弗兰克赫兹实验报告模板2025秋V2.0（当堂处理和提交）
请输入姓名
请输入有效学号
请输入班级信息
请选择实验日期
请选择实验节次
请选择实验教师
预习报告（课前撰写）
预习问题：用示意图、思维导图和简要文字回答下面的问题
  1. 什么是电子与原子的弹性碰撞和非弹性碰撞？
  2. 结合原理图，说明弗兰克-赫兹实验中有哪几个工作电压，其作用分别是什么？
  3. 随着第二栅极电压的增加，电子在各工作区间有怎样的运动过程？板极电流的大小是怎样变化的？
  4. 实验中随着第二栅极电压的增加，板极电流出现n个电流峰的原因是什么？
  5. 氩原子的第一激发电位是怎样通过实验确定的？第一峰值所对应的电压是否等于第一激发电位？原因是什么？
  6. 为什么板极电流的谷值不为零，而且谷值依次随第二栅极电压的增加而升高？
  7. 实验中有哪些注意事项？
一、课堂报告
1 接线与检查
  1. 使用专用连接线，将面板上的四对接线插孔（灯丝电源、UG2K、UG1K、UG2A）与弗兰克-赫兹管上对应插孔正确连接，并完成二次检查。将仪器的“电流输入”端与弗兰克-赫兹管上的“I”端子相连。（老师已代劳）
  2. 将仪器的“信号输出”连接至示波器的“CH1”通道，“同步输出”连接至“CH2”通道。
⚠️注意：必须确保每根接线一一对应、不可错插，否则可能导致设备损坏（灯丝电压极性可任意连接）。
2 开机与预设
  1. 依次打开仪器电源和示波器电源。
  2. 在【自动】、【手动】按键之间选择“自动”状态。
  3. 按照弗兰克-赫兹管铭牌提供的参数表，预置灯丝电压UF、第一栅压UG1K和拒斥电压UG2A。
  4. 预热5分钟。
3 测量操作
  1. 依据铭牌设置第二栅压UG2K最大值。电流量程暂时选择10μA，后续可能需要根据示波器扫描结果调整量程。
  2. 按下【启动】键，开始自动测量。UG2K将以0.2V的步长慢慢增加，直至达到设定的最大值。需要说明的是，UG2K并不是静态增加的，而是以几百赫兹的频率（同步通道的脉冲频率）扫描变化，扫描幅值对应实时显示的UG2K值。
  3. 将示波器设为Y-T模式，观察显示的信号。理想状态下，当UG2K大于30V时，可以看到一个明显的峰；扫描到82V时，可以看到6个峰值，且峰顶逐渐上升。以下是常出现的异常现象和解决办法：
    • UG2K>30V时看不到峰。解决方法：调大示波器横轴灵敏度，在更大的时间范围内观察测量曲线，一般都可以看到峰。
    • 显示曲线波动厉害，信噪比差。 解决方法：在实验仪上选择更小的电流量程，提高测量分辨能力。测量结果的有效位数越多，分辨能力越强，对于本实验，峰值有效数位3位以上为宜。 若选择最小量程信噪比仍然不佳，可适当减小UG2A（允许调整范围一般为±50%）设定值，目的是增大阳极电流Ip。
    • 显示曲线在高位突然拉平，没有了变化。解决方法： 调高电流量程，使测量值全部都在该量程范围以内。若在最大量程出现前述情况，适当降低灯丝电压VF或增大拒斥电压UG2A，以减小板极电流。
4 数据记录
  1. 设备具有测量数据自动保存功能。在没有改变测量模式的前提下，自动测量结束后，UG2K显示会归零，但Ip数据通过调节UG2K大小可以回看。⚠️注意：回溯数据时切勿切换测量模式，否则数据将被清除。
  3. 考虑到数据量较大，且主要关注峰值位置，所以在表1中仅需要记录每个峰附近的7个数据。数据有效位数保持原样，不得随意增减。
  4. 基于表1数据在图1中作图，并进行拟和。
表1 Ip-UG2K数据记录表
测试仪设备编号：_________________ 实验参数：灯丝电压UF=________V、第一栅压UG1K=________V，拒斥电压UG2A=________V
单位 1 2 3 4 5 6 7
1号峰 UG2K V
Ip 10- A
2号峰 UG2K V
Ip 10- A
3号峰 UG2K V
Ip 10- A
4号峰 UG2K V
Ip 10- A
5号峰 UG2K V
Ip 10- A
6号峰 UG2K V
Ip 10- A
图1 Ip-UG2K数据作图及拟和
5 数据处理
  1. 根据图1的拟和曲线确定6个特征峰位坐标，并填入表2。
  2. 利用最小二乘法或者逐差法对表2数据进行拟和，确定相邻峰位距离的平均值\({\Delta}V\)，此即为测得的氩原子第一激发电位。
  3. 查阅有关氩原子第一激发电位的资料，比较测量结果与公认结果的差异。
表2 峰位记录表
单位 1号峰 2号峰 3号峰 4号峰 5号峰 6号峰
UG2K V
Ip 10- A
图2 峰位数据作图及拟和
6 结束操作
  • 实验结束后，先将所有电压参数调至0V，再关闭仪器及示波器电源。