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wjfu
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-===== 量子论实验--原子能量量子化的观察与测量(805B) ====+===== 量子论实验--原子能量量子化的观察与测量(226-232) ====
-===== 实验视频===== +===== 实验讲解=====
{{:yuandi:new.gif|}} {{:yuandi:new.gif|}}
-  * [[13b|“原子能量量子化的观察与测量”原理讲解]]+{{:course:platform:805b:量子论实验2018新仪器-讲解.pptx|}}
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-注:以上两个视频是针对氩管的弗兰克-赫兹实验讲的,氩管与氖管是基于一样的实验原理,只是实验仪器不同。 +注:以上是针对氖管的弗兰克-赫兹实验讲解,供同学预习的时候参考。
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===== 实验目的、意义和要求 ===== ===== 实验目的、意义和要求 =====
-  * 加深对原子量子化结构的认识,加强对原子能量量子化的理解; +  - 加深对原子量子化结构的认识,加强对原子能量量子化的理解; 
-  * 建立实验模型,了解关于原子碰撞激发和测量的方法; +  - 建立电子和原子碰撞的实验模型,了解电子和原子碰撞时的能量交换过程和影响这个过程的主要物理因素; 
-  * 观察原子能量量子化的现象,测量氖原子的第一激发电位; +  - 观察原子能量量子化的现象,测量氖原子的第一激发电位; 
-  * 掌握实验模型的检验、分析和修正方法;+  - 根据实验结果对实验模型进行分析和讨论。
- 
- 
-==== 必做内容 ==== 
-  * 仔细观察和记录氖管发光现象及其随加速电压的变化,观察实验参数(控制电压,反向电压)的影响,选择合适的参数,记录发光区的变化; 
-  * 根据发光区出现的电压估算U1,计算氖原子从第一激发态返回基态时所发出光子的波长,判断是否为橙红色发光区; 
-  * 利用示波器观察加速电压曲线和电流曲线,并观察实验参数(控制电压,反向电压)的影响,选择合适的参数; 
-  * 运用光标的“手动”模式和“光标”模式,分别测量电流曲线中第一峰的加速电压值,相邻峰和谷之间的加速电压差值; 
-  * 如何通过示波器测得的四个相邻峰和谷之间的加速电压差值,来求得氖原子的第一激发电位? 
-  * 说明测量结果的误差原因,分析实验中红色发光区的来源。 
- 
-==== 选做内容 ==== 
-    * 采用示波器观察电压曲线和电流曲线时,将电压档位调至最小,通过曲线的台阶来了解示波器的数字特性; 
-    * 采用示波器测量电流曲线第一峰的加速电压和相邻峰谷之间电压差值时,光标的手动模式读的是时间(ms),追踪模式读的是电压差值(V),这两种测量的不确定度应如何估计?    (提示:单次测量,光标线最小的移动带来的读数变化,B2类不确定度忽略) 
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===== 实验前应回答的问题 ===== ===== 实验前应回答的问题 =====
-  * 问题1:简述原子能量的量子化概念. +  - 什么是基态?什么是激发态?什么是原子能量的量子化? 
-  * 问题2:原子从高能级跃迁到低能级时发射波长为600nm的光子,则这两个能级差ΔE为多少电子伏特? +  - 某原子从高能级跃迁到低能级时发射波长为600nm的光子,则这两个能级差ΔE为多少电子伏特? 
-  * 问题3:如果某原子的第一激发电位为16.0V,求该原子从第一激发态跃迁回基态时发射出光子的波长。 +  - 某原子的第一激发电位为16.0V,求该原子从第一激发态跃迁回基态时发射出光子的波长。 
-  * 问题4:简述实验模型:电子和原子的碰撞激发。 +  - 本实验采用电子和原子碰撞的实验模型,简述电子和原子碰撞时的能量交换过程和影响这个过程的主要物理因素。 
-  * 问题5:画出F-H碰撞管的结构图及其实验线路图。如果管中电极K、G、A和E的相邻间距依次为2mm、5mm、2mm,设置U<sub>G</sub>=4.0V,U<sub>A</sub>=50.0V,U<sub>E</sub>=6.0V,画出电势沿F-H管轴线的变化曲线(令电极K为电势零点)。 +  - 画出F-H碰撞管的实验线路图,将实验采用的碰撞管参数(电极K、G间距2mm,电极G、A间距5mm,电极A、E间距2mm)标在图上。 
-  * 问题6:控制电压U<sub>G</sub>、加速电压U<sub>A</sub>、反向电压U<sub>E</sub>对氖管中发光现象和电流I<sub>E</sub>分别有什么影响?为什么? +  - 假设实验中设置UG=3.0V,UA=50.0V,UE=6.0V,相邻电极之间的电场在管轴附近可看作轴向匀强电场,令电极K为电势零点,画出管轴附近的电势沿轴向的变化图。 
-  * 问题7:如果不考虑设电子从阴极K出来的初动能、栅极电位等其它因素,只考虑氖原子的第一激发态,基于这种理想的实验模型,画出电子动能沿F-H管轴向的变化曲线,电流I<sub>E</sub>随加速电压U<sub>A</sub>的变化曲线。(假定加速电压U<sub>A</sub>为氖原子第一激发电位的三倍) +  - 忽略电子从阴极K出来的初动能、以及各电极自身对电场的影响,并设定加速电压UA为氖原子第一激发电位U1的三倍。有一些电子在动能达到eU1时,就能和氖原子发生非弹性碰撞,画出这些电子的动能沿碰撞管轴向的变化曲线。 
 +  - 碰撞管中的发光现象最先出现在哪里?随着加速电压UA的增加,发光现象将如何变化? 
