量子论实验历年讨论区

有关实验原理

在做量子论实验中,俞熹老师说看到的发光区的光是由亚稳态跃迁到基态所发出的光。网上查的说寿命较长的能级称为“亚稳态”。具有亚稳态原子、离子或分子的物质,是产生激光的工作物质,因亚稳态能更好地为粒子数反转创造条件。那亚稳态向基态的跃迁和一般激发态向基态的跃迁有没有什么区别?还有,我们看到的光 和激光有什么关系么?我看搜索关键词亚稳态 大部分都是关于激光的内容。— 冯国鑫 2008/10/7 11:26
我说的应该是 - 激发态跃迁到亚稳态。 我们看到的光的产生原理看似和激光相同(都是原子跃迁发光),但是激光的实现上面是“粒子数反转”后的受激辐射,是相干光源;你们看到的发光是高能级粒子自发(向下)跃迁产生的,是非相干的光源。YuXi 2008/10/07 14:21
现在我们已经知道了原子在向基态跃迁时会先到亚稳态,而后跃迁到基态.而且根据理论计算,跃迁到亚稳态时放出的能量是跃迁回基态所释放能量的1/10左右.但是原子能量是量子化的,在向亚稳态跃迁的过程中起能量的释放似乎违背了量子化的规律.那么这个实验还能解释原子的量子化效应吗,为什么会在量子化的规律基础上出现亚稳态呢,在高中学习化学的过程中我了解到原子周围的电子层间有亚电子层的存在,那么这个亚稳态是否和亚电子层的存在有关呢?在原子释放能量向稳定的低能量状态跃迁的过程中,亚稳态起到了怎样的过度角色呢? — 王之光 2008/10/08 15:26
每周二下午1:30到4:30实验室开放,欢迎你来实验室和老师讨论。 — 苏卫锋 2008/11/04 14:00
王之光同学的问题非常好,正确回答这些问题对更好地理解什么是“量子化”,实验系统中的激发和退激发过程及相关机理很有帮助。这些问题的完整回答需要很长的篇幅,建议有兴趣的同学可以自己去查阅一些文献资料,并在这里讨论。在这里,给一些提示:(1)什么是量子化(2)能量量子化是指什么?(3)谐振子的能量是怎么计算的?(4)最小的能量量子是什么?(4)什么是跃迁?(5)什么是跃迁选择定则?(6)跃迁的几率和什么有关?(7)什么是原子或分子中的电子态?(8)什么是双光子吸收?(9)什么是简并?
亚电子层和亚稳态是不同的概念,一般情况下一个亚电子层包含多个电子态,根据各个电子态能量的高低,其中某些电子态是稳定态,有些是不稳定态,还有一些是亚稳态!这些状态是否被占据,取决于电子的构型,电子总是先占据能量低的态以使系统的能量最低。 — 乐永康 2009/04/03 22:25

我来抛砖引玉吧。

(1)量子化

量子化是一种从经典场论建构出量子场论的程序。使用这程序,可以将经典力学里的理论转换成崭新的量子力学理论。

经典场论是描述物理场和物质相互作用的研究的物理理论。在空间和时间的某一点赋予一个物理量(通常是以一种连续的方式)。

经典理论可以归类为非相对论性和相对论性的。

量子场论是量子力学和经典场论相结合的物理理论。

非相对论性的量子场论主要被应用于凝聚态物理学,比如描述超导性的BCS理论。而相对论性的量子场论则是粒子物理学不可或缺的组成部分。 自然界目前人类所知的有四种基本相互作用:强相互作用,电磁相互作用,弱相互作用,引力。除去引力,另三种相互作用都找到了合适满足特定对称性的量子场论来描述。强作用有量子色动力学;电磁相互作用有量子电动力学;弱作用有费米点作用理论。后来弱作用和电磁相互作用实现了形式上的统一,通过希格斯机制产生质量,建立了弱电统一的量子规范理论,即GWS(Glashow, Weinberg, Salam)模型。量子场论成为现代理论物理学的主流方法和工具。

(资料来源:维基百科)

(2)能量量子化

这个实验中的能量量子化,我认为是:原子中的束缚电子的能量的取值是不连续的,是分立的。

至于为什么会出现这样的情况,看到过一点解释:

能量和物质波波长有对应,而当粒子被束缚在空间一定区域内运动时,由于存在边界条件,只有某些波长的波动才是允许的,于是波长量子化了,对应能量也就量子化了。

(3)谐振子的能量是怎么计算的?

http://zh.wikipedia.org/zh-cn/量子諧振子

(4)最小的能量量子是什么?

能量子,等于普朗克常數乘以辐射电磁波的频率。(普朗克定律)

这个是否是最小能量子?

(4)什么是跃迁?

分子电子跃迁,分子中价电子吸收能量,从一个能级跃迁到一个更高的能级;或者释放能量,跃迁到更低的能级。如果起始能级的能量比最终能阶的能量高,原子便会释放能量(通常以电磁波的形式发放)。相反,如果起始能阶的能量较低,原子便会吸收能量。释放与吸收的能量等于这两个能阶的能量之差。

在此过程中的能量变化提供了分子结构的信息,并决定了许多分子性质,如颜色。

有关电子跃迁的能量和辐射频率的关系由普朗克定律决定。

一般,我们应用电子跃迁来描述和分析单个原子,或单原子分子。(如本实验中的氖和氩)当讨论多原子分子时,我们应用分子轨道理论。也可以视单个原子为单原子分子,将各种情况的电子跃迁统一到分子电子跃迁的框架下来。这里的能级是基于分子轨道理论提出的。

(资料来源:维基百科)

5)什么是跃迁选择定则?

http://wenku.baidu.com/view/cc7027eff8c75fbfc77db26b.html

"跃迁必须遵从某些规则,并不是两个能级之间可以随便跃迁。"

这里提到了禁阻跃迁,是原子亚稳态产生的原因。("亚稳态能量高于基态,却不能通过辐射来释放多余的能量。")

王思阳 2013/05/25 20:06

老师,能否再解释一下,亚稳态,相干光源,粒子数反转,激光等。书上说,也可能将氩原子激发到第二甚至更高的激发态,在实验中可以体现吗?09300190084@fudan.edu.cn(俞萌)
关于亚稳态等名词的话,建议到书里面看看激光原理或者到网上找找。如亚稳态这个名词可以在百度百科里面找 原子激发态 等词条 或者到wikipedia.org 里面找找 metastable state 词条。
在实验中可以激发到高等激发态,可以在电子达到平均自由程的距离前将电子加速到第一激发态能量以上即可观察到。详细的话可以在近代物理实验中的弗兰克赫兹实验的扩展内容中找到。 — 俞熹 2009/10/10 08:54
老师,我想问一下,原子是由中央极小的原子核和核外绕核运动的电子构成,其间其实变化关系并不是正比关系。应是很空旷的空间,那电子是如何与原子发生作用将自身的能量传递给原子的?书上好像是把原子作为一个整体的,我觉得这是有问题的。可否请老师帮我解释一下,谢谢!09300300078
我们是把原子看成一个整体来考虑的,包括原子核和其核外电子。所谓基态,就是核外电子按照电子排布的规律在其轨道上运动。而所谓激发态,则是电子获得能量后处于更高的能量状态。实验中,由阴极发射的电子在电场的作用下获得能量,通过碰撞把能量传递给Ne原子,Ne原子的最外层电子获得能量而处于更高的能量的状态,此时它仍在原子核的束缚下运动。当然,并不是说所有从阴极出发的电子都会与Ne原子相互作用,是有一定几率的。 — 苏卫锋 2010/12/29 19:02

