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1、夫蘭克-赫茲實(shí)驗(yàn)中的幾點(diǎn)討論06300190087王琪內(nèi)容提要引言討論一：峰-峰間距不等距討論二：關(guān)于峰谷包絡(luò)線結(jié)論引言電子在加速區(qū)獲得能量，輸出電流隨著掃描電壓增大而增加。當(dāng)電子能量大到足夠與汞原子發(fā)生非彈性碰撞時(shí)，會(huì)導(dǎo)致汞的能級(jí)躍遷，電子能量減少，無(wú)法克服拒斥電壓到達(dá)極板，從而輸出電流減少。引言隨著掃描電壓增大，輸出電流來(lái)回振蕩。討論一峰-峰間不等距1234564.6eV4.7eV4.7eV4.8eV4.9eV4.8eV7891011124.9eV4.9eV4.9eV5.0eV5.1eV5.0eV討論一從基態(tài)61S0到63P0，63P1，63P2的躍遷在選擇定則里都是允許的。也就是
2、說(shuō)，夫蘭克-赫茲曲線上的峰間距不僅有61S0到63P1的躍遷的信息，同時(shí)也有另外兩個(gè)躍遷的內(nèi)容。討論一解釋1：從激發(fā)截面的角度汞原子63P0，63P1，63P2三種態(tài)的激發(fā)能分別為4.67eV，4.89eV，5.46eV，其中三條曲線激發(fā)截面的最大值分別出現(xiàn)在4.70eV，4.92eV，5.59eV。討論一平均自由程的定義如右式：原子態(tài)臨界激發(fā)能最大激發(fā)截面平均自由程63P04.70eV0.35*10^(-20)m^2較大63P14.92eV3.8*10^(-20)m^2一般63P25.59eV4.3*10^(-20)m^2較小討論一解釋2：電子在加速區(qū)增加的能量-----掃描電壓的電
3、壓值（橫坐標(biāo)）對(duì)應(yīng)給電子的能量假設(shè)電子在加速區(qū)與汞原子發(fā)生非彈性碰撞n次，則電子增加的能量為：討論一峰間距對(duì)應(yīng)的能量差即為：從上式可看出，間距與n有關(guān)，并非常值。其中當(dāng)n=0.5時(shí)，最小峰間距為，認(rèn)為是4.67eV，但我們從圖中只能看出的值。另外，掃描電壓很大時(shí)，未發(fā)生碰撞的能量大的電子可能會(huì)使汞原子電離，也會(huì)影響峰間距。討論二實(shí)驗(yàn)曲線呈紡錘形，去除本底后，曲線呈“山峰”狀。討論二關(guān)于峰和谷的物理含義：如果從陰極發(fā)射出的電子的能量都是一樣的，那么峰和谷對(duì)應(yīng)的電壓值應(yīng)是一樣的。但是實(shí)際上，從陰極發(fā)出的電子符合統(tǒng)計(jì)學(xué)分布，有一定的漲落。峰對(duì)應(yīng)為能量大的電子達(dá)到激發(fā)能級(jí)時(shí)對(duì)應(yīng)的最大輸出電流。
4、谷對(duì)應(yīng)的為一些沒(méi)有發(fā)生碰撞的電子產(chǎn)生的漏電流，但同時(shí)，作為本底，它還包括了雜質(zhì)離子，以及電離，高激發(fā)態(tài)的躍遷等信息。討論二峰包絡(luò)線：總體呈上升趨勢(shì)（掃描電壓增大,電子能量增大,通過(guò)柵極到達(dá)板極的電子數(shù)增多，輸出電流增大）先迅速上升，后緩慢上升（1）與F-H實(shí)驗(yàn)管以及陰極發(fā)射管的本質(zhì)屬性有關(guān)（2）當(dāng)掃描電壓增大到一定值時(shí)，柵極吸附電子能力增強(qiáng),使到達(dá)板極的電子數(shù)減少,峰值電流增長(zhǎng)趨勢(shì)變慢。討論二谷包絡(luò)線（本底）先緩慢上升后迅速上升隨著掃描電壓的增大，未發(fā)生碰撞的電子本身的能量也增大，可以克服拒斥電壓的電子數(shù)自然會(huì)增多，但本身漏過(guò)的電子數(shù)并不多，受電壓大小的影響并不很大，所以前半段趨勢(shì)為緩
5、慢上升。掃描電壓繼續(xù)增大，很多電子積聚到很大能量，足以使汞原子電離，電離出的電子和帶正點(diǎn)的汞原子通過(guò)拒斥電壓到達(dá)極板，使輸出電流會(huì)迅速增加，在曲線上表現(xiàn)出斜率迅速加大。討論二空間電荷的影響陰極發(fā)射電子的動(dòng)能大部分用來(lái)克服脫出功,剩余的動(dòng)能很小,也就是說(shuō)電子的初速度很小，堆積在陰極附近,就會(huì)形成了空間電荷。考慮能量大的電子占電子數(shù)中的比例是一定的，產(chǎn)生漏電流的電子占電子數(shù)中的比例也是一定的。那么峰谷差距就可對(duì)應(yīng)為這兩種電子的差值。自然是電子數(shù)越多，峰谷差值越大。在掃描電壓增加的前半段，空間電荷效應(yīng)在慢慢減少，即進(jìn)入加速區(qū)的電子數(shù)在增多，前面的討論在這半段成立。結(jié)論夫蘭克-赫茲曲線的峰（谷
6、）間距并不是等距的，實(shí)驗(yàn)曲線也并不只是描述61S0到63P1的躍遷，對(duì)到63P0，63P2的躍遷，曲線也是有所顯示的。而在我們的掃描范圍里，更多的只看到4.89eV的能級(jí)，這可以從激發(fā)截面和電子在加速區(qū)增加的能量差來(lái)解釋。實(shí)驗(yàn)曲線呈紡錘形，去除本底后的曲線呈“山峰”狀。峰包絡(luò)線明顯受F-H管本身屬性的影響，谷包絡(luò)線包含有低激發(fā)態(tài)躍遷以外的信息。同時(shí)，空間電荷效應(yīng)對(duì)峰谷差值也會(huì)有所影響。Thankyou~