 +  - 如果将加速电压UA从零逐渐增加到氖原子第一激发电位U1的三倍,画出电流IE随加速电压的变化曲线。 
 + - 控制电压UG有什么作用?它对氖管中的发光现象和电流IE分别有什么影响?
===== 实验中要注意的或可能遇到的问题 ===== ===== 实验中要注意的或可能遇到的问题 =====
-  * 如果看不到发光区,如何调整参数(UG,UE)? +  * 在不了解仪器的参数范围时,控制电压和反向电压一开始应怎样设置? 
-  * 发光区从哪里开始出现?电子的加速路程对应了电子获得的动能,如何从各发光区及控制栅极G之间的距离,获得量子化信息?   +  * 怎样理解控制变量法的作用?怎样在保证仪器安全的情况下,逐步找到实验仪器的参数范围? 
 +  * 发光区首先从哪里开始出现?如何判断自己画的发光区侧视图是否合理,是否体现了量子化?    
 +  * 如何通过原子能级图来判断橙红色可见光的发光机制?
  * 如果电压曲线和电流曲线的波形不在示波器屏幕中央、波形大小不适合、波形不断移动,应如何调整示波器?   * 如果电压曲线和电流曲线的波形不在示波器屏幕中央、波形大小不适合、波形不断移动,应如何调整示波器?
  * 如果示波器上电流曲线过于平坦,或电流曲线有明显上升但是峰谷不明显,或电流曲线出现平台,应如何调整参数UE和UG?   * 如果示波器上电流曲线过于平坦,或电流曲线有明显上升但是峰谷不明显,或电流曲线出现平台,应如何调整参数UE和UG?
-  * 实验中,一共有哪些方法,可以获得氖原子的第一激发电位? 
-  * 氖原子从第一激发态返回基态时所发出光子的波长,是否为橙红色发光区? 
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===== 实验步骤 ===== ===== 实验步骤 =====
  * **一、观察氖管发光现象**   * **一、观察氖管发光现象**
-1、检查各旋钮是否左旋到底,打开仪器电源开关,液晶显示屏有数据显示。+1. 开机:将控制电压UG和加速电压UA的旋钮左旋到底,打开F-H实验仪背后电源开关,液晶显示屏有数据显示。 
 +2. 初始参数设置:实验中灯丝电压UF设置为8.5V不变。控制电压的调节范围UG=1~4V,反向电压的调节范围UE=2~8V,遵循仪器安全的原则,选定参数UG和UE的初始值。 
 +3. 观察控制栅极G 和阳极A之间的发光现象: 
 +  * 加速电压UA设为“手动扫描”,将UA从零逐渐增加到70V,如果看不到发光区,慢慢调整参数(UG,UE),直至随着UA增加有发光现象出现,并记录发光区的位置、形态和发光区随UA增加的变化情况。 
 +  * 将UA设为70V,慢慢增加控制电压UG,记录发光区的变化情况(形态、位置、亮度),当发光区中心比周边明亮,开始向阴极K弯曲凸起时,停止增加UG,并记录为UG的上限值。再慢慢减小控制电压UG,当发光区几乎要消失时,停止减小UG,并记录为UG的阈值。 
 +              *** 整个实验中,控制电压UG始终不能超过上限值。*** 
 +  * 调整控制电压UG,使发光区亮度适中、没有弯曲、间隔明显。  
 +  * 观察并记录反向电压UE对发光区(形态、位置、亮度)的影响。 
 +  * 从零开始增大加速电压UA,每当有一片新的发光区完全出现尚未离开阳极时,画下发光区和电极的侧视图,并记录相应UA数值。 
 +    (观察时应水平正视,此时发光区间隔明显。侧视图中,必须标注四个电极的名称。) 
 +4. 氖原子第一激发电位U1的估计和橙红色可见发光区的机制分析: 
 +  * 由各片发光区刚刚完全出现时的加速电压UA数值,估算氖原子的第一激发电位U1。 
 +  * 计算氖原子从第一激发态返回基态时所发射出光子的波长。 
 +  * 此波长是否对应于观察到的橙红色发光区? 