有关实验中电流的变化

老师,我的选做实验做出来第二个波峰的电流值大于第一个的,第二个波谷的电流值又低于第一个的,和必做试验中第二个波峰和波谷都分别高于第一个的不同,请问是不是错掉了?谢谢 —袁维亚
没有错,思考一下有什么原因可能让电流变小 :?:苏卫锋 2008/12/16 13:51
这里要考虑实验仪器中存在哪些因素会导致P极上得到的电流是和普通的电子电流的方向是反向的,欢迎同学们讨论。 — 乐永康 2009/04/03 22:25
老师,如果管内是真空的,或者从波谷到波峰的一段,Ip的值是随加速电压Ug线性变化的吗?还是Ip的平方随Ug线形变化(I=nqsv的式子是否适用?),谢谢老师!
管子里面充有一定量的氖气。从波谷到波峰的一段,Ip不是线性变化的,电子在运动的过程中会与氖原子碰撞。 — 苏卫锋 2009/05/18 10:20
老师,我总觉得相邻波峰波谷之间不一定非要是和书上画的那样上升的,Ug增大了,可是电子多次到达了eU1,和氖原子碰撞了,也就该和原来波峰波谷值差不多了啊,再说光电效应一作用说不定两种因素一综合,波谷还会降低呢。 — 王冰彦 2009/06/01 17:52
你说得没错,第二个谷的电流是不一定大于第一个谷的,不同的实验条件下,有可能大于也有可能小于。书上只是某个实验条件测量结果的示意图而已。 — 苏卫锋 2009/06/06 15:07
老师,为什么有的波谷值会出现负值?-俞萌
这是思考题的内容哦,自己想想,不明白的话可以到实验室和老师讨论。 — 苏卫锋 2009/10/12 08:45
老师,测氖的第一激发电位实验中加速电压为0时电流不为0,可能原因是什么?—郭禛禛 09300220075
在没有加速电压时,电流不为0的原因可能原因有:电路中的漏电电流,被抽取电极引出的电子形成的漂移电流等。你还能想到什么原因吗?要确定到底是什么原因,需要专门设计实验,来检查这个不为零的电流在实验条件变化时是怎么改变的。欢迎继续讨论。 — 乐永康 2009/10/27 23:43
老师您好。在测量氩原子的第一激发电位实验中,有几组波谷出现负值,为什么会这样呢?——刘小禾11300290034
同学你看一下上面第3、5这两组问答,或许能自个儿研究出答案 — 高渊 2011/09/15 17:03
是因为氩原子受激辐射后产生的光子引起P极板上产生光电效应了吗?还有其他原因吗?——刘小禾11300290034 2011-9-17
还可以考虑一下气体被电离后带来的影响。 — 高渊 2011/09/21 17:33
老师好!我有两个问题想要请教一下:1.关于仪器。我门组用的是1号桌的仪器,正确连线后打开开关,UF,UG1K,UG2P都调到了合适的大小,调节UG2K但电流表指针始终没有超过2个小格,即4*10^-8A。我们认为是仪器预热不够,但过了5分钟再试还是一样的情况。改变了UF,UG1K,UG2P的值是电流在理论上新增大,但还是一样的情况。之后和助教一起调试,调了好久才让电流可以达到30*10^-8A,而此时UF,UG1K,UG2P与之前相比并没有太大变化。测量结束后发现,电流峰值虽然是增大的,但是增大的幅度越来越小,第5、6个峰值只差了0.4*10^-8A,是不是这台仪器出了问题? 2.F-H管采用旁热式而非直热式加热阴极板使其产生电子,请问这两种方法有什么优缺点? — 张馨元 2013/12/21 17:03
1)要结合你的实验条件来分析所得数据,此外每台仪器都不完全一样,4号机器的最后两个峰值电流会略有下降。2)旁热式阴极电子发射效率更高更稳定。 — 苏卫锋 2013/12/25 11:07
老师您好!我在做预习实验时,看到补充教材给的Ip-UG2K曲线示意图,上面当电压很小时,电流不为零,这是为什么呢?当电压不足以让电子到达P极板时,电路中不是应该没有电流吗?—姜宜萱 2013/12/16 23:39
在电压为0时,电流不为0,此时电路中并未有电子流过,可能是放大电路的噪声。这些对实验结果没有影响。 — 苏卫锋 2013/12/25 11:07

有关实验中的数据采集

老师,能不能问一下数据的采集应该怎样才能画出完整而正确的曲线呢?我们两个为了不错过波峰和波谷记录了很多的数据,主要是因为波峰波谷实际所对应的值和自己一开始自动扫描时候的估计值有所差别,所以就不敢少记录,怕自己以为不是波峰波谷的地方结果就是实际的波峰波谷而错过测量。09300720326
选择好实验条件后,可以先自动扫描,观察电流是否会随电压的增加而出现极大极小的变化?若有的话,再手动扫描一下,把电流大概出现极大极小时电压的值记录下来,然后再手动扫描系统记录数据时,在刚才记录的电压值附近取点稍微密一些,就不会漏掉峰和谷了。 — 苏卫锋 2010/06/08 11:28
老师,为什么发光区之间的间距会随加速电压增大而增大?10300700040
老师,为什么气体击穿是怎么一回事呢?击穿时为何发光区向阴极凸出?为什么波谷有时会出现负值?曹珊 10300300023
1.发光区之间的间距不会随着加速电压的增大而增大啊?再好好观察一下。
2.气体击穿,是气体介质在电场作用下发生碰撞电离而导致电极间贯穿性放电的现象。为什么气体击穿时发光区向阴极突出,你可以考虑一下,在一个平行板的电极之间的电势分布情况。至于电流为什么会出现负值,你则要思考一下会有哪些因素导致电子会从P板发出?
如果这些提示不能让你得到答案的话,欢迎你在每周二下午实验室开放的时间前来与值班老师讨论。 — 苏卫锋 2010/11/13 12:39
老师,希望能把实验室的仪器维修或者更换一下。在我们做实验的时候,由于仪器工作不正常,应该有的现象不清晰,定量采集数据时,根本无法调节到较大数据,造成实验数据误差极大。而且,我们必须再>借用其他同学仪器重新重复实验,影响其他同学的实验,也耽误了老师的时间,望能尽快维护一下机器,尽量不给后面的同学造成不必要的麻烦,多谢老师! 王博 10300700023
关于实验仪器的问题,实在很抱歉,由于仪器是进口的,有些元器件无法在国内买到,我们在发现问题的第一时间已经了联系了仪器厂商,并且也一直在敦促其尽快解决。目前有三套仪器是正常工作的,还有一套可能是由于电位器的问题,加速电压只能从0V调节50+V,但这并不影响实验,你没有必要借用同学的仪器再重复一遍实验,因为在加速电压50V以内可以得到很好的I-P曲线,从而求Ne原子的第一激发电位。 — 苏卫锋 2010/11/13 12:51
总是感图像中峰和谷之间的区域I与U有明显的线性关系?—吕文龙 10300720147
其实应该不是的。那是因为在你取得坐标轴条件下I随U变化非常快。用计算机作图时你可以将X轴取大一点,这样就会发现并不是线性关系。–唐漪波10300190061
老师,请问,当电流开始从峰值下降时,电子与原子的能量交换点,是因为加速电压增大,导致电子动能增大,从而使该点已经开始左移,还是说,此时电压增大,结果只是让越来越多的电子达到能交换能量的电压,所以该点还在G2板处么?(预习中)——袁馨113071203192011-9-19
很好的问题,我先给点提示吧。根据测量的结果,你应该容易判断出:(1)总体上(先不考虑“周期性振荡”),测得的电流随UG2增大而增大;(2)在峰位后,电流随UG2增大而迅速减小(过了谷位后则相反)。所以,峰谷的具体位置是这两种对立变化叠加的结果。然后还须注意两点:1)热灯丝发射的电子有一定的能量分布,而FH管中的电场会扩大这种分布;2)随着UG2的增大,特定电子被加速到某一能量的位置总在往前移。衷心希望这些信息对你的预习有帮助。—-乐永康

有关实验中的数据处理

请问:1为什么微电流计接的是输入端,按电路图来看,不应该接输出端么,还有为什么只接输入端,感觉好像没有形成回路?……——袁馨11307120319
电路图上UG2P的负极是接到电流表A再接到P(接地)的,而仪器上UG2P的负极是通过一根导线直接连到了P上(等于直接接地了),而在盒子上又通过一根同轴电缆线连到了电流表A上以显示电流大小,实际接法与电路图应该是等效的。 — 高渊 2011/09/24 21:16

