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法蘭克•赫茲實驗

目的：證明汞原子游離能之不連續性

原理：當光子或帶電粒子束通過汞原子時，原子的能態受到激發，導致了吸收光譜或電流值突然下降(如圖一) 。Frank-Hertz 實驗正是說明這種能態的表現。圖二所示，真空管內為受熱之汞蒸氣，電子束從F 出發，而為帶正電壓之版極 P 所吸收，而由電流計所測得。在F 及 P 之間的柵極 G，其電壓比 P 高 V0。如果在 G 處之電子動能小於 eV0，便無法被 P 吸收，造成電流。

G、F 之間之電位差 V 加速了電子，使電子獲得動能，這些電子在運動時可能碰撞管中蒸氣的原子，而喪失一部分能量，故無法到達P，造成電流之下降。當 V 增加時，ip在某些數值之突然下降現象之重複出現，使我們得到如圖一之圖形。由這些不連續但等間隔之能量差值，可以得到汞原子的第一激發態能量值。

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儀器：

數量儀器

1 ^{470Ω 電阻} 1 ^{1MΩ 電阻}

1 ^電池套筒

1 ^{1.5V 電池}

1 ^可變電阻

2 ^小插座板

步驟：

1.裝置如上圖(法蘭克赫茲管已置於電爐內，請勿任意自行取出，如欲觀看其構造請於加熱找助教幫忙)。

2.將電流放大器檔位調到 10^-9A。

3.將電爐的加熱電源加到約 50V 加熱至 170°C(勿超過 180°C)。

4.打開穩壓電源供應器的電源，調整 a 使 U2到達30V 並將馬達計©撥至 10 的位置。

5.把 X、Y 紀錄器上 X 軸偏向設定在（1Vcm⁻¹；Var.再將馬達

變壓器撥回0 的位置，然後關掉穩壓電源供應器的電源）。

6.約五分鐘後打開穩壓電源供應器。

7. 一分鐘後打開電流放大器，並將馬達電壓計的電壓慢慢由

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電流曲線I_A隨著U₂的增加而被紀錄下來。

注意事項：

1.若出來的曲線為斷裂的，則馬上將U₂減至0，關掉馬達電位

計並並撥回0 的位置。然後增加電爐電內的溫度，再度打開馬達電位計使U₂做連續的增加而觀察I_A。

2.若得到的曲線為太平坦(增加的太低)，則馬上將U₂減至 0，並減少電爐內的溫度後，再重新實驗。

3.法蘭克赫茲管，不可加熱過度超過規定的溫度(180°C)，否則管子會爆裂發生危險。

4.實驗結束後，記得將所有電壓減回 0，關掉電源。

實驗曲線之操作：

1.調整 a 使U₁約為1DVC。

2.X－Y 紀錄器上 Y 軸偏向部分設定在 1V_CM⁻¹Cal.)。

3.打開馬達電壓器的電源，即可得實驗曲線。

4.對不同的控制電壓U₁(U₁_max =2V)，重複前述步驟 2、3 即可得曲線如下圖。

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參考網頁：

http://www.physics.gatech.edu/advancedlab/labs/frankhertz/