 +  * 如果不对应,根据原子能级示意图(图1),分析橙红色发光区的可能是由氖原子的哪些能级之间的跃迁产生。
-2、实验中灯丝电压U<sub>F</sub>设置为8.5V不变,控制电压U<sub>G</sub>=1.5~5V,反向电压U<sub>E</sub>=0~8V。(为了保证仪器安全,参数U<sub>G</sub>和U<sub>E</sub>的初始设置值应使I<sub>E</sub>尽量小。) 
-3、加速电压U<sub>A</sub>设为“手动扫描”,将U<sub>A</sub>从零逐渐增加到75V,观察控制栅极G和阳极A之间的发光现象。 +  ***二、用示波器观察电流曲线**  阅读补充讲义中关于F-H实验仪的信号输出说明。 
-  * 如果看不到发光区,应如何调整参数(U<sub>G</sub>,U<sub>E</sub>)? +  采用同轴电缆将F-H实验仪的UX输入示波器的“X”通道,UY输入示波器的“Y”通道。 
-  * 能看到发光区时,将U<sub>A</sub>增至75V,观察并记录参数(U<sub>G</sub>,U<sub>E</sub>)对发光区的影响。(若发现发光区中心向阴极K弯曲凸起,这说明什么问题?应采取什么措施?) +1. 示波器的电压信号观察: 
-  * 调节参数(U<sub>G</sub>,U<sub>E</sub>)使发光区亮度适中、没有弯曲、间隔明显; +  * 加速电压UA设为“自动扫描”,扫描下限为0,扫描上限为70V,观察示波器屏幕上的UX-t直线和UY-t曲线。 
-  * 从零开始增加U<sub>A</sub>,观察并记录发光区出现的位置、发光区的形态、发光区的移动情况。 +  * 调节示波器的电压档位和时间档位使曲线位于屏幕中央,大小适中。 
-  * 画出每一片发光区刚刚完全出现时的侧视图,并记录相应的U<sub>A</sub>数值。(观察时应水平正视。画发光区的侧视图时,应先画出各个电极。)(注意发光区是刚刚出现,还是完全出现,还是已经离开阳极?) +2. 观察加速电压的线性变化规律: 
- +  * 由UX-t直线得到加速电压UA从扫描下限线性增加到扫描上限所需要的时间。 
-4、由各发光区出现时的加速电压U<sub>A</sub>数值,估算氖原子的第一激发电位U<sub>1</sub>。计算氖原子从第一激发态返回基态时所发射出光子的波长,是否对应于观察到的橙红色发光区?(如果不对应,那么实验中观察到的橙红色发光区是由氖原子的哪些能级之间的跃迁产生?) +  * 扫描时间是否随着扫描范围的变化而变化?加速电压的增加速率是否跟随变化? 
- +3. 观察电流曲线的变化规律: 
- +  * 将UY-t曲线看作IE-t曲线,即电流曲线。 
-  ***二、用示波器观察电流曲线** + * 记录电流曲线的变化规律,由此推断IE-UA曲线的形态。 
-1、F-H实验仪,可将加速电压U<sub>A</sub>减为原来的1/10输出(U<sub>X</sub>=U<sub>A</sub>*1/10),电流I<sub>E</sub>通过转换器V转换为电压信号输出(U<sub>Y</sub>=I<sub>E</sub>*V)。采用同轴电缆将F-H实验仪的U<sub>X</sub>与示波器的“X”通道相连,U<sub>Y</sub>与示波器的“Y”通道相连。 +4. 调整控制电压、反向电压以及加速电压(控制变量法),获得适合的电流曲线: 
- + * 反向电压UE设置为适中数值,将控制电压UG慢慢从阈值增加至上限值(由实验一确定),记录UG取阈值、中间值、上限值时的三条电流曲线,说明电流曲线随UG的变化规律,并选定具有适中电流曲线的控制电压UG。 
-2、加速电压U<sub>A</sub>设为“自动扫描”,扫描范围设为0V~75V,观察示波器屏幕上X通道的U<sub>A</sub>-t曲线和Y通道的I<sub>E</sub>-t曲线,调节示波器的电压档位和时间档位使曲线位于屏幕中央,大小适中。 + * 选定UG后,将反向电压UE慢慢从最大值8V开始减小,取电流曲线快速上升、峰谷变化变得不明显时的UE为最小值,记录UE取最大值、中间值、最小值时的三条电流曲线,说明电流曲线随UE的变化规律,并选定电流曲线适度上升的反向电压UE。 
- + * 选定合适(UG,UE)后,将加速电压的扫描上限从0开始逐渐增加,观察并记录电流曲线形态的变化,并选定三个峰和三个谷都完全出现的UA为加速电压扫描上限。 
-3、将反向电压U<sub>E</sub>设置为适中数值,观察控制电压U<sub>G</sub>对I<sub>E</sub>-t曲线的影响,记录三种典型的电流曲线形态,并选定合适的控制电压U<sub>G</sub>数值。 + * 将观察到的形态完整、峰谷明显的电流曲线,和预习报告问题9中预期的IE-UA曲线做比较,差异在哪里?为什么有这些差异?
- +
-4、选定控制电压U<sub>G</sub>后,观察反向电压U<sub>E</sub>对I<sub>E</sub>-t曲线的影响,记录三种典型的电流曲线形态,并选定合适的反向电压U<sub>E</sub>数值。 +
- +
-5、选定合适的参数(U<sub>G</sub>,U<sub>E</sub>)后,观察加速电压U<sub>A</sub>对I<sub>E</sub>-t曲线的影响,记录几种典型的电流曲线形态,并选定所有峰谷都出现的加速电压U<sub>A</sub>数值。(这些电压对电流曲线影响的机理是什么?如何通过U<sub>A</sub>-t曲线和I<sub>E</sub>-t曲线来获得I<sub>E</sub>-U<sub>A</sub>曲线?)(将示波器中实际测得的I<sub>E</sub>-U<sub>A</sub>曲线和预习报告中理想实验模型下预期的I<sub>E</sub>-U<sub>A</sub>曲线做比较,差异在哪里?为什么有这些差异?)+
  ***三、测定氖原子的第一激发电位**   ***三、测定氖原子的第一激发电位**
-1、按下示波器的“光标”按钮,并选择手动模式。将两对正交光标线分别置于U<sub>A</sub>-t直线上的两点,读取两点之间的的ΔV和Δt,计算加速电压U<sub>A</sub>随时间t的变化率s。(U<sub>A</sub>-t直线上的两点应尽量互相远离,s=10ΔV/Δt。) +1. 测量加速电压UA随时间的变化率: 