2.数据处理的时候,我利用峰谷值算出了很多组的电位差,但是最后要求通过求和来算平均,就只利用了头尾的数据,真是浪费我中间的数据呀,我好心疼……难道要用逐差法么?——袁馨11307120319

两个问题都非常好。我们会尽快详细回答! — 乐永康 2011/09/24 10:08
“用曲线的峰或谷位置的电位差求平均值”。把峰和谷都用起来呢?
我就是峰谷都用了,那也只用了四组,我测出了六峰六谷,不还是很浪费么……——袁馨11307120319
就用逐差法,算平均是针对现在的选做内容(上学期是必做内容),抱歉,这个是我们老师讲解实验时没有注意纠正过来。 — 高渊 2011/09/24 21:16
我的感觉是:逐差法可能并不适用。这个问题其实比较复杂。我建议用作图法:以峰、谷的序数为横坐标,它们的电位为纵坐标。这样,我们马上可以看出各个峰、谷是否等间距。若可以看作是等间距的,则可以拟合直线,斜率就是相邻峰(谷)电位差的平均值(如此平均袁馨同学还要心痛吗?:-P),如果相邻峰、谷间的间距有规律性变化,那我们就不能“求平均”。 — 乐永康 2011/09/24 23:06
老师好!请问怎样用最小二乘法拟合数据?需要用到什么软件? — 任杨华 2013/11/18 23:37
用峰或谷的序数作横轴,峰或谷的电压值作纵轴来做拟合。可以用excel或origin拟合。 — 苏卫锋 2013/12/25 11:07
老师好,在必做实验中我们测出了7组波峰的数据,如果用逐差法的话可以只取前六组波峰的数据吗?——于西子 2013/10/5 10:36
可以,或者你可以用最小二乘法拟合数据。 — 苏卫锋 2013/10/08 20:31

有关氖管数据记录

个人认为取数据时30组就比较合适了,可以完整画出图像 —lancer 2011/4/15 8:16
实验中要求在峰谷的位置测量较多的数据,以保证可以较为精确的求得第一激发电位,具体测量几组没有硬性规定,但30组或许达不到这个要求,在非峰谷的位置数据过少也影响整个图形的绘制,两峰两谷还好些,三峰三谷则更难达到要求了。 — 高渊 2011/04/15 13:36
老师您好。想问一下..选做实验里,为什么电流很快就超出了电流表的量程?如何改变这个状况?是不是和预先选定的正向小电压和反向电压的数值有关?—郑杭萍 10301010071 2011-9-13
当然和预先设定的数值有关,同学你当时观察到这一现象后就没尝试着改变一下正向小电压和反向电压继续做下去吗? — 高渊 2011/09/14 08:51
极端一点,如果把UG'设为0.5V,Up设为10V应该有完整的两个峰出现。这个实验比较容易发生气体击穿。—施璇10301010061
实验当时选择的灯丝电压偏大造成了阴极吸出较多的电子导致电流过大,在某一特定加速电压值后,电流表显示屏上的数据一直不是很稳定,故当时只着重与老师探讨了影响电流的几个因素。今后会吸取教训,考虑得更全面细致一些。 ———郑杭萍 10301010071 2011-9-15

