文档介绍：实验五夫兰克-赫兹实验中弱电流的测量
——集成运算放大器的应用

1914 年夫兰克(F. Franck)和赫兹(G. Hertz)在研究气体放电现象中低能电子与原子
间相互作用时,在充汞的放电管中发现:透过汞蒸汽的电子流随电子的能量呈现有规律的
周期性变化,间隔为 eV,并拍摄到与能量 eV 相对应的波长为 nm 的光谱线.
该实验证实了原子内部能量是量子化的,为玻尔于 1913 年发表的原子理论提供了新的
实验事实.
1920 年夫兰克及其合作者对原先实验装置作了改进,提高了分辨率,测得了汞的除
以外的较高激发能级和电离能级, 年
夫兰克和赫兹共同获得诺贝尔物理学奖.
通过这一实验可以了解原子内部能量量子化的情况,学习和体验夫兰克和赫兹研究气

放大器测量弱电流.
【实验目的】
,测定汞或氩原子的第一激发电势;
;
,组成测量电路进行弱电流测量;
【实验原理】
-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,
,
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
−= EEeV 011 (1)
式(1)中,E1为第一激发态能量(第一激发态是距基态最近的一个能态),E0为基态能量,
eV1为该原子第一激发能.
弗兰克-赫兹实验的原理可由图 1 来说明,各电位分布如图 2
由电压VG2K形成的电场加速而趋向板极P,只要电子能量足以克服减速电压VG2P形成的电场
时,,电子前进的途中要与
,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Ip,,电子与原子将在G2附
近发生第一次非弹性碰撞,,损失了能
量的电子将无法克服减速场到达板极,,电
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VF:灯丝加热电压 VG1K:正向小电压 VG2K:加速电压 VG2P:减速电压
F:灯丝 K:阴极 G1:栅极(控制栅极) G2:栅极(加速栅极) P:板极
图 1 弗兰克-赫兹实验原理图
IP

V1 V1 V1 V1 V1 V
2 KG
图 2 电位分布图 3 弗兰克-赫兹实验曲线
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VG2K达到
两倍的eV1时,使电子与原子发生两次非弹性碰撞,电流又再度下跌,
将出现图 3 的曲线.

曲线极大极小的出