- +  * 按下示波器的“光标”按钮,并选择光标的手动模式。将两对互相垂直的光标线分别相交于UX-t直线上的两点,且这两点尽量远离。 
-2、以U<sub>A</sub>-t直线的起点为t=0时刻,通过光标测量I<sub>E</sub>-t曲线到达各个峰谷的时间t<sub>1</sub>、t<sub>2</sub>、t<sub>3</sub>、…,并计算相应各个峰谷处的加速电压U<sub>A</sub>(=s·t<sub>n</sub>)。 +  * 读取两点之间的电压差值ΔV和时间差Δt,计算加速电压UA随时间t的变化率s。  
- +(s=10ΔV/Δt) 
-3、写出第一个峰处的加速电压值、各相邻峰之间的加速电压差值、各相邻谷之间的加速电压差值。在理想的实验模型下,这些电压值的关系应是怎样?如何求氖原子的第一激发电位U<sub>1</sub>?通过这些实际测量的电压值,可以看出理想实验模型的哪些地方不符合实际实验情况?产生这些差异的原因是什么?怎样得到最合理的U<sub>1</sub>?(本实验中所观察到的哪些现象,可以看出原子的能量是量子化的?)+2. 测量电流曲线上各个峰和谷处的加速电压值: 
 + * 以加速电压直线的起点为t=0时刻,通过光标测量电流曲线从t=0时刻开始到达各个峰和谷所需的时间t1、t2、t3、…。 
 + * 通过加速电压的变化率和电流到达峰谷所需时间,计算相应电流峰谷处的加速电压UA。       
 +(UA=s·tn) 
 +3. 分析实验模型,计算氖原子的第一激发电位U1: 
 +  * 写出电流第一峰处的加速电压值UA、一、二峰UA差值、二、三峰UA差值、一、二谷UA差值和二、三谷峰UA差值,分析这些电压值或电压差值的变化规律。 
 +  * 在理想的实验模型下,即忽略电子从阴极K出来的初动能、电极自身对电场的影响、氖原子被激发到高激发态等因素,以上这些电压值和电压差值应有怎样的规律? 
 +  * 实际的电子和原子碰撞过程中,哪些因素不能被忽略?选取哪些电压值或电压差值来计算氖原子的第一激发电位U1较为合理? 
 +  * 计算氖原子第一激发电位U1,和标准值比较求得相对误差,并解释误差原因。
===== 实验注意事项 ===== ===== 实验注意事项 =====
- +  - 控制电压UG过大时,会使得发光区中心向阴极凸出,甚至出现气体被击穿的现象,此时应立即将加速电压调至最小,降低控制电压后再做实验。不同的仪器,控制电压有不同的工作范围。
-  - 控制电压U<sub>G</sub>过大时,会使得发光区中心向阴极凸出,甚至出现气体被击穿的现象,此时应立即将加速电压调至最小,降低控制电压后再做实验。不同的仪器,控制电压有不同的工作范围。+
  - 加速电压太高时,电子的动能有可能大到使气体原子电离而使F-H管击穿。不同的实验参数下,有不同的击穿值。一旦发生击穿,应立即调低加速电压。   - 加速电压太高时,电子的动能有可能大到使气体原子电离而使F-H管击穿。不同的实验参数下,有不同的击穿值。一旦发生击穿,应立即调低加速电压。
-  - 由于氖管温度会升高很高,寿命有限,当不进行实验或数据处理时,应及时关掉加速电压,延长氖管使用寿命。+  - 氖管温度在实验中会升至很高,寿命有限,用示波器进行测量时,可锁定示波器屏幕后关闭加速电压。完成实验进行数据处理时,也应及时关掉加速电压,延长氖管使用寿命。
行 119: 行 124:
===== 实验报告要求 ===== ===== 实验报告要求 =====
-**  * 实验前:** + 
-  - 完成预习报告:实验目的、完成实验前应回答的问题(不抄题,表述要完整)、实验内容(明确每个步骤的观察目标或者测量目标,突出操作要点和应思考的问题)+=== 实验前完成预习报告 === 
 + 
 +  * 实验目的 
 + * 完成实验前应回答的问题(不抄题,表述要完整) 
 +  * 实验内容(明确每个步骤的观察目标或者测量目标,突出操作要点和应思考的问题)
   
 +=== 一、观察氖管发光现象 ===
 +
**  * 实验中:** **  * 实验中:**
-  - 记录实验仪器的规格和型号。 +  - 记录UE,、UG初始值以及调整过程。 
-  - 初始参数,参数调整过程,最终实验参数。记录参数对发光区的影响; +  - 发光区随UA的变化过程(位置、形态等)。 
-  - 每一片发光区出现时的加速电压数值,发光区侧视图(位置和形态); +  - UG对发光区的影响(亮度、位置、形态等)。UG的上限值和阈值。 
-  - 由发光区的结果,估算第一激发电位,计算氖原子从第一激发态返回基态时所发出光子的波长; +  - UE对发光区的影响。 
-  - 记录参数对电流曲线的影响,最佳测量参数。 +  - 画出每片发光区出现时的侧视图,并记录相应UA。 
-  - 通过示波器的光标,在手动模式下测量电流曲线到达各个峰和谷时的加速电压数值,比较第一峰的电压值、相邻峰之间和相邻谷之间电压差值(共5个)。 +  - 计算第一激发态到基态的光子波长,并判断是否为所见橙红光。
-  +
-**  * 实验后**: +
-  - 想一想,实际看到的电流曲线,和你实验前构建的理想情况下的电流曲线,有什么共同点?有什么不一样的地方?是哪些因素带来这些差异? +
-  - 分析示波器的光标法测得的第一峰电压值,四个相邻峰之间和相邻谷之间电压差值,理想情况下它们大小关系如何?实际情况下又是如何?是否可以简单取平均得到氖原子的第一激发电位U1?如果简单平均不合理,又应如何获取较为合理的氖原子第一激发电位U1? +
-  - 获得氖原子的第一激发电位U1结果后,和标准值作比较,并做误差分析。 +
-  - 氖原子从第一激发态返回基态时所发出光子的波长,是否对应于观察到的橙红色发光区? +
-  - 了解Ne原子更多的能级状态,了解能级差的变化,找到橙红色发光区的产生机制。 +
-   +
-*** 在规定时间内将报告交至指定信箱。** +
 +**  * 实验后**
 +  - 进一步明确UE,、UG的作用。
 +  - 解释发光区的形成机制。
 +  - 解释UG对发光的影响机制。
 +  - 解释UE对发光的影响机制。
 +  - 说明发光区如何体现量子化,各片发光区的宽度为什么不同?