有关氖管发光现象的观察

老师你好,我在观察中感觉当三条发光带同时出现的时候,第一条与第二条发光带之间的距离略大于第二条与第三条之间的距离,自己想不到合理的原因,请问是为什么呢?—余怡文 10301010190 2011/6/7
我也观察到了,而且好想第一个波峰时并没有出现第一发光区,老师讲峰谷和光区出现原理上是两回事情,那它们有没有关系呢?——方婕 10301010207
我觉得距离减小的原因是由于总有一些高能电子虽然能量很高但是并未撞击到原子而通过发光区,而越往后这种高能电子就越多,所以第二条第三条发光区现象之间需要加速距离就会短一些..另外我开始也奇怪第一个波峰的时候为什么没有发光区出现,后来发现仔细看的话在紧贴着g板那里还是有微弱的光的.应该是太弱了以至于难以发现.–白雪 10300720256
老师,请问当U2G为0时,为什么电流不为0?做选作实验是为什么可以看到三片直形,但是只能测到两组峰值?——李超11307120219 2011-9-17
对前一个疑问,一种可能的原因是:存在漏电电流。如想找出确切的原因,需要知道电流值是正/负,电流的大小,以及电流随着一些相关参数怎么变化的规律才能做出比较合理的判断。
对第二个疑问:如果第一个峰没有测到,那可能是在第一个峰出现时,电流太小了,你没注意到,如果是第三个峰没有测到,那很可能是电流出现了饱和。根据你的数据,你应该会判断你测到的是哪两个峰。—-乐永康
老师请问,稀有气体电离发光与稀有气体原子由于被电子碰撞而激发进而发光的本质相同吗?气体被击穿是不是就意味着气体电离成导体了呢? 我还想问,什么时候电子与氖原子能量交换最多呢?是波峰,波谷,还是越来越多(毕竟电压越大,发光区越亮)呀?为什么我只能观察到2个发光区呢,此时电流竟然稳定在12.83nA不动了! —刘畅11300300028 2011-9-20
气体被电离后发光和被激发后发光本质上基本一致:都是激发态退激时的能量释放。两者的区别在于,电离后会出现“运动能力更强”的电子和和离子,它们复合时也会发光。气体被击穿以后电导率明显提高,但因为离子也参与导电,和一般的导体不同。“什么时候电子与氖原子能量交换最多呢?是波峰,波谷,还是越来越多(毕竟电压越大,发光区越亮)呀?”这个问题表述不严格:单次碰撞后能量交换多少?还是传递的总能量的多少(正比于被电离(或激发)的气体分子的多少)?12.83nA就是这个设备电流的饱和值,仪器不能长时间处于这个状态,否则会导致仪器损坏或者寿命降低。乐永康 2011/09/20 20:34
第一个峰值对应的电压不等于第一激发电势,是因为在达到第一激发电势时,虽然一些电子的动能被原子吸收而减少,但还有许多原子的动能在增大,所以在这一瞬间,电流仍在增加还未达到峰值,对吗?——曹丽洁
一方面,电子从灯丝出射时,动能不等于零。另一方面,电路中存在不同的金属,相互间会有接触电势差。所以,电子的实际能量不会正好等于加速电压的。 — 乐永康 2011/09/23 21:04
老师,对此我还是有一些疑问。如果说电子的初动能对此是有影响的,那么达到第一个峰值的电压应该小于第一激发电位,但是我的实验数据表示第一个峰值的电压比第一激发电位大了不少,我觉得这里存在一些矛盾。我比较赞成曹同学的观点,在电压刚刚可以使电子获得与原子第一激发电位能量相当的动能时,只有少数的电子会与原子碰撞,起初由于非弹性碰撞产生的电流的减少无法抵消电压增大带来的电流增大效应,于是在一定范围内电流还是增大的。如果我的想法不正确请老师指正!另外,在历年讨论区这里编辑是不是有点不太好,如果给老师带来不便还请谅解! — 胡婧怡 2017/06/15 17:15
你在这里编辑,我找了很久才找到。
氖管内的电压变化,电子动能变化,电流变化是很复杂的事情,影响的因素很多。你从碰撞概率角度出发,说的也有道理,但是只是因素之一。之前乐老师的回答,也是影响因素之一。--- //符维娟 2017/06/19 10:41//
老师,请问,为什么测出来的就是第一激发电位呢?能用此装置测第二激发电位等吗?还有,我测出来的氖的第一激发电位所得的波长不在书上所说的可见范围之内,这是怎么回事呢。氖的第一激发电位这个应该不会测错啊。
我来回答一下,不对的话,老师指正。1:把氩原子激发到第一激发态,电子起码要有eU1的能量,激发到第二激发态,电子起码要有eU2的能量,很明显U2是大于U1的,而且在F-H管中,电子是逐渐加速的,能量逐渐增加,首先到达eU1,自然而然就与氩原子发生能量转移了,哪里有机会继续加速,直到能量达到eU2呢(当然,有一小部分的电子不一定会马上与原子碰撞,还是有机会能量变到eU2,甚至更大的)2:我算出来的也不是可见光,但是没说是可见光呀……——袁馨11307120319
谢谢解答!想要达到第一以上对于仪器的要求应该不同。网上查不到具体数据,不过第二应该比第一大很多。波长那里是我理解错了。不过观测到的光是黄色,书上说是红色,这个是咋回事?
选做么……我表示压力很大,我没做……不过红光与黄光的频率本就相近,可能是橘黄色的光,有人觉得是红的,有人觉得是黄的,估计也和实验室条件有关吧,还有那个学生感想那里,有位学长(姐?)贴了图片的,你可以去看一下……希望能帮到你,我是真的没做这个选做呀……——袁馨11307120319
我看到的比那个图上的偏黄。真的多谢啦!
我们用的管子或许达不到第二吧,又或许达到第二的太少了显示不出来?这个问题前面也有同学提问,俞熹老师提示近代物理实验中的弗兰克赫兹实验扩展内容涉及这一问题,大家有兴趣可以去看一下或者去向俞熹老师讨教;关于选做实验中这光是红、橘红或者橘黄我实在是分不清楚了,但实际测得的波长不属于可见范围内(那么也无所谓是黄还是红了),关于这个问题最前面的问答就涉及到,或许可以解决你的疑问。 — 高渊 2011/09/24 21:55
对第一位同学的问题,袁馨同学的回答非常好!激发电子到高激发态,需要更高的能量。能量足够的自由电子能否激发原子中的电子到某个激发态,至少取决于两方面的因素:1)是否发生碰撞(相关的物理量是碰撞截面、自由程);2)碰撞时发生某个激发过程的概率是多大(这一概率和自由电子的能量大小有关,也和激发所需的能量有关)。《近代物理实验》课中的弗兰克-赫兹实验的教学内容中有这部分内容。要做这部分内容,实验接线有做一些改变以分离加速区和碰撞区,这是为了达到两个效果:1)加速区内自由电子(如达到低激发态所需能量时)与原子发生碰撞的概率较低(一方面是缩小加速区电极间的距离,另一方面是降低工作温度,使弗兰克-赫兹管内汞蒸气的压强较低),2)电子进入碰撞区时有足够的能量实现被碰原子的高激发,更进一步的内容可参阅我校的《近代物理实验》教材或“近代物理实验I”中弗兰克-赫兹实验的网页。该网页上也有不少相关的参考资料,有兴趣可以去查阅一下,其中张新夷老师指导何益鑫同学完成的Franck-Hertz实验的物理过程一文对弗兰克-赫兹实验中的物理过程有很深入的讨论。关于选做实验中氖管发光的颜色,可以参阅充氖夫兰克-赫兹管的发射光谱研究一文。 — 乐永康 2011/09/24 22:37
老师请问为什么I增大时越靠近阴极的发光区中心向阴极突出越不明显?实验中电流会在一定电压范围内保持不变,这是因为电流饱和了么?为什么会这样?–11307120200
如果有凸出情况的话,中心应该是最凸最明显的吧,难道你看到不一样?电流保持不变的时候大小是多少呢?如果是显示约12.8的话那就是达到仪器电流表上限了。 — 高渊 2011/10/20 10:06
将量子论下放到大一来做是否真合适呢?该实验的原理看似确乎蛮简单的(至少从课本上看如此),但若深究的话,其背后隐藏的道道却岂是一个“多”字了得呢?该实验的影响因素太多了,我甚而怀疑,在该实验中注意到的所有现象是否都得到了合理而可信的解释呢?在理论基础不够扎实的情况下做此实验并想搞懂它着实是件痛苦的事呀!
Q1:在测氖原子第一激发电位实验中,我们观察到的澄黄色光既不是氖原子从第一激发态回到基态时发出的,那末我们测得的ΔU凭什么就是氖原子的第一激发电位呢?
Q2:我们在实验中设置反向电压UG2P的目的是继而筛选掉能量过低的电子使之不参与到Ip的构成,可为什么要将这些电子筛选掉呢?
Q3:为什么我测得的每组相邻峰、谷的Ip差不尽相同呢?
Q4:当加速电压达到第一激发电位时,Ip值不应发生突变吗?谷值不应为0吗?
该实验涉及到太多概率论的相关知识,没这些知识,要想解释透不说全部即部分实验现象,也难矣!leroiallen 2011.10.30
姚灏同学,你的问题非常好,特别是“将量子论下放到大一来做是否真合适呢”这个问题,我们会深入讨论以后给你一个详细的回复,或许在教学安排上也会有相应的调整;而你的“Q1”所质疑的也正是我们这学期将氖管弗兰克-赫兹实验改为选做内容的最主要原因。对后面几个问题,建议你看一下何益鑫同学和张新夷老师最近发表的一篇文章:Franck-Hertz实验的物理过程,何益鑫、张新夷,物理实验,31(5)33(2011),看过之后你会有不少启发的,看过之后若还有疑问,欢迎随时来找我们讨论。的确,如你所说,这个经典实验中还有不少结果没有得到合理而可信的解释,也正因此,各类学术期刊上还能经常看到有关此实验的研究论文,我们也在做进一步的探索,希望能得到对此实验更深入的理解。 — 乐永康 2011/10/31 09:03
姚灏同学,其实人们对于世界的认识都是盘旋上升的,对于一个简单实验的认识都可能是不正确的,大学学习的是如何正确对待这一情况的,学会处理的方法可能更加重要。你提到的理论基础不够,那是很正常的,即使做到博士研究,所学的东西还是远远不够的。如何去发现问题,自己去寻找相关的资料,学习新的理论,建立自己的模型去解释,这是一系列的训练过程。如果这个世界已经没有什么东西还没被弄明白的话,人们活着是否很无聊? — 俞熹 2011/10/31 10:17
老师好,我的实验报告已经写完了,但我对这个实验的原理还是有许多地方想不通……Q1:在出现了第一个波峰之后,我发现电压值UG2K不变的情况下,电流值缓慢地下降了,降到一个定值后不变。那么,这是一种正常的现象,还是仪器的问题造成的呢?如果是一种正常的现象,那么,我猜想,这是由于受到电子碰撞而变成激发态的原子与自动跃迁成基态的原子,二者的数目之差还未达到平衡所导致的。现在关键的问题是要知道,达到这种平衡的时间大约需要多少,如果这一时间理论上来说极短的话,那就应当是我仪器的问题了?反之如果理论上来说较长的话,那就应当是一种正常现象了?不管是哪种情况,都应记下UG2K最后的稳定值,而非最初的最大值?(关于应当记下哪个数值的问题,我问了助教,他告诉我,把变化范围记下来,最后作图的时候,看哪个值能让曲线更光滑就取哪个值,汗。)——09300690103 申烟岑 2011/10/31 13:45
首先得知道这种现象在几台仪器上都同样存在吗? — 高渊 2011/10/31 17:26
现在看来这是一个常见的现象,讨教了几位老师,初步判断产生这种情况的原因或许还有两种情况:1、仪器没有预热或者在设定工作电压后没有待其稳定立即调节测量,比如灯丝电压调高或者调低,那么改变加速电压后看到的电流值也会出现相应的升高或者降低的情况;2、如果保持加速电压不变,电流值的涨落可能与灯丝不同时刻发射电子数量和电子初速度的不同等原因有关。 — 高渊 2012/05/16 16:05
Q2:原子与电子碰撞的几率,以及原子跃迁的几率究竟与什么有关?原子发生跃迁是促进电子与原子碰撞并使原子激发的原因吗?原子跃迁的发生时间很短吗?当达到第一激发电位时,假如电子立刻与原子发生一一对应的最多数量的碰撞,假如没有原子发生跃迁,不考虑电子、电子间,原子、原子间的相互作用。那么,此刻Ip值应当发生突变。若电子数目大于原子数目,则所有的原子都受到了碰撞,余下了一部分电子未发生碰撞,则Ip值突变为大于零的一个正数。假如原子数目大于等于电子数目,则所有电子都发生了碰撞,余下一部分原子未碰撞;那么Ip值应当突变为零。但是,Ip值没有发生这样的突变,说明碰撞发生的不完全。那么,碰撞的概率与什么有关呢?而后,在第一个波峰之后,电流值逐渐减小,说明发生碰撞的电子和原子数目增多了。而后,又出现了一个波谷。假设原子不跃迁的话,那么,波谷的出现说明,与原子碰撞,并使原子达到激发态的电子的数目已经达到了最高值。在此之后,随着电压的增大,又出现了一个波峰,那么,这可能是一部分电子与原子碰撞,使之达到了第二激发态。但是,氩原子第二激发电势位应当远高于其第一激发态电位+第二峰值电位-电子初动能/电子电量。说明此时还不会有碰撞使氩原子达到第二激发态。那么原子不跃迁这个假设不成立。那么原子跃迁的概率究竟是多少?为什么相邻两峰之间的电位差的值约等于原子第一激发态电势位?——09300690103 申烟岑 2011/10/31 13:45
前面几率概率什么的的回答不上来,实验条件不一样应该会使几率什么的发生改变。该实验装置第二激发态应该是达不到第二激发态的,相邻波峰是第一激发态的周期性表现,也因此可以认为相邻电位差是第一激发电位。 — 高渊 2011/10/31 17:26
纠正一下上面说法,第二激发态甚至更高的应该是能达到的,只不过几率很小. — 高渊 2011/12/21 17:09
Q3:是否可能发生这样的情况,有k个能量为eu1/k的电子同时碰撞上了一个原子,使之达到第一激发态?Ip~UG2K曲线一开始是凸函数,后来又变成凹函数,是否一定程度上与这个因素有关?(随着u的增大,一开始要有多个电子同时与原子碰撞才可能发生这样的情况,现在只要同时又两个一起撞就可以了。)U>=u1时,电子撞到原子的哪里,才会发生能量交换?(原子核还是原子中的电子,还是原子中“空”的地方便可以?)——09300690103 申烟岑 2011/10/31 13:45
Ip~UG2K是无数电子撞击原子后使原子产生跃迁的统计表现,然后我觉得撞哪儿无所谓,关键是撞了后能否使不同能级上的电子跑其他能级上去即产生跃迁。唉其他老师帮忙补充一番,我是没辙了。同学你要不找个理论课老师好好咨询一番?或者哪位老师推荐几本书给他啃啃? — 高渊 2011/10/31 17:45
申同学,修订记录有你登录的痕迹,不过似乎没有新的改动?前面几位老师推荐的几篇文章你有时间可以去看看。 — 高渊 2011/11/15 15:40
老师好,我在看那个补充教材的实验原理时,当U<U1时,不发生跃迁,是“弹性碰撞”;当U=U1时原子从基态跃迁到第一激发态,是“非弹性碰撞”;而最后说电子初始能量不都是零,所以会继续加速达到eU2,eU3……那么在电子的能量介于eU1和eU2时 ,不考虑继续加速,若与原子发生碰撞,原子能否只吸收eU1的能量而电子保留剩下的一部分能量?若可以,那么这种碰撞属于弹性碰撞还是非弹性碰撞?——范炜斌11307120089 2011/11/1 18:01
若原子可以只吸收eU1的能量肯定是跃迁发生,那这个碰撞发生时必然有动能与内能的交换,所以属于“非弹性碰撞”。书本327页“弹性碰撞”和“非弹性碰撞”的定义琢磨一下,同学你应该可以自己得出答案啊。 — 高渊 2011/11/02 09:23
建议把F-H的Ar管那个装置上面的参考VF UG1K UG2P 的标签拿掉啊。。按照那个值做的话后面几组峰数据会超过10E-8微安的量程的。。我做了两遍三百多组数据啊。。。第一遍听助教老师说预先估计峰值的时候要把最后的峰值调节在30左右当时没听懂。做完了终于发现问题的严重性了。直接导致后两个峰的图像不很精确。。。
建议同学们正式测量数据前从小到大略为快速预调一下,观察一下量程是否满足数据;标签。。。好吧,看来是该撕掉了。 — 高渊 2011/11/21 09:31

