Экспериментальная установка

В данной работе опыт Франка и Герца проводится для гелия и неона. Схема экспериментальной установки представлена на рис.4.

Регулируемый источник 1 тока накала позволяет установить ток, при котором получается удобная для измерений вольтамперная характеристика лампы. Между катодом и сеткой включён источник 2 ускоряющего напряжения. Потенциал анода относительно сетки устанавливается отрицательным с помощью источника задерживающего напряжения 3.

Рис. 4.

Верхний измерительный прибор на модуле измеряет анодный ток I_a, предел шкалы прибора – 100 мкА. Ручка U_зад устанавливает значение задерживающего напряжения в соответствии с надписями на шкале, расположенной вокруг ручки. На расположенное под ручкой гнездо выведено удвоенное значение U_зад для более точного измерения внешним прибором. На гнездо Y выведено напряжение, пропорциональное анодному току I_a ( коэффициент пропорциональности 0,1 В/мкА, максимальное напряжение 10 В соответствует току 100 мкА).

На гнездо X выведено напряжение, пропорциональное ускоряющему напряжению U_уск (максимальному напряжению 10В соответствует ускоряющее напряжение 100 В).

Методика измерений.

Подключите прибор к сети. Сигналы ‹‹X›› и ‹‹Y›› подайте на соответствующие входы осциллографа (коэффициент отклонения 1 В/дел.). Если осциллограф не имеет входа ‹‹X››, представление о виде характеристики даст осциллограмма сигнала ‹‹Y››. Ручку регулировки тока накала поверните против часовой стрелки до упора. Тумблер режима измерений поставьте в положение «Λ». Нижний прибор должен измерять ток накала.

Включите прибор тумблером «ВКЛ». На экране осциллографа появится горизонтальная линия – вольтамперная характеристика в отсутствие анодного тока. Плавно увеличивая ток накала до 1,2-1,6 А, наблюдайте появление свечения нити накала лампы и, вместе с этим, - появление анодного тока на характеристике. Подбирая ток накала и задерживающее напряжение, получите характеристику типа приведённой на рис.3. Рекомендуемое значение первого максимума анодного тока I₁ составляет 30-50 мкА (3-5 В на выходе «Y»), первого минимума – 0-10мкА. Сравните характеристики, получаемые в режимах «НЕПР» и «ИМП».

Первый («резонансный») потенциал возбуждения атомов газа, заполняющего лампу, определяется в нашей установке как разность ускоряющих напряжений, соответствующих первому и второму минимуму анодного тока. Грубо это значение можно оценить по шкале осциллографа. Напомним, что 1 В на выходе «X» соответствует 10 В ускоряющего напряжения. Для более точных измерений перейдите в режим «=». Плавно изменяя ускоряющее напряжение ручкой «U_уск», следите за изменениями анодного тока, зарегистрируйте его максимумы и минимумы, а также, соответствующие значения ускоряющего напряжения. Прибор, встроенный в модуль, позволяет измерять с погрешностью порядка 1 В. Более точные результаты даст внешний прибор (вольтметр), подключенный к гнёздам «┴» и «U_уск» Для подключения к вольтметру, встроенному в осциллограф С1-112, используется специальный измерительный кабель, а осциллограф переключается в режим мультиметра.

Измерения.

1. Получите изображение вольтамперной характеристики на экране осциллографа.

2. Запишите в таблицу данные. Постройте вольтамперную характеристику по 10-12 точкам. Отметьте на ней положение экстремумов.

Таблица

3. Определите по графику первый потенциал возбуждения Ф1 для исследуемой лампы и укажите, каким инертным газом она наполнена.

Значения первых потенциалов Ф1 возбуждения инертных газов:

Гелий – 21,6 В Криптон – 9,9 В Аргон – 11,5 В

Ксенон – 8,3 В Неон – 16,6 В

Контрольные вопросы.

1. Модель атома Томпсона. Почему она была отвергнута?

2. В чём противоречия предложенной Резерфордом планетарной модели атома?

3. В чем сущность теории атома, предложенной Бором? Сформулируйте постулаты Бора. Каковы недостатки теории Бора?

4. Спектры атомов. Спектральные серии атома водорода.

5. Какие типы соударений возможны между электронами, ускоряемыми электрическим полем, и атомами?

6. И чём заключается опыт Франка и Герца и какие основные выводы можно сделать на основании опыта?

Список рекомендуемой литературы

1. Савельев,И.В. Курс общей физики: В 3-х т / И.В.Савельев-М.: Наука, 1989, Т. 2. 496 с.; Т. 3, 304 с.

2. Детлаф,А.А., Яворский,Б.М. Курс физики / А.А.Детлаф, Б.М.Яворский-М.: Высш. шк. 1989, 607с.

3. Трофимова Т.И. Курс физики / Т.И.Трофимов-М.: Высш. шк. 1985, 380 с.

4. Лабораторный практикум по физике: Учебное пособие для студентов ВТУЗов/ Алексеев Б.Ф., Барсуков К.А., Войцеховская И.А. и др.; Под ред. К.А. Барсукова и Ю.И. Уханова-М.: Высш. шк., 1988, 351с.