 +  - 由原子能级图来分析橙红光的产生机制。
 +=== 二、用示波器观察电流曲线===
 +**  * 实验中:**
 +  - 观察到适合电流曲线和电压曲线时,记下电压档位和时间档位。
 +  - 改变加速电压的扫描范围,观察扫描范围是否变化?
 +  - 由电流曲线,画出IE-UA曲线。
 +  - 画不同UG下的三个电流曲线。选定UG使电流曲线强度充分,峰谷显著。
 +  - 画不同UE下的三个电流曲线。选定UE使得电流曲线微微上升趋势。
 +  - 文字记录UA对电流曲线的影响,选定UA使三个峰谷均出现。
 +**  * 实验后**
 +  - 分析输入示波器的信号大小,和变化规律。
 +  - 分析加速电压的输出规律。
 +  - 实际IE-UA曲线,与课前问题9中所画IE-UA曲线有什么不同?原因?
 +  - 解释UG对电流的影响机制。
 +  - 解释UE对电流的影响机制。
 +  - 解释UA对电流的影响机制。
 +**总结控制变量法的作用。**
 +=== 三、测定氖原子的第一激发电位 ===
 +**  * 实验中:**
 +  - 呈现完美电流曲线,示波器STOP,关闭加速电压。(Stop后,示波器停止采集数据,波形稳定。关闭加速电压,减少氖管使用时间。)
 +  - 电压直线上取点测量UA扫描速率。
 +  - 一根纵向光标线始终在电流线起点,另一个根纵向光标移动到各个峰谷处,记下∆T。(共六个∆T)
 +**  * 实验后**
 +  - 计算五个电压值(第一个峰值,四个间距)。分析变化规律。
 +  - 分析实际电子和氖原子的碰撞过程,与理想模型的区别。
 +  - 给出氖原子第一激发电位的测量结果,并说明取值理由。计算相对误差,分析误差原因。
 + 
 +*** 在规定时间内将报告交至指定信箱。**
===== 参考书籍与材料===== ===== 参考书籍与材料=====
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=====实验讨论问题 ===== =====实验讨论问题 =====
-  * **实验中你都记录了什么?** +  * ** 实验中,你是如何体验到这个实验的精妙之处?你知道类似的实验方法在其它方面的应用吗?** 
-  * **你是如何设计本实验的数据表格的?你愿意跟大家分享一下你记数据的方法吗?** +  * ** 你是否学会通过控制变量法安全又快速地找寻你不了解的仪器的工作范围?** 
-  * **你了解本实验的历史背景及意义吗?** +  * ** 你能将发光区的变化和电流曲线联系起来吗?** 
-  * **本实验方法对你有什么启发?你知道类似的实验方法在其它方面的应用吗?** +  * ** 你是否明白了实验所见橙红色发光区的机制?你是否能将光谱和原子能级联系起来?** 
-  * **做完本实验,你有什么收获呢?你有什么心得可以大家分享吗?** +  * ** 你希望我们的教学再做些什么改进呢?** 
-  * **你希望我们的教学再做些什么改进呢?** +  * ** 做完本实验,你有什么收获呢?你有什么心得可以大家分享吗?**
-  * **如果让你对本实验打分(100分满分),你会给本实验打几分呢?** +
       
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===== 实验讨论区(积极提问&参与讨论)===== ===== 实验讨论区(积极提问&参与讨论)=====
  * 提问前建议先看一下别人的提问,或许你的问题已经被讨论。   * 提问前建议先看一下别人的提问,或许你的问题已经被讨论。
  * 提问或回答问题请留名,编辑格式参考现有讨论。   * 提问或回答问题请留名,编辑格式参考现有讨论。
-8-O  :?:  LOL +==== 新问题从这里开始!! ==== 
-== 新问题从这里开始!! ==+ 
 +8.老师好,我很好奇书上的“控制栅极G的电位比阴极略高以拉出电子”,请问控制电压UG是怎么拉出电子的?如果去掉控制电压,只用加速电压UA对实验效果会有什么影响呢? --- //嚴曉融 2018/12/25 16:26// 
 +>控制电极和阴极之间的电场,电场方向朝着阴极,电子逆着电场跑向控制栅极。 >你在实验中,不加控制电压,就几乎没有电子脱离阴极跑出来,阴极发射的热电子聚集在阴极周围。再如何改变加速电压,都是徒劳。 --- //符维娟 2018/12/29 21:40// 
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 +7.老师您好,我在课后分析实验原理的时候出现了疑问,讲义里给出的物理模型是电子与原子相撞,但实际上原子内部也有微观结构,那么是否是电子与内部电子相撞导致原子内部势能的改变?还有,与一个原子相撞的电子只能是一个吗?假如可以是多个,那在Ua等于第一激发态电压时应该就能 观察到橙红光了。另外,假如用原子内部结构的模型,为什么高速电子不可以直接撞击更外层的电子使其跃迁?——//应启翔 2018/11/01 15:30 // 