还有就是老师能不能解释一下怎么用逐差法计算Ar的第一激发电位啊?Ip并不严格等差啊,大概有2*10E-8微安的极差。还有我觉得第六组不精确可不可以舍去?

逐差法去看书本P95页,有参考表格;不可随意舍去数据啊,是改变量程导致的吗?重新做一下?呵呵。 — 高渊 2011/11/21 09:31

另外能不能用图像法来计算△U的平均值?——姜畅113071200732011/11/19 16:02

可以,前面乐老师对同学逐差法的建议中有提到作图法,可以参考一下。 — 高渊 2011/11/21 09:31
老师,为什么做必做时我的电流最大值先增后减而最小值先减后增.
峰值先增后减比较特殊,同学你的实验设置参数是多少?用的是哪一台编号仪器?至于谷值先减后增的情况,是不是就单个谷降低甚至低于0然后再一直上升?如果是这个情况可以参考本页上面关于谷出现负电流的问答。 — 高渊 2011/12/05 09:30
Uf=3.3V U(G1k)=2V U(G2k)=7.5V;进门第二排的左数第二台;谷值未出现负值
看参数正常,我们还要确认一下是不是只有这一台会出现这样情况,若是,有可能是该装置中氩管出现问题了,当UG2K增大到一定程度时,栅极G2吸附电子能力增强,那么电流会因此下降,目前猜测这或许是一个原因,但具体如何还有待排查。 — 高渊 2011/12/06 14:40

老师,我也遇到了同样的问题……电流最大值先增后减而最小值先减后增,不知道为什么。

最小值先减后增请看前面问答;前半个问题还有待排查,目前确认仅近门桌子外侧那台仪器会出现这个问题,但还需检测三个装置中到底哪个引起了这个问题。 — 高渊 2011/12/15 10:48
目前确认是该管子的原因,取右侧选做仪器边上那个管子代替后,就没有峰下降的情况了. — 高渊 2011/12/21 17:09
还想问一个问题:什么是本底曲线?还有,什么是去除本底?我看夫兰克赫兹实验的论文中写道的。我觉得我得到的图像和汞的激发电位图像去除本底后很像。——高烁 11300740036 2011/12/14
关于本底的概念网上搜索一下不难找到答案。本底的大小一般比较稳定但总处于微小变化中,故测得数据一般为曲线,在了解何为本底后,也自然理解为何需要去除本底了,近代实验中有涉及这方面的内容,同学你有兴趣可以去了解一下。 — 高渊 2011/12/15 11:11
实验报告写完了,但是我发现为什么我用波峰和波谷算U1的都偏大呢?–11347120393,汪川杰,2011/12/20
首先误差多大?如果很小则作误差分析,很大则先检查数据记录有没有问题、或者计算方式或者过程有出错。 — 高渊 2011/12/20 10:11

