T4507夫兰克-赫兹实验仪的应用

作者:教育

  夫兰克-赫兹实验是近代物理中一个经典的实验.本实验仪采用德国科学家夫兰克和赫兹使慢电子与稀薄气体中的原子碰撞的方法,简单而巧妙地直接证实了原子能级的存在,并且实现了对原子的可控激发,从而为玻尔原子理论提供了有力的证据.

  本试验仪由四组程控直流稳压电源(其中的一组:第二栅压还可自动扫描)、微电流检测器和单片机控制器组成.有手动和自动两种工作方式.GT4507智能型实验仪可手动逐点测绘出爬坡曲线,也可在慢速自动扫描的情况下,只记下各点的电流值,从而画出爬坡曲线;也可在普通示波器上观察爬坡曲线,实时观察到爬坡曲线A微机型实验仪除具有GT4507的所有功能外,还可与电脑相连,从而可在电脑上观测爬坡曲线,并自动算出结果,还可对数据进行存取,以及进行屏幕打印和数据库操作.

  在添加一硬件模块和一软件模块之后,GT4507型智能型实验仪可方便升级为GT4507A型微机型实验仪.

  在实验时,本实验仪应与专配的装有充氩电子管的测试架相连,此外,还可与一普通示波器相连,充氩电子管不需外部加温便可进行测试,使用极为方便.在“自动” 方式下,在普通示波器荧光屏上可实时观察到爬坡曲线的形成过程,随着自动扫描的第二栅压的增加,荧光屏上慢慢的画出有六个峰值的爬坡曲线,在自动扫描完毕后,该爬坡曲线仍能稳定的显示出来,直到在“手动”方式下按下“清除”键(“set”键+“自动/手动”键)为止.

  该仪器用于测量氩原子的激发电位.观察其特殊的伏安特性现象.研究原子能级的量子特性.

  灯丝电压:DC 0~5.9V,1A,最小电压步进值:0.1V,最大电压步进值:1V.

  第二栅压VG2K:DC 0~85.3V,5mA,最小电压步进值:0.2V,最大电压步进值:10V.在“自动“方式下,第二栅压自动从0V扫描到85.3V.

  3) 一路示波器信号输出接口和一路触发信号输出接口;示波器信号输出采用12位并行高速D/A转换器;输出接口均采用Q9示波器标准接口;

  1、手动测量夫兰克-赫兹管氩原子的激发电位,描绘其特殊的伏安特性现象,研究原子能级的量子特性.

  1、在普通型的基础上增加了数据采集功能,可以自动测量夫兰克-赫兹管的伏安特性曲线并能用普通示波器动态显示实测曲线,得到稳定的爬坡曲线夫兰克-赫兹实验仪+夫兰克-赫兹管测试架+GT-DS3数据采集器(不带微机接口).

  1、在智能型的基础上增加微机接口以及电脑软件,可以由电脑自动控制完成夫兰克-赫兹管的伏安特性曲线测量.电脑软件提供单次采样和连续采样,界面友好,操作方便.

  2、配置情况:GT4507夫兰克-赫兹实验仪+夫兰克-赫兹管测试架+GT-DS3数据采集器(带微机接口)+电脑软件.

  1) 将面板上的四对插座(灯丝电压,VG2K:第二栅压,VG1K:第一栅压,VG2A:拒斥电压)按面板上的接线图与电子管测试架上的相应插座用专用连接线连好.注意:各对插线应一一对号入座,切不可插错!否则会损坏电子管或仪器.将“信号输出”及“同步输出”与示波器相连.或只将“信号输出”与示波器相连,使用示波器的内同步.微电流检测器已在内部连好.

  A,10-8A,10-7A和10-6A,开机时位于“10-9A”位置.若要转换电流量程,则只能在手动方式下按下“10

  ”、“10-8”、“10-7”和 “10-6”四个按键中的一个,此时相应的指示灯点亮.注意: 转换电流量程时,只有在第二栅压改变后才按新量程显示.建议本台仪器固定在“ 10-9”挡.4) 灯丝电压值已预置为3.0V,第一栅压VG1K已预置为2.1V,拒斥电压VG2A已预置为5.2V,第二栅压已预置为30V.按下相应的按纽,则显示出相应的预置值.

  5) 若要更改预置值,则按下“∧”键或“∨”键,若按下“” 键或“” 键,则更改预置值的位数,向前或向后移动一位.

  6) 一般情况下,可按铭牌上的最佳值更改预置值,之后同时按下“set” 键和“” 键(或按下“set”键不放在按下“” 键),则灯丝电压,第一栅压,第二栅压和拒斥电压等四组电压按预置值加载到电子管上,此时“加载 ”指示灯亮.注意:只有四组电压都加载时,此灯才常亮.

  7) 若要单独加载灯丝电压,第一栅压和拒斥电压等三组电压中的一组,则可同时按下“set” 键以及相应电压的按键,该组电压加载后,“加载”指示灯应闪亮一下.

  9) 手动方式实验时,一般应保持灯丝电压,第一栅压和拒斥电压不变,而第二栅压从0开始( 若原先不为0伏,请先调到0伏),变到85V,步距为0.2V到1V.预置一个第二栅压值(自动加载),记下电压值及相应的电流值.用手工作出VG2K—IA 曲线K-IA曲线上,求出各峰值所对应的电压值,用逐差法求出氩原子的第一激发电位并与公认值11.5V(又一说法为13.5V)相比较,求出相对误差.