 +>电子和原子相撞,发生非弹性碰撞的时候,导致原子内部轨道电子的跃迁,从而原子内部势能改变。这是不是高速电子,不超过几十eV,是慢电子,使得氖原子外层电子跃迁。激发态寿命很短,不会在那里等着下一个电子来把它撞到更高激发态。 --- //符维娟 2018/12/29 21:40//
->6.老师您好,我感觉原理讲解的视频里有个问题呀,当原子能够克服UE达到收集电极时,再增大UA,不是到达收集电极的电子增多了而导致电流增大了,而是因为电子到达地快了,而导致电流增大了。——//郭都 2018/05/25 23:37 //  +6.老师您好,我感觉原理讲解的视频里有个问题呀,当原子能够克服UE达到收集电极时,再增大UA,不是到达收集电极的电子增多了而导致电流增大了,而是因为电子到达地快了,而导致电流增大了。——//郭都 2018/05/25 23:37 //  
->>影响电流的两个因素,到达收集电极的电子数量和电子速度,任一个因素的增加都会导致电流增大。你说的是对的,能够克服反向电压后,随着加速电压增大,电子到达极板的速度在增大。但是,加速电场的增加,也有吸引更多电子来到加速区的作用。所以,电流的增加,是这两个因素共同作用的结果。 --- //符维娟 2018/05/31 12:18// +>影响电流的两个因素,到达收集电极的电子数量和电子速度,任一个因素的增加都会导致电流增大。你说的是对的,能够克服反向电压后,随着加速电压增大,电子到达极板的速度在增大。但是,加速电场的增加,也有吸引更多电子来到加速区的作用。所以,电流的增加,是这两个因素共同作用的结果。 --- //符维娟 2018/05/31 12:18// 
->>>明白!谢谢老师  —//郭都 2018/06/01 19:38 //+>>明白!谢谢老师  —//郭都 2018/06/01 19:38 //
->5.老师您好,我想问问您为什么要从发光分区刚刚离开阳极时开始测量。还有,发光区弯曲是等势面的原因吗? --- //索一峰 2018/04/11 00:06// +5.老师您好,我想问问您为什么要从发光分区刚刚离开阳极时开始测量。还有,发光区弯曲是等势面的原因吗? --- //索一峰 2018/04/11 00:06// 
->>你可以记录发光区刚刚出现时候的电压,也可以记录发光区刚刚离开时候的电压,因为这个状态容易确定,具备重复性。发光区弯曲,也就意味着相同动能电子分布的空间弯曲,等势面弯曲。我们也应当训练自己实验现象去推测原因的能力。 --- //符维娟 2018/05/31 12:18//+>你可以记录发光区刚刚出现时候的电压,也可以记录发光区刚刚离开时候的电压,因为这个状态容易确定,具备重复性。发光区弯曲,也就意味着相同动能电子分布的空间弯曲,等势面弯曲。我们也应当训练自己实验现象去推测原因的能力。 --- //符维娟 2018/05/31 12:18//
->4.老师你好,我想问一下,根据四个间距(追踪模式下的峰峰与谷谷)计算U1时,若简单平均的方法精确度不高,应采取什么方法计算呢? +4.老师你好,我想问一下,根据四个间距(追踪模式下的峰峰与谷谷)计算U1时,若简单平均的方法精确度不高,应采取什么方法计算呢? 
->>实验中,光标手动和追踪都可以得到四个间距,应根据它们读数的不确定度选择一种结果做后继计算分析。(不确定度,根据光标移动最小格带来的读数变化估算)发现平均后,并未降低结果和标准值的相对误差,而且四个间距差异明显。这时候,应先分析红光的产生机制,根据红光的波长,推断相应跃迁的能级差(2eV左右),得知红光应是高激发态之间的跃迁产生。于是,我们得知,氖原子除了被激发到第一激发态,还必须被激发到更高的激发态,这样才会有红光出现。到这里,我们应该明白了测量对象,不仅仅是第一激发电位,四个间距偏大是合理的存在,而不是错误。最后,你根据以上分析找到你觉得合理的办法来处理数据。+>实验中,光标手动和追踪都可以得到四个间距,应根据它们读数的不确定度选择一种结果做后继计算分析。(不确定度,根据光标移动最小格带来的读数变化估算)发现平均后,并未降低结果和标准值的相对误差,而且四个间距差异明显。这时候,应先分析红光的产生机制,根据红光的波长,推断相应跃迁的能级差(2eV左右),得知红光应是高激发态之间的跃迁产生。于是,我们得知,氖原子除了被激发到第一激发态,还必须被激发到更高的激发态,这样才会有红光出现。到这里,我们应该明白了测量对象,不仅仅是第一激发电位,四个间距偏大是合理的存在,而不是错误。最后,你根据以上分析找到你觉得合理的办法来处理数据。
->3.老师,我在量子论实验中有4个问题。首先,在令Ne管发光时,初始参数(Uf、Ug、Ue)设置范围是怎么得到的?其次,在用示波器观察电流曲线时,调节Ug、Ue至得到理想曲线(峰谷足够分明),有没有什么具体标准(比如示波器上峰谷大致差几大格)?再者,示波器光标的手动、追踪模式产生的2组数据之间的误差,有无调和的方法?最后是补充讲义的讨论题:电流曲线第一峰位置是否对应U1(我猜是的),如果不是,原因是什么?谢谢!--//陈竞翔 2017/11/21 22:37// +3.老师,我在量子论实验中有4个问题。首先,在令Ne管发光时,初始参数(Uf、Ug、Ue)设置范围是怎么得到的?其次,在用示波器观察电流曲线时,调节Ug、Ue至得到理想曲线(峰谷足够分明),有没有什么具体标准(比如示波器上峰谷大致差几大格)?再者,示波器光标的手动、追踪模式产生的2组数据之间的误差,有无调和的方法?最后是补充讲义的讨论题:电流曲线第一峰位置是否对应U1(我猜是的),如果不是,原因是什么?谢谢!--//陈竞翔 2017/11/21 22:37// 