误差在4.35%和5.22%,误差算大吗?–汪川杰 11347120393

略大,应该可以做到2%左右,但根据你的误差来看应该不是测量方法或者计算出错的问题,估计还是读数上估读不够精确、或者数据量不多,可以分析,不建议重做了。 — 高渊 2011/12/26 09:01
注意相对误差的有效数字的位数!!一般只留一位。 — 符维娟 2012/05/07 13:56
老师,我的实验结果中表现出Ip峰谷值之间的差随加速电压的增大逐渐减小,请问这是否是该实验的必然结果;还有就是实验测出Ip第一次达到极大值时,加速电压的值大于第一激发电位,而按照电子初动能的解释,达到第一激发电位所需加速电场提供能量减小,对应加速电压的值应该减小,那么还有其他解释吗? —罗毅 2012/03/26 22:48
罗毅同学,你说的这两个问题应该都和本底电流随加速电压的变化有关。由于弗兰克-赫兹管中电子的能量是有一定宽度的分布,I-U曲线中的峰位对应的是极板电流最大时的加速电压,也就是电子因与原子发生非弹性碰撞(激发原子)而使极板电流下降与本底电流随加速电压增加正好相抵时的加速电压。再考虑谷在什么情况下出现,这样你就不难发现你第一个问题的答案了。一个很简单的类比是:一个正弦函数与一个二次函数或指数函数叠加,周期的变化应该和你所说的第一个问题相似。 — 乐永康 2012/03/26 22:56
因为本底电流是随加速电压升高持续增大的,所以谷的情况必定是极板电流最小值,因而差值在减小?第二个问题是因为上面的原因使得真实的峰向右移动,所以大于第一激发电位。 —罗毅 2012/03/28 23:14
对第一个问题:因为随加速电压的增大,本底电流加速增加(变化率不是常数——这是关键),所以,理论上预期的峰谷出现的周期性被破坏了。具体影响如何你可以通过前面说的正弦函数与其他函数的叠加来分析。
对第二个问题,整个电路中,导线、电极等所用材料的功函数不同,引入了额外的电压降,又由于电子能量分布的存在,第一个峰对应的加速电压和第一激发电位不同。 — 乐永康 2012/03/28 23:21
请问为什么仪器外壳接地就可以降低外界干扰? — 叶麦 2012/04/02 14:17
可以从电磁屏蔽的角度来理解。 — 乐永康 2012/04/02 14:21
老师,请问为什么我作出的氩的U-I曲线第一个峰之前有一个明显的平台?是仪器本身的问题,还是预热时间仍然不够长导致仪器不稳定?或者有其他的原因。我大概预热了八分钟,用的是进门右边的那台仪器。—王同欣 2012/04/08
观察一下这个平台出现在加速电压的什么范围内?思考一下电子在碰撞管内的过程, 经过加速后, 还需要克服7-8伏左右的反向电压才能到达P极板。因此,一段平台是必然的,不同仪器不同实验条件下的平台范围略有不同。 —符维娟 2012/04/10 10:43
老师,实验时读数发现在一定实验电压下电流表的示数会随时间发生变化,请问我们读取数据时,应该在每一次改变电压后立即读取,还是在每一次改变电压后待示数稳定后再读取?或者两种方法都妥? — 11300720094 阚佩琦 2012/04/14 19:40
稳定后读数。在调整实验条件的时候,也注意如何选择Uf等参数使得电流更加稳定。 — 符维娟 2012/04/17 11:04
老师,必做实验目的之一是粗略测量氩的第一激发电势,但在参考资料中似乎并没有讲解为什么大体上可以忽略光电效应、跃迁到其他激发态的影响等。建议把相关的误差范围给个数据,也让我们有个大体的印象和概念。不知这样有木有意义? 谢谢!! — 11300720094 阚佩琦 2012/04/02 19:50
在电流变化过程中,光电效应的影响是次要的,仅在电流很小的时候有所体现。至于其他激发态,和电子在碰撞管中的自由程有关。实验中,也应仔细观察实验条件对电流的影响并作记录,实验中及时和老师讨论。 — 符维娟 2012/04/17 11:04
老师,您好~针对峰谷点,不知是实验时读取好,还是采较多数据手动或计算机拟合好? — 11300720094 阚佩琦 2012/04/02 19:56
手动或者计算机拟合好曲线,在图中标出峰谷并读数. 作图对读数中的小误差有修正作用,且实验中你未必能恰好调节到电流的峰或谷状态— 符维娟 2012/04/15 21:57
老师,氩原子的第一激发电位到底是多少。。。。查阅资料后发现有13.1V / 11.8v /11.5v /11.6V等等等等。。到底是哪一个? — 徐一唯 2012/04/18 16:08
11.8和11.5比较靠谱,但还有待查询权威一点的文献来确定这个标准值的大小。 — 高渊 2012/04/20 18:13
氩原子的基态与第一激发态之间有两个亚稳态,电子在亚稳态的停留时间(10-3s)比在经一激发态的停留时间(10-8s)长10多万倍。两个亚稳态与基态的能级差分别是11.55eV和11.72eV, 第一激发态与基态的能级差是13.08eV — 符维娟 2012/04/28 13:44
老师,思考题中有一题计算氖原子从第一激发态返回基态发出光的波长,经计算小于可见光波长,如果从更高能级返回基态,仍然不是可见光,那么实验中看到的光是怎么产生的?另外,U较小时得到的△U更接近真实值,本实验为什么不反复测量U较小时的△U取平均? — 蔡鸣 2012/05/05 20:39
关于选做实验中氖管发光的颜色,可以参阅充氖夫兰克-赫兹管的发射光谱研究一文。 — 符维娟 2012/05/08 17:05
老师,实验过程中发现只有电流较小的时候才会出现三个发光区,这是为什么呢? ———曾宇
电流过大,很容易超过12nA,导致碰撞管中气体被击穿。 — 符维娟 2012/04/15 21:57
在相同加速电压的情况下,电流大了,只是电子数量增多,每个电子的能量并没有变大,为什么会击穿空气?——曾宇
Ne原子被电离的几率不仅与电子的能量有关,还与电子的密度有关,电子的密度大,Ne原子被电离的碰撞几率增大。 — 苏卫锋 2012/06/11 14:17
老师,问什么不换成数字式的微电流计,这样不就能消除因视差带来的偶然误差吗?其他实验中的电流计也可否换成数字式的,比如直流电桥那个实验中的检流计。 —11300720211 者鹏飞 2012/5/31
对于本实验中原理和现象的观察来说,我觉得指针式电流计更好,基础物理实验作为最基本的实验,我想精度不是我们唯一的要求,直流电桥这个实验也一样。 — 高渊 2012/06/04 09:38
特别是对于电流大小和方向的变化,我想指针式电流计肯定更加直观。 — 高渊 2012/06/11 10:30
老师,我查阅到随着加速电压的增大,被加速电子的平均自由程会增加。而获得能量大于第一激发能的电子与氖原子碰撞时,电子能量越大,使氖原子跃迁到更高激发态的概率要远远大于仅仅使其跃迁到第一激发态。这是否会使随着电压增大,用峰峰差值来表示第一激发能越来越不准确?或者说,实验的重复性数据应该在小范围的调整实验参数后做多次实验会比在同条件下不断增加电压取大量数据要更好呢?— 毛寰宇
非常好的问题,你的思考很深入,赞一下!弗兰克-赫兹实验已有近百年的历史了,但其中还是有不少问题值得深入研究,你看到的文献或许就是这方面的一个研究结果。我们实验中心也有老师和同学在对此实验做深入研究,也有一些新的认识。有些结果是支持你的第一个疑问的。按照我们目前的理解,第二个疑问需要根据具体情况才能做出判断。我们现在希望有同学来继续此课题的研究工作,不知道你是否有兴趣参与。 — 乐永康 2012/10/05 00:15
老师,实验中发现当UG改变后,电流会先出现一个极大值,然后很快就跌落至一个较小的值,且两者差值很明显,请问为什么电流值会回落?楼上有个类似的问题,但并没有解答电流回落的原因。—11300180107
如果我的理解没错,你说的“UG”该是指加速电压吧?随着加速电压的改变,测得的电流会出现极大值和极小值的原因,实验书上有很明确、具体的说明,你自己仔细去找找看吧。其中的关键是:电流大小取决于三个参数,即I=nev(我不解释三个参数的含义了,同学自己去查一下电磁学的书,应该能理解的),在电子速度不唯一时,这个公式应该改写为——对所有能够到达的不同速度的电子求积分。这个公式说明:单位时间内,能够到达弗兰克-赫兹管中的阳极的电子数的改变和这些电子到达阳极的速度的改变都会引起电流大小的变化。加速电压的变化导致电流具体怎么变化,请同学自己思考。当然,我们更鼓励同学间讨论,当然,也可以找老师讨论。 — 乐永康 2012/10/05 00:20