  在自动方式下,将自动扫描速度设为“低”(或“中”),这时每扫描一个电压值,有足够时间记录下电流值(电压值不用记),这样使手动方式操作变得很简单.

  12) 实验完毕后,可按“set ”键 +“ ”键,使四组电压卸载(撤除).

  3) 此时第二栅压值开始从0V到85.3V自动扫描,共512个步进值,每一伏有6个步进值,一个步进值为0.166V(显示时的十位和个位按原值显示,而小数点后一位的6个步进值显示为0.0,0.2,0.3,0.5,0.7和0.8),自动扫描时,电流表的读数应不断变化.

  4) 调整示波器的幅度及扫描旋钮,使其波形稳定.在第二栅压自动扫描时,可在示波器上观察到实时生成的六个峰,在自动扫描完成后,这六个峰仍稳定地显示在屏幕上,若要清除这六个峰,可在手动方式下按“set ”键 +“自动/手动”键.

  5) 在自动扫描时,可按“set ”键 + “ 10-6 ”键,以改变扫描的速度.扫描的速度共分为三档:低、中、高.开机缺省设置为高.

  6) 若要进行下一次自动扫描,可按“自动/手动”键,转到手动方式,再按“set ”键 +“自动/手动”键,清除上次扫描得到的数据,再按“自动/手动”键转到自动扫描.

  8”,“10-7”和“10-6”:电流量程转换.“灯丝电压”,“VG1K” ,“VG2A” , “VG2k”:四组电压显示转换.“set” +“灯丝电压”:灯丝电压加载.

  “set” + “∨”:若显示的爬坡曲线幅度过大,出现折叠,可在手动操作下按此组合键一到二次,按第三次则还原.

  注意:键盘锁死时请按“复位”按钮,可恢复到原测试状态,不影响下面的测量.在自动操作时,除“自动/手动”键和 “set” + “10-6” 键外,其他键均被封死.

  “文件”又分为“打开”、“保存”、“打印图形”和“退出”.“保存”是将现有的爬坡曲线保存在硬盘中,文件名自己选择,文件的扩展名为dat.“打开”是将已存的爬坡曲线调出来显示在屏幕上.“打印图形”实际上是将整个屏幕打印出来.

  “设置”包括“工作方式”和“扫描速率”.“工作方式”有“自捡”和“正常操作”二种,扫描速率分为“高”、“中”和“低”三种,缺省值为“高”.

  “自检”操作时,点击一下“发送”后再点击一下“画图”,在屏幕上显示出一小段爬坡曲线,它为单片机预先生成的数据,若有曲线显示,表明实验仪与电脑通讯正常.

  “正常操作”时,点击一下“发送”后再点击一下“画图”,在屏幕上就显示出真实采集到的爬坡曲线,它应和示波器上显示的曲线基本相同.

  要改变扫描速率时,点击一下“高”、、“中”、“低”之一,再点击一下“发送”,则第二栅压的扫描速率跟着改变,其扫描周期分别为6分38秒,22分26秒,38 分16 秒.

  “数据库”包括“添加”、“更新”、“删除”、“浏览”四项,为MSACCESS型,名为db1.mdb,点击“浏览”可浏览数据库,再点击一下则隐藏数据库.注意:“添加”、“更新”时,“编号”不要重复.该数据库的字段包括:“编号”,“姓名”,“班级”,“保存的文件名”,“说明”,“日期”和“采样值及结果”.

  “画图”:实验仪接收到电脑发送的命令后,将实时采集到的数据送给电脑,从而在电脑上画出曲线,并以字符方式显示VG2K和IA的数据.

  “手动计算”:在爬坡曲线上,用鼠标从左到右依次单击曲线上的六个峰,再点击一下“手动计算”,这时在屏幕下部和“采样值及结果”中显示出自动算出的结果.

  对PC机的要求:P200以上CPU,128M及以上的内存,5OM以上的空闲硬盘空间,带有一个或两个空闲串行口,15英寸以上彩色显示器,分辨率置于800×600或以上.装有win98、win2000或winXP操作系统.

  程序安装非常方便,执行随机带的光盘上的Setup.exe,然后按提示操作即可.程序安装好后,执行“夫兰克-赫兹实验仪”程序即进入实验画面.

  在“自动“测试时,第二栅压值从0V到85.3V自动扫描,这时电流表示数也不断地有规律的变化,且单击“设置”→“工作方式”→“自检”时屏幕上出现一小段曲线,表示夫兰克-赫兹实验仪工作基本正常.

  单击“设置”→“工作方式”→“正常操作”,然后单击一下“发送”,再单击一下“画图”,这时屏幕上就出现实际采集到的爬坡曲线.若爬坡曲线不太理想,可进行“放大”或“缩小”操作,这些操作不影响氩原子第一激发电位的测量.

  在爬坡曲线上,从左到右点击六个峰值(或谷值),再点击一下“手动计算”,这时屏幕的下边及右面的“采样值及结果”中立即显示出计算结果.

  选择“设置”→“工作方法”→“扫描速率”中的“高“、”中“、”低“三档中的一档,再点击“发送”,以改变第二栅压的扫描速率.

  可将采到的爬坡曲线存盘(应取一个名字:xxx.dat)或从硬盘中调出.可将整个屏幕全部打印出来.

  另外,还可对数据库进行各种操作,如更改“编号”,“姓名”,增加记录等.尤其可在“采样值及结果”的文本框中加入各种文字说明.也可进入MSACCESS后对数据库进行操作.

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