弗兰克—赫兹实验的数据处理方法设计.doc

弗兰克—赫兹实验的数据处理方法设计系别: 物理系专业: 物理学班级: 2009 级B班学生姓名:刘立宏学号: 200917112 33 指导教师姓名: 王蕴杰职称: 讲师最后完成时间: 2013 年5月弗兰克—赫兹实验的数据处理方法设计刘立宏(青海师范大学物理系 810008 ) 摘要:本文利用计算机中的 Matlab 编程技术, 并用插值的方法, 绘制出了弗兰克—赫兹实验数据的曲线, 大大提高了实验结果的精度。关键词: 弗兰克—赫兹实验插值拟合 Matlab Abstract : In this paper, using the Matlab programming technology in puter, and the method of interpolation, draw ed the Hertz experiment data of the Frank curve greatly , improved the accuracy of experimental results. Keywords: Frank -Hertz experiment fitting interpolation Matlab 0 引言在计算机应用普及的今天, 计算机技术广泛应用于科学计算, 数据处理等方面,将计算机与有关的实验观测仪器相结合,可对实验数据进行记录、整理、加工、分析和绘制图表, 大大减小了繁杂的数据处理过程, 使实验结果更直观, 准确。本文通过对弗兰克—赫兹管的实验数据进行分析处理,并在 Matlab 程序里利用插值法对数据进行分析处理,给出了弗兰克—赫兹管实验时的最佳参数 1 弗兰克赫兹实验 理论背景根据波尔理论,原子具有分立的能量 1E ,2E ,…,nE ,又称为能级。正常状态下原子既不辐射也不吸收能量, 当原子内电子受激发从低能级跃迁到高能级时, 原子就处于受激发状态。原子在能及之间跃迁时, 发射或吸收的能量满足普朗克公式 m n EE ??= h 弗兰克赫兹实验便是利用电子与原子的碰撞, 使其实现原子状态的跃迁,即当 m n eU E E ?= 时,即可实现跃迁。若原子吸收能量 0 eU 从基态跃迁到第一激发态, 则 0U 称为第一激发电位。 弗兰克—赫兹实验实验原理如图 1 所示, 在弗兰克—赫兹管中,K 是发射电子的热阴极; 1G 是控制阴极发射电流的第一栅极; 2G 为第二栅极;A 是板极; 在板极A 和第二栅极 2G 之间加有拒斥电压 2 G A U ; 电子通过第一栅极 1G 进入 2 GG 区域,与管中的氩原子发生碰撞。当加速电压 2 G A U 较小时,损失的能量很小, 电子与原子发生弹性碰撞。当加速电压超过第一激发电位时, 电子与原子发生非弹性碰撞, 碰撞后电子将动能部分或全部传给被测气体, 使其跃迁到第一激发态, 而电子流则显著下降, 由于原子内部的能量是量子化的, 因此板极的电流会随加速的增加而有规律性地上下浮动变化。 2 弗兰克赫兹实验数据及处理 matlab 简介在 Matlab 中可以将数值分析,矩阵计算,科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的可视化环境当中。用户也可以将自己编写的实用程序导入 Matlab 函数库中来进行调用,