老师,您好。我想问两个和量子论不是很搭的问题,就是那个实验的电路究竟是怎么工作的呢?特别是微电流计那一小部分,电子到达P后怎么让电流计产生波动的呢?那块电路明明有一个UG2P在的, 怎么就能测出由电子产生的微小电流呢?我在想这是不是与我测出来的奇怪的峰值有什么联系啊。还有一个问题,为什么得用逐差法求U1,而不是用相邻极大值与极小值的电位差的平均值求呢?我觉得求电位差的平均值更符合材料上的陈述啊。 — 钱敏 2012/9/27
钱敏同学,很好的问题。如果你对仪器电路的工作原理感兴趣,建议来参加我这里的学生探索实验。近期,有位同学正在做与物理实验中的电学信号处理相关的探索实验。有关数据处理方法,我很难用简单地说明白,抱歉。前面毛寰宇同学的问题或许能给你一些启发。我回头找给你几篇参考文献吧。欢迎有兴趣来讨论。— 乐永康 2012/10/05 00:25
哪里有学生探索实验呢?表示很感兴趣。还有我查了逐差法的一些资料,知道了这种方法的可以减小随机误差也可减小中仪器误差分量,但不清楚能不能减小毛同学所说的那种情况导致的误差,话说那种误差可以算作随机误差吗?总之,数学的确很重要= =。谢谢老师! —钱敏 2012/10/12
星期天晚上7:00在物理楼404室有组会,其中会有各个探索课题的信息。这周主持组会的袁健闵同学介绍的就是和弗兰克-赫兹实验有关的结果,欢迎来参加。 — 乐永康 2012/10/12 14:56
GREAT!一定会去的!谢谢老师! —钱敏 2012/10/15
老师您好,为什么在实验中,增大UG2K到一值不变后,电流放大计指针仍然有较大的摆动,且其现象为先显示一个较大值后逐渐减小,给读数造成较大影响。。。不知道是仪器本身的原因还是另有原因?查资料了解到极板间可能产生漂移电流从而影响读数,不知有没有关系? —12307120057 金益行 2012/10/23
电流较大的变化,跟仪器本身有关。 — 苏卫锋 2012/11/22 17:20
老师您好,在必做实验调节参量过程中,发现UG2K在0-1V示数范围内IP随其示数增大而增大,而UG2K大于1V则IP随其增大而减小,这是为何呢?——傅正11300270003
应该不是UG2K,UG1K吗?UG1K还有个作用是限流。 — 苏卫锋 2012/11/22 17:20
老师您好,我想问一下实验中获得的Ip值的计数单位是多少?我在测定氩原子第一激发电位的时候得到的Ip的最大值为48.0*10^-8A,但是在讨论区里面看到之前做实验的同学得到的Ip值最大也只有10nA左右,有点困惑…是不是我在微电流计读数的时候有什么问题?可我记得当时微电流计是调在10^-8A档位上的啊,怎么会和之前同学的Ip值有几个数量级的差别?——金嘉杰 10301020002
现在用的仪器跟以前不一样,以前用的Ne管并且是用的Leybold的原装配套装置,它的电流表最大量程是12.9nA,所以你看到之前同学得到的Ip最大值只有10nA。 — 苏卫锋 2012/11/25 21:59
老师您好,我想问一下氖管中为什么发光区是圆饼形?这和G1、G2、保护圆筒的形状有关吗?还是要从原子、微观的角度来解释?——杨焱垚 12301010048
与G1、G2、保护圆筒的形状有关。 — 苏卫锋 2012/12/01 22:58
老师您好,我想知道反向小电压的作用是什么?为什么一定要筛选掉动能不够的电子?——陈瑜灵 2012/11/29 2:51
试想一下,如果没有反向电压,能否看到电流极大极小的变化?建议周二下午实验室开放时来试试。 — 苏卫锋 2012/12/01 22:58
老师您好,我想陈述一下,就是我们做实验时,U2K在小于20V的时候显示器上U2K示数一直很不稳定,跳来跳去的,不知道什么原因。所以我们选择从20V以后开始计数,应该没有关系吧~还有就是另外一组同学在做实验时预测时电流值都没有超过量程,应该是离最大量程还差很多,但是做着做着在第五六组波峰的时候就超出量程了,就是比刚开始时电流要大,这个是什么原因?——刘瑶12301010096 2012/11/29 23:05
如果你的实验仪器,UG2K在小于20V的时候示数一直很不稳定,你可以从20V以后再记数。另外一组同学的问题:如果他们在刚刚调好了UF,就做实验预测,后面实验时很可能超量程。 — 苏卫锋 2012/12/01 22:58
请问老师,Ar原子始终存在于管内,无论电子的能量是否足够激发原子,都有可能与原子相碰撞。若电子能量较小,按补充教材上的说法,会与Ar产生弹性碰撞,电子应几乎以原速率反向运动;若电子动能足够大,和原子碰撞后动能将损耗,其速率比起前者要小。那么这样说来,原子动能不足够时,引起的反向电流(特别是接近eU1时)才是最大值?那么为何从波峰到波谷的下降趋势反而更大?还是说电子与原子发生碰撞的几率与其运动时的速度大小有关?——温扬 2012/12/03 23:01
老师你好~我想请问在计算相对误差时,Ar第一激发电位的理论值应取多少?—张筑莹2012/12/09/ 10:51
关于氩原子的第一激发电位大小有不同解释,一个是能量最低的亚稳态的,一个是理论计算的第一激发态大小。 — 苏卫锋 2012/12/27 12:10
老师您好,关于第二条思考题,综合讨论区什么的看来答案是“电子动能达到eU1时不一定都能打到原子,因此有些电子打到极板上,加速电压越大……电流因此随之增大”,而就是这个省略号里面有个问题——到底是加速电压越大,打不到原子的电子个数越多;还是加速电压越大,打到极板上的电子能量越大。但是我觉得两种猜想都有点问题:能和原子相撞的电子个数应该是恒定的吧,并且随着两者能量交换位置左移,电子不是有更多的机会和原子相撞了?要是后一种猜想的话,电流的大小不应当只和单位时间内移动的电子的个数有关吗,电子的能量大小应该没什么影响吧? — 时嘉姝 2012/12/17 22:39
电子与原子的碰撞有一定的几率。 — 苏卫锋 2012/12/27 12:10
老师您好,虽然现在比较迟了但还是想问一下,微电流放大计的量程为10^(-8)A的意思是“实际电流为读数乘以10^(-8)A”还是“此时电表测量的最大值为10^(-8)A”?
读数乘以10^(-8)A。 — 苏卫锋 2012/12/27 12:10
老师,我想问一下,电子与Ar原子碰撞,是与氩原子的电子碰撞还是与其原子核碰撞?还有就是升高电压会对连续光谱有什么影响?希望回答明确直接一点,快要考试了,谢谢
与核外电子碰撞交换能量。升高电压,连续光谱最短波长会变短,强度增大。 — 苏卫锋 2013/01/07 14:01
老师您好,在阅读《Franck-Hertz实验的物理过程》之后,对于第四页4.3“在第18个峰时,电子发生非弹性碰撞当时具有的平均能量应在5.5-6.0eV之间。”是如何通过图六观察出来的呢?而且最后得出电子在额外加速过程中积累的能量为1.0eV又是怎么回事呢?谢谢!— 刘通 2013/03/10 22:57
你可以跟作者联系一下,张新夷老师xy-zhang@fudan.edu.cn — 苏卫锋 2013/03/11 09:34
老师您好,做完实验后,发现波谷的电流值随加速电压增大而明显减小,但是波峰电流值还是随加速电压增大而增大,思考无果,实验过程中的操作应该没有问题,想请教一下老师。谢谢!— 刘通 2013/03/11 21:59
实验中波谷的电流不会一直减小的,大概前面2-3个谷会有减小的情况,后面还会一直增大。至于波谷减小,你可以想想有什么原因可以让电流减小?是否有反向电流的存在? — 苏卫锋 2013/03/12 12:43
老师您好,如果F-H管内变成真空,Ip随Uk2的变化函数关系是什么?这是不是就是本底电流?当里面充有稀有气体原子的时候,当Uk2变大时,若忽略波动情况,Ip总体还是增大的,这是因为当加速电压变大时,电子和Ar原子碰撞的几率改变了?还是因为每个电子的能量变高了是电流变大了?还有就是老师能不能解释一下电子碰撞在P极板的时候转化为电流的原理?谢谢!— 刘通 2013/03/12 22:05
灯丝发射的电子有一定的能量分布,你可以结合电流的定义来定性分析电流的大小受哪些因素影响?这不是本底电流,P极板的作用就是收集电子。 — 苏卫锋 2013/03/14 15:12

