一.背景阐述

1.1实验简述

夫兰克-赫兹实验是大学物理实验中比较经典的内容，其通过对经过氩管（或其它赫兹管）的电子电流的测量，测定氩原子等元素的第一激发电位，证明原子能级的存在，至今仍是探索原子结构的重要手段之一，实验中用的”拒斥电压”筛去小能量电子的方法，已经成为广泛应用的实验技术^[1]。

1.2现有仪器

1.2.1仪器寿命

在夫兰克-赫兹实验的过程中，需要改变灯丝电压、第一加速电压、加速电压和拒斥电压四个电压参数，特别是加速电压，在整个实验过程中需时刻调节使电子获得不同的能量。现有的实验仪器对上述四个电压的调节一般采用电位器调节。目前，最常见电位器分为旋转式和直滑式两种。旋转式电阻体呈圆弧形，调节时滑动片在电阻体上做旋转运动^[2]。由于这样的结构特征，致使电位器在使用中容易出现以下故障：（1）碳膜片磨损过多或断裂，形成凹槽，导致电接触不良。（2）活动触片端头凸出的触点磨损变平，引起喀喀声或不能正常工作^[3]。市面上现有的大部分夫兰克-赫兹实验仪操作面板上按键和旋钮繁多，操作不便，在反复大量使用后容易损坏，致使仪器不能正常工作，增加了维护成本。

1.2.2实验参数和数据处理

在夫兰克-赫兹实验中，不同的预设参数将带来不同的实验结果和实验曲线，举例来说：（1）保持灯丝、拒斥电压不变，设置不同的第一加速电压进行实验，实验曲线后三个峰峰值电流出现明显增加。因为当加速电压增大到对电子的加速作用占主导地位时，第一栅极电压越大，其对虚阴极的消除作用越明显，就有越多的电子被加速，因此峰值电流升高^[4]。（2）在张里荃课题组的论文中，他们经探究得到最佳实验条件为灯丝电压3.3V，第一栅极电压1.7V，拒斥电压5.0V^[5]。

可见，对最佳实验参数以及曲线形状影响因素的探究也是实验中重要的一环。然而，纵观市面上常见的实验仪，大多类似于ZKH-FY智能夫兰克-赫兹实验仪，由各种按键和当前电流、加速电压值显示面板组成，一方面，数据需要手工记录，在该实验中，需要测量大量的数据，如果完全依靠手工处理，则工作量大，效率低，是一项枯燥繁琐且费时的工作^[6]。另一方面，如需观察实时曲线，需要外接示波器，或者用Excel、Origin等软件进行处理。并且，用Origin软件对F-H实验数据进行处理的结果表明：加速电压间隔为0.5V的数据用Origin软件绘出的曲线效果图最好^[7]。可见这样的处理方式仍存在一些局限性。

综上，从仪器寿命，仪器功能多样化和获得更准确实验结果的角度考虑，用触摸屏替代按键加数码管的设计，是可行且有必要的。