->>关于具体实验的疑问,放到该实验的网页上去吧,这样老师会看到的。 --- //乐永康 2017/11/22 00:44// +>关于具体实验的疑问,放到该实验的网页上去吧,这样老师会看到的。 --- //乐永康 2017/11/22 00:44// 
->>>1.实验室桌面告示牌中有提示,初始设置,首要条件是保证仪器安全。因此,从使得发光最微弱,电流最小的设置开始。2.没有明确标准,每台仪器有所不同,在自己的仪器能达到的电流曲线峰谷最明显,上升趋势适中。3.手动和追踪,一个读的时间,一个直接读电压,光标好比一把尺,对准时候有估读不确定度,光标转动最小一格带来的读数变化,对应示波器光标测量的B1类不确定度。比较这两种方法的不确定度,选择小的,做进一步的计算和分析。4.不是,电子有出动能,各电极有接触电势差。 --- //符维娟 2017/11/27 15:02// +>>1.实验室桌面告示牌中有提示,初始设置,首要条件是保证仪器安全。因此,从使得发光最微弱,电流最小的设置开始。2.没有明确标准,每台仪器有所不同,在自己的仪器能达到的电流曲线峰谷最明显,上升趋势适中。3.手动和追踪,一个读的时间,一个直接读电压,光标好比一把尺,对准时候有估读不确定度,光标转动最小一格带来的读数变化,对应示波器光标测量的B1类不确定度。比较这两种方法的不确定度,选择小的,做进一步的计算和分析。4.不是,电子有出动能,各电极有接触电势差。 --- //符维娟 2017/11/27 15:02// 
->>>>谢谢两位老师 --//陈竞翔 2017/11/28 00:10//+>>>谢谢两位老师 --//陈竞翔 2017/11/28 00:10//
->2老师您好!对于本实验的前提仍然不理解,氖原子从第一激发态返回基态时候发出的光子波长应该是600nm,经过计算,电位应该在2.1v左右。但是老师给的第一激发电位是16.6v,请问这是什么原因?另外,我请教过助教,他说看到的橙红光就是第二激发态返回基态时发出的,第一激发态发出的是紫外线,肉眼看不到的。那么我们第一次粗测测得的不应该是第二激发电位嘛,望老师解答,感谢!——包容 17301050001 +2老师您好!对于本实验的前提仍然不理解,氖原子从第一激发态返回基态时候发出的光子波长应该是600nm,经过计算,电位应该在2.1v左右。但是老师给的第一激发电位是16.6v,请问这是什么原因?另外,我请教过助教,他说看到的橙红光就是第二激发态返回基态时发出的,第一激发态发出的是紫外线,肉眼看不到的。那么我们第一次粗测测得的不应该是第二激发电位嘛,望老师解答,感谢!——包容 17301050001 
->>橙红光是第二激发态返回第一激发态时候发出的。我们测的对象,主要为第一激发电位,还包含第二激发电位。电子和氖原子碰撞,把氖原子撞到哪个激发态,是个概率问题。希望你通过自己的实验数据理解,第一激发电位只是主要测量对象。微观的物理过程,充满了概率!没有其它实验的测量具有显著的确定性。 --- //符维娟 2017/11/27 14:43//+>橙红光是第二激发态返回第一激发态时候发出的。我们测的对象,主要为第一激发电位,还包含第二激发电位。电子和氖原子碰撞,把氖原子撞到哪个激发态,是个概率问题。希望你通过自己的实验数据理解,第一激发电位只是主要测量对象。微观的物理过程,充满了概率!没有其它实验的测量具有显著的确定性。 --- //符维娟 2017/11/27 14:43//
->1老师您好!我一直很困惑,我先看了这个实验最开始的讲解的PPT,并根据PPT完成了预习(包括实验步骤),但是,我看完PPT再往下浏览,发现也给出了实验步骤,而这两种实验步骤竟然不一样(不是文字表达的差异,确实不一样),比如,PPT中给出了(一)观察氖管发光现象(二)测定氖原子的第一激发电位  而下面的实验步骤还给了用示波器观察电流。如果只是这样,我还可以再把示波器部分加到实验报告里面,但是,更严重的,二者的(一)(二)步骤竟然不一样,我现在很苦恼,难道要重新再打印实验报告然后再写一遍吗?我觉得这是个很严重的问题,为什么同一个实验,给的步骤竟然不一样?--赵子丰2017/11/8/17:30 +1老师您好!我一直很困惑,我先看了这个实验最开始的讲解的PPT,并根据PPT完成了预习(包括实验步骤),但是,我看完PPT再往下浏览,发现也给出了实验步骤,而这两种实验步骤竟然不一样(不是文字表达的差异,确实不一样),比如,PPT中给出了(一)观察氖管发光现象(二)测定氖原子的第一激发电位  而下面的实验步骤还给了用示波器观察电流。如果只是这样,我还可以再把示波器部分加到实验报告里面,但是,更严重的,二者的(一)(二)步骤竟然不一样,我现在很苦恼,难道要重新再打印实验报告然后再写一遍吗?我觉得这是个很严重的问题,为什么同一个实验,给的步骤竟然不一样?--赵子丰2017/11/8/17:30 
