号：S008__实验时间：14时00分第十二周星期二座位号：教师编号：成绩：夫兰克-赫兹实验实验目的：了解原子能量量子化，测定汞或氩原子的第一激发电势；了解集成运算放大器的基本单元电路原理；利用运算放大器的放大作用，组成测量电路进行弱电流测量。实验原理：弗兰克-赫兹实验根据量子理论，原子只能处在一系列不连续的能量状态，称为定态。相应的定态能量称为能级。原子的能量要发生变化，必须在两个定态之间以跃迁的方式进行。当基态原子与带一定能量的电子发生碰撞时，可以使原子从基态跃迁到高能态式中，为第一激发态能量（第一激发态是距基态最近的一个能态），为基态能量，为该原子第一激发能。Figure1:弗兰克-赫兹实验的原理弗兰克-赫兹实验的原理可由图1来说明。电子由阴极发出经由电压形成的电场加速而趋向板极，只要电子能量足以克服减速电压形成的电场时，就能穿过栅极到达板极形成电流。由于管中充有气体原子，电子前进的途中要与原子发生碰撞。如果电子能量小第一激发能，它们之间的碰撞是弹性的，根据弹性碰撞前后系统动量和动能守恒原理不难推得，电子损失的能量极小，电子能如期的到达板极，形成电流，将随着的增大而增大。但当电子能量达到时，电子与原子将在附近发生第一次非弹性碰撞，电子把能量传给气体原南昌大学物理实验报告学生姓名：王培升学号：5502211065专业班级：应用物理111班班级编号：S008__实验时间：14时00分第十二周星期二座位号：教师编号：成绩：子。碰撞后电子失去动能，损失了能量的电子将无法克服减速场到达板极造成了电流Ip的第一次下降。若使继需增大，电子在经历了第一次非弹性碰撞后，仍有剩余动能到达板极，电流又会上升，直到达到两倍的时，使电子与原子发生两次非弹性碰撞，电流又再度下跌，余可类推。如此反复将出现图2的曲线。图2:弗兰克-赫兹实验曲线集成运算放大器集成运算放大器是一种能够检测和放大支流与交流信号的固体器件。它具有输入阻抗高，开环增益高以及输出阻抗小等特点。目前广泛应用于计算机、自动控制、无线电技术和各种非电量的电测线路中。集成运算放大器的主要参数如下：输出最大电压在额定电压下，集成运放所输出的最大不失真电压的峰-峰值为，一般是小于电源电压。开环增益它定义为运算放大器在没有任何外部反馈情况下的差动直流电压放大倍数，即它是在放大器开环情况下，输出电压与输入差动电压的比值，即可达以上。输入阻抗集成运放的输入阻抗，其数值较大，一般为几兆欧，这样输入电流可以忽略。输出阻抗集成运放的输出阻抗，其数值较小，一般最多几百欧，这样放大器的输出受负载的影响较小。综上所述，集成运放具有开环增益高、输入阻抗高、输出阻抗低、漂移小、可靠性高、体积小等优点。弗兰克-赫兹(F-H)实验中弱电流的测量弗兰克-赫兹实验中达到板极的电流极弱，约为，对电流计的灵敏度要求较高，若采用电流计，则它的内阻较大()，对原电路有影响。故本实验采用运算放大电路（图三）对弗兰克-赫兹实验中的板极电流进行测量。南昌大学物理实验报告学生姓名：王培升学号：5502211065专业班级：应用物理111班班级编号：S008__实验时间：14时00分第十二周星期二座位号：教师编号：成绩：图3:弗实验装置图数据处理：实验数据如下表U/VI/nAU/VI/nAU/VI/nAU/VI/nA0022.92.8342.547.75.65023.62.135.31.848.912.710.60.124.82.435.31.850.720.512.5125.65.136.67.952.22514.2326.811.137.514.253.925.515.35.327.614.138.819.155.916.918.36.42916.840.92157.19.419.56.93015.943.216.858.54.520.8631.313.344.76.7608.521.5532.96.246.61.8将数据输入，得到的图像如下南昌大学物理实验报告学生姓名：王培升学号：5502211065专业班级：应用物理111班班级编号：S008__实验时间：14时00分第十二周星期二座位号：教师编号：成绩：弗兰克-赫兹曲线-5051015202530010203040506070VG2k(V)I(nA)系列1计算氩原子的第一激发电位波峰、波谷的电压值如下1234波峰（V）19.52940.953.9波谷（V）23.635.346.658.5利...
