1 实验原理

弗兰克-赫兹实验从20世纪初期开始。1913年,丹麦物理学家玻尔（N.Bohr）提出

了一个氢原子模型，并指出原子存在能级。该模型在预言氢光谱的观察中取得显著的成功。根据玻尔的原子理论，原子光谱中的每根谱线表示原子从某一个较高能态向另一个较低能态跃迁时的辐射[13]。1914年，物理学家弗兰克和赫兹利用低速电子和稀薄气体原子碰撞，使原子从低能级激发到高能级。通过测量电子与汞蒸气原子之间碰撞从而产生的交换能量，测定了汞原子的第一激发电势，直接证明了原子能级的存在。同时，他们亦证明了当原子发生跃迁时，吸收或发射出的能量是一定的、不连续的，从而证明了玻尔理论，并在1925年获得诺贝尔物理学奖金。

弗兰克赫兹实验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，已成为广泛应用的实验技术[1]。

实验中所用的弗兰克-赫兹实验仪的实验原理如图1[2]所示，F-H管的横截面如图2[3]所示。

图1.弗兰克-赫兹实验原理图

图2：圆柱形F-H管的横截面草图。充满氩气的F-H管内包含：加热器F，阴极K，第一栅极G1，第二栅极G2，接收器C。

其中，K为阴极，G1为第一栅极，G2为第二栅极，A为板极，钨丝用来加热阴极。灯丝加热阴极，逸出电子是形成板极电流的前提；而拒斥电压UG2A是导致板极电流发生规律性的起伏变化的关键，是起主导作用的工作参量[4]。

2 管极电压对实验曲线的影响

弗兰克-赫兹管很容易因为电压设置不合适而遭到损害，所以在实验前，我们一定要仔细观察实验仪面板上的设置要求。通过分别改变灯丝电压Uf、第一栅极电压UG1K和拒斥电压UG2A，测得各自与IA的关系，从而找到各管极电压对实验曲线的影响规律，为实验者设置合理的参数提供参考。