->>这是新仪器,按照补充讲义,或者网页上实验步骤,它们是一致的。感谢你提出问题,我会拿掉那个ppt,尽快换上新版本。 --- //符维娟 2017/11/27 14:43//+>这是新仪器,按照补充讲义,或者网页上实验步骤,它们是一致的。感谢你提出问题,我会拿掉那个ppt,尽快换上新版本。 --- //符维娟 2017/11/27 14:43//
->老师,您好,我在拟合数据的时候发现我们组做出来的数据第一个峰和谷变化非常小,我分析可能是我们组的UG1K取的是0.6,可能偏小了些,不知是否还可能有其他情况——王寅升2017/5/3/14:46 +老师,您好,我在拟合数据的时候发现我们组做出来的数据第一个峰和谷变化非常小,我分析可能是我们组的UG1K取的是0.6,可能偏小了些,不知是否还可能有其他情况——王寅升2017/5/3/14:46 
->>如果后两个峰、谷的数据符合预期,最可能的原因是UG1K取的偏小了。数据处理时,你可以尝试对第一个峰、谷单独取合适的纵坐标来画图! --- //乐永康 2017/05/07 09:54//+>如果后两个峰、谷的数据符合预期,最可能的原因是UG1K取的偏小了。数据处理时,你可以尝试对第一个峰、谷单独取合适的纵坐标来画图! --- //乐永康 2017/05/07 09:54//
->老师您好!我有两个问题想请教一下。 +老师您好!我有两个问题想请教一下。 
->第一,补充教材上实验内容的第一部分观察氖管发光现象中说到,可以根据每一片发光区出现时的加速电压估计氖原子第一激发电位。可是我查了一下历年讨论区中的相关内容,有一篇文章说是实验中观察到的介于红光和黄光之间的光是由第二激发态回归到第一激发态之间释放的光子产生的,那么看到光的前提是要达到第二激发态,那么用不同加速电压之间的间隔来估算第一激发电位是否有些不合理?是否应该是第二激发电位(btw今年春季的新教材是否有些增加的内容,我没有在以前的讨论区或者别的地方看到类似的内容)? +第一,补充教材上实验内容的第一部分观察氖管发光现象中说到,可以根据每一片发光区出现时的加速电压估计氖原子第一激发电位。可是我查了一下历年讨论区中的相关内容,有一篇文章说是实验中观察到的介于红光和黄光之间的光是由第二激发态回归到第一激发态之间释放的光子产生的,那么看到光的前提是要达到第二激发态,那么用不同加速电压之间的间隔来估算第一激发电位是否有些不合理?是否应该是第二激发电位(btw今年春季的新教材是否有些增加的内容,我没有在以前的讨论区或者别的地方看到类似的内容)? 
->第二,在补充教材实验内容的第二部分测定氖原子的第一激发电位中,我们要先改变UG1G2的值来估计Ip出现极值时大致的U值,那么下一步我们要改变正向小电压的值来观察电流值的变化,以选择适合的正向小电压。按理来说经过正向小电压之后电子的动能不为零,那么在实验过程中我们应该不能改变正向小电压的值。不知道正向小电压对I的变化影响大不大,如果大的话,那么这两个步骤的顺序是否有点不合理?或者说这两步没有先后之分,可以同时进行?我们改变了原来设定的正向小电压值之后,第一步测出的大致U值是不是就失去了参考的价值?谢谢老师!胡婧怡2017/3/15 16:41 +第二,在补充教材实验内容的第二部分测定氖原子的第一激发电位中,我们要先改变UG1G2的值来估计Ip出现极值时大致的U值,那么下一步我们要改变正向小电压的值来观察电流值的变化,以选择适合的正向小电压。按理来说经过正向小电压之后电子的动能不为零,那么在实验过程中我们应该不能改变正向小电压的值。不知道正向小电压对I的变化影响大不大,如果大的话,那么这两个步骤的顺序是否有点不合理?或者说这两步没有先后之分,可以同时进行?我们改变了原来设定的正向小电压值之后,第一步测出的大致U值是不是就失去了参考的价值?谢谢老师!胡婧怡2017/3/15 16:41 
->>第一激发态和第二激发态同时存在,测量对象是这两个激发电位的混合,但是第一激发电位的概率更高,是测量主体。也有第一激发态返回基态发出的光,只是看不见而已。 +>第一激发态和第二激发态同时存在,测量对象是这两个激发电位的混合,但是第一激发电位的概率更高,是测量主体。也有第一激发态返回基态发出的光,只是看不见而已。 
->>正向小电压,也就是控制电压,极大地影响了电子数量,从而也影响了电流值。当然,控制电压的变化,会影响电子进入加速区的初动能,会影响峰处的电压值,但是这个影响很小,不妨碍前面的粗测的指导作用。最后,还是要新的控制电压参数下,细测一组数据用来最后计算第一激发电位。 --- //符维娟 //+>正向小电压,也就是控制电压,极大地影响了电子数量,从而也影响了电流值。当然,控制电压的变化,会影响电子进入加速区的初动能,会影响峰处的电压值,但是这个影响很小,不妨碍前面的粗测的指导作用。最后,还是要新的控制电压参数下,细测一组数据用来最后计算第一激发电位。 --- //符维娟 //
 
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