夫兰克-赫兹实验的研究与改进(2)
1.1.2 汞原子的能级结构
本实验采用的碰撞管是充汞的，因为汞是单原子分子，所以其能级也较简单。汞原子是由原子核及其核外80个电子所构成，在被排满的支壳外面有两个价电子，这两个电子在正常情况下都处于6 态，所以其基态组态为6S及基态的 组态为 。当电子处于激发态时，其中的一个6 电子可能被激发到6 ，6 ，6 ，6 ，6 ，6 ，7 等较高的能量状态，甚至被电离，而另外一个电子仍处在6 态。并且汞是一种容易被操纵的物质，常温下是液态，饱和蒸汽压较低，所以通过加热就可改变它的饱和蒸汽压。汞原子的核电荷数较大，与电子作弹性碰撞时，汞原子损失的能量极小。另外电正性的汞原子很难和电子亲和而形成负离子。综上所述：汞原子可以用来研究电子与原子的碰撞规律 。
1.1.3 测汞的第一激发态电位的原理
测汞的第一激发态电位的电路图如图1所示，凡GK之间电压满足：UGK=nU0 ( =1，2，3，…)时板极电流IA都会相应下跌，形成起伏变化的IA—UGK曲线。而各次板极电流IA达到峰值时相对应的加速电压差 ，即两相邻峰值之间的加速电压差值就是汞原子的第一激发电位值U0 。
图1 夫兰克-赫兹实验电路图
1.2 实验器材及步骤
1.2.1 实验器材
实验采用的是FH—1A型夫兰克-赫兹试验仪如图2所示。包括FH—1A型充汞夫兰克-赫兹管，FH—1A型控制加热炉，FH—1A型微电流放大器。用到的实验器材还有温度计，万用表等。
图2 FH—1A夫兰克-赫兹实验仪
1.2.2 实验步骤
（1）将带有充汞夫兰克-赫兹管的加热炉，插入220V的电源加热炉加热升温约15～30分钟。待双金属片控温开关跳变（电热丝忽明忽暗）时，从炉顶温度计可读出炉温（注意：温度计插到栅极-阴极中部同一位置）。适当旋动加热炉的控制旋钮，让炉温达到所需的温度（如：90℃、140℃、160℃等）。
（2）在加热炉加热升温的同时，打开微电流测量放大器电源，让其预热。将仪器的“栅压选择”开关拨向“M”。此时栅压指示电表会缓慢来回摆动。然后将其拨向“DC”预热20～30分钟后，进行“零点”和“满度”校测。将“工作状态”旋钮拨向“激发”（R）位置、“倍率”旋钮拨在“×1”或其他档位调零，然后再拨回“满度”档调满度（使μA表的指针指在100μA）。调零与满度之间略有牵连，故要反复调节，务求正确。待仪器正常稳定工作之后，方可连机测试。
（3）将测量放大器“栅压选择”开关拨向“DC”。“栅压调节”旋钮旋至最小。用随机所附专用连接线进行连接，接通测量放大器和加热炉上各对应电极（A、G、K、H）。（注意：千万不能让G、K、H接反和短路；以免损坏仪器）；并用万用表检查灯丝电压是否约为6.3V。先将万用表量程拨向交流10V档，用表笔插入放大器或加热炉的K、H接线柱插孔，如果灯丝电压不是6.3V可用小螺丝刀细调“灯丝电压”旋钮，使其在～6.3V。
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