老师您好!在实验中发现一个有意思的事,我固定了其他参数,并让电流达到第一个峰,然后增大UG1k的值,发现电流反而减小。而且发现随着UG1k的增大,电流有一个先增大后减小的过程。这和灯丝发出的电流的性质有关,还是正向小电压使电子加速时一定程度反而减小了电流?UG1k的作用还可以限流么?很好奇!想请教一下,谢谢啦–刘鹏旭 我认为增大Ug1k,吸引了更多K板的电子,因而电流增大;继续增大Ug1k,则使G1-G2电势差减小,电子动能不足,到不了K板。—王一恒

我用数据做出来的图显示谷值电流先减小后增大,这是否是必然现象,还是与仪器和参数有关;另外我的数据出现了负值,是不是由于光电效应,导致P板发出电子形成逆向电流,另外我查到资料说气体电离也会发出高速电子,是不是这也是原因?——丁宏伟

Ug1k的确有限流的作用。负值主要是光电效应的原因。 — 苏卫锋 2013/03/21 13:36
电流峰值逐渐增大,是不是因为随着加速电压的增大,导致电子加速度增大,单位时间内到达P板的数目增多,另外,原子平均自由程增大,会不会导致电子与原子的碰撞几率减小,从而使得电子更轻易的到达P板,从而增大了电流?——丁宏伟
是的。 — 苏卫锋 2013/03/21 13:36
老师您好!测出氩原子第一激发电位后按照实验报告标准要做不确定度评定的吧?那么这个不确定度是A类和B2类的方均根还是B1、B2类的方均根?B2类不确定度是仪器不确定度,等于a(仪器最大误差)与置信因子c之比,但是实验室仪器的最大误差没有给出啊,要怎么进行计算呢? — 赵羿 12307110221 2013/03/19。
不用计算不确定度。 — 苏卫锋 2013/03/21 13:36
老师您好,思考题中说到“图2曲线的波峰和波谷的板流会随加速电压增加而变大”,可是我们做实验时发现后面不止一次波峰和波谷比前一次的小。请问是因为仪器本身的原因还是我们操作的问题?我们在增加加速电压的过程中也没有再调回去…百思不得其解。谢谢老师。—蔡沅君 2013/03/20
“图2曲线的波峰和波谷的板流会随加速电压增加而变大”是指的电流变化的整体趋势。你们遇到的状况跟实验参数有关,可能也跟仪器有关,实验中发现个别仪器的灯丝电压不太稳定。 — 苏卫锋 2013/03/21 13:36
老师您好,如果我想用origin来处理这次的函数图象,那么在做非线性拟合的时候应该套用什么函数?
很不幸,没有合适的函数供你套用。 — 苏卫锋 2013/03/21 13:40
那如果只处理峰值附近的数据可否使用高斯函数拟合呢?
对于本实验,没有必要去拟合峰值附近的数据点。 — 苏卫锋 2013/03/27 14:20
老师您好,我想问一下实验时改变电压15.0V~17.2V之间7个测量点对应的电流值几乎不变,但重新测量并无这种情况可能是什么原因造成的?
这个问题值得商榷,是仪器问题吗?这个现象重复出现吗? — 苏卫锋 2013/03/27 14:20
老师好,请问本实验需要算相对误差吗?如果要,是用11.8V作标准吗?谢谢。
根据NIST网站上的数据,应用11.62eV作参考来计算。http://physics.nist.gov/cgi-bin/ASD/energy1.pl?conf_out=1&term_out=1&level_out=1&j_out=1&lande_out=1&perc_out=1&biblio=1&spectrum=Ar%20I苏卫锋 2013/03/27 14:20
干戌成 2013/03/24 00:33
老师您好,我有几个问题不理解:Q1:这个实验补充教材25页里说随着UG2k的增加,由于G2处的多次非弹性碰撞,可观察到电流Ip的多次上升和下降。非弹性碰撞发生在G2处吗?不是应该在G1和G2之间吗?Q2:接地后为什么可以排除干扰,排除的又是什么干扰?Q3:实际上关于原子激发是一个很复杂的过程,比如这里少数电子可能使原则激发到第二激发态,还有电子从G1出来的时候是有一定初速度的,从K极发射的电子速度也不是一样的,这样就可能有一定误差,但我们可以根据这个方法测量氩原子的第一激发电位,是不是因为大多数原子是像我们所设定的较为理想的情况运动或者状态比较接近?所以可以近似认为所测的的就是和原子的第一激发电压? —许勇 2013/03/25 10:28
Q1:非弹性碰撞发生在G1与G2之间。Q2:因为测得电流是一个非常小的量,要排除电路中其它信号干扰,比如仪器要妥善接地。Q3:是有第二激发态的产生,但对于本实验装置,大多数电子达到第一激发态对应的能量就会和氩原子发生碰撞。 — 苏卫锋 2013/03/25 15:23
老师您好,我在做实验的时候发现在预想中应出现第一次峰值电流的电压附近电流反复小幅震动而无法判断最大电流对应的电压值,我连续做了两次都是这样。我没法找到合理的解释,现在在想可不可能是因为灯丝电压不稳定造成的?因为我的那台机器灯丝电压的0点位置有较大误差,且每次关机的零点位置都不一样。 — 郑雯瀚 2013/04/02 19:31
你实验中看到灯丝电压有变化吗?此外,你调节好UG2K后过多久测的电流?即使保持UG2K不变,你一直等的话也会发现电流会有微小变化的。 — 苏卫锋 2013/04/03 09:51
我想问氩原子未激发前是否处于一个状态?我在想如果外层电子的能带处于满带,那么最内层电子被激发时是不是只能被电离? — 郑雯瀚 2013/04/02 20:10
氩原子未激发前处于稳定的状态,也就是整个原子体系能量最低的状态,本实验中电子具有的能量不会激发氩的内层电子。 — 苏卫锋 2013/04/03 09:51
老师您好,我对书上的I-U图像表示不理解。为什么I在达到峰值以后的图像是连续的?U=U1时,不是有一大部分的电子的能量都传递给原子了吗,那么电流不是应该突降从而产生一个不连续点吗?另外,相邻波峰和波谷之间的电位差应该是等于U-G2P的吧(如果我分析的没错的话)?
电子的能量有一定的分布,而且电子达到第一激发能量也未必碰到原子,电流不会突降产生一个不连续点。相邻波峰和波谷之间的电位差应该是不等于U-G2P,你可以先分析一下你的数据,然后如果你愿意的话,可以到实验室做深入的实验,改变UG2P,看看Ip-UG曲线的变化。 — 苏卫锋 2013/04/18 09:41
为什么实验仪的外壳要接地?怎么接地?
自己回答了:实验仪的黑色导线是就是接地端。接地后可以降低外界干扰。傅颖鹭 08300300109
自己找答案似乎也不很难啊!实验课上多思考,多动手,多尝试自己寻找答案,肯定能学到更多的东西。当然,多讨论和交流也是很好的习惯! — 乐永康 2009/10/27 23:43
老师,测量电流的原理是什么?能不能给出氖原子第一激发电位的参考值?09300200014
你可以查一下微电流放大器的工作原理,这些内容在“大学物理实验”或“近代物理实验”的相关章节中可以查到。关于氖原子的第一激发电位U1也可以查查看啊,然后比较一下你的测量值与查到的U1在数值上一直吗?如果有不同,那分析一下误差主要来源于哪里? — 苏卫锋 2009/12/07 10:04
老师,思考题的第四题:第一峰位置的电位与第一激发态是否相同?为什么?这个问题现在能否给出答案,查了一些资料还是得不出答案^^
二者不同,主要有两个原因:1、电子有初动能,2、栅极间存在接触电势差。 — 苏卫锋 2010/01/05 11:29
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