充氖夫兰克-赫兹实验数据误差的修正

充氖夫兰克-赫兹实验数据误差的修正 第22卷第2期 2006年6月 上海电力学院 JournalofShanghaiUniversityofElccu'icPower V01.22.No.2 June2006 文章编号:1006-4729(2006)02-0181一o3 充氖夫兰克一赫兹实验数据误差的修正 陈发堂,熊慧萍,陈东生 (上海电力学院数理系,上海200090) 摘要:在充氖夫兰克一赫兹实验中,由于高激发态和轫致辐射的影响使实验值严重 偏离第一激发态值.从理 论上分析了轫致辐射对实验值的影响,并给出了扣除轫致辐射对实验值影响的方 法. 关键词:充氖夫兰克一赫兹管;轫致辐射;实验误差 中图分类号:0562.4文献标识码:A TheModificationoftheErrorofExperimentalDatainthe Neon-f"diedFranck-HertzExperiment CHENFa—tang,XIONGHui—ping,CHENDong-sheng (Dept.oyMathematicsandPhysics,ShanghaiUniversityoyElectricalPower,Shanghai200 090.China) Abstract:Intheneon—filledFranck— Hertzexperiment,theexperimentalvaluegravelydeviates fromthevalueofthefirstexcitedstatebecauseoftheeffectofhishlyexcitedstateand Bremsstrahlung.ThepapertheoreticallyanalyzestheBremsstraldunginfluencetotheexperi mental value,offeringawayofdeductingtheBremsstrahlunginfluencetotheexperimentalvalue. Keywords:theFranck?-Hertzexperimentaltubefullofneon;Bremsstrahlung;Franck?-Her tz experiment 在充氖夫兰克一赫兹实验中,只要阴极灯丝电 压,第一栅极正压和第二栅极负压调整合适,在缓 慢均匀的增加加速电压(0—75V)的同时,除了 可得到4个明显的夫兰克一赫兹峰值外,在充氖夫 兰克一赫兹管的顶端还可清晰地观察到随着夫兰 克一赫兹峰值而出现的对应光环,这种现象已有人 进行过观察和研究.光环的出现说明电子和氖原 子的非弹性碰撞不仅使氖原子吸收电子的动能从 基态激发到了第一激发态,一定还有部分氖原子 被激发到了更高的态,而且随着加速电压的增大, 光环数越多,越明亮,说明被激发到更高态的原子 也越多.此外,还有光电效应,顺次激发,第二类非 收稿日期:2006—04—10 弹性碰撞,以及光致激发等,使实际过程变得很复 杂并且不太稳定. 实验中测到的第一激发态电压值会偏离实际 值很大,并且随着加速电压的增大后续峰值会比 实际第一激发态值大很多.实验值中除了要考虑 扣除这些因数外,还要考虑来自电子的轫致辐射 对实验数值的影响. 1轫致辐射对实验数值的影响 轫致辐射主要由自由电子与氖原子碰撞而产 生的,因为碰撞可看作是弹性的,则单个电子从阴 极到达加速栅极轫致辐射的能量为 上海电力学院2006正 )n(1) 式中:e——电子电量,ev; — _碰撞平均速度,m/s; b——散射截面半径,em; c——光速; —— 碰撞次数. 确定出匕述各量即可求出相应的轫致辐射能量 电子的碰撞速度t,可认为在动能小于16.62 eV之前与氖原子的碰撞均是弹性的,即: _= 1-rrllI2 … =16.62eV1662eVmlI=. 所以,最大速度:t,,=2.41X10 而平均速度:=如一=1.21×10 电子的碰撞次数n可由下式导出,电子在阴 栅极相距为Z的充氖夫兰克-赫兹管中与氖原子 的碰撞次数为 Z2 n A 式中,A——平均自由程. 财有A砑KT(2)f导1P 式(2)中取T=320K,氖原子直径d=3.2× l0.m,f-0.6cm,气压P=2533.19Pa,K为玻 尔兹曼常数,故有A=6.29×10,cm,代入式(2) 得碰撞次数为 n=9.1×10 散射截面半径b可由在散射过程中电子的屏 蔽效应来确定. 由于最大散射截面必限定在原子半径以内, 而氖原子对电子的散射截面半径小于1.59X 10,cm,经过计算,可确定氖原子的散射截面半 径为b=1.34X10,cm. 把以上确定的数据代人式(1),可求得第一 峰值出现时电子的轫致辐射能为 W1=O.139eV 同理,可求得第2,第3,第4峰值时的轫致辐 射能分别为0.385eV,0.717eV,1.108eV.对应 的加速电压理论值分别为: ?1=16.62+0.139=16.76 /1"2=2X16.62+O.385=33.63 ?3=3X16.62+0.717=50.58 I1"4=4X16.62+1.108=67.58 峰值加速电压测量数据见表1. 表1峰值加速电压测量数据 2扣除轫致辐射减少实验数据误差 上述理论分析和实验结果表明,电子的轫致 辐射是造成实验误差的重要原因.因此.实验结果 分析必须考虑到轫致辐射的影响,即从理论上扣 除轫致辐射而造成的实验结果的误差.由加速电 压的表示式可见,?,?驼,?H.分别比氖原子第 一 激发电位的理论值大0.246V,0.332V,0.391V, 平均增大0.323V.实验时在对应的峰值间扣除 上述数值,即可大大提高实验数据的精度.如仪器 的标定误差为3%,考虑到轫致辐射的影响,代入 修正后的数据,其实验误差一般可控制在l%以 内.如果再适当地修正高激发态产生的实验误差, 可使实验数据的精度大大提高.这对让学生对比 理论值和实验值的差异,找出实验误差的原因.分 析实验结果都有很大的益处. 陈发堂等:充氖夫兰克一赫兹实验数据误差的修正1833结束语 轫致辐射导致了充氖夫兰克一赫兹实验数值 的误差.为了使实验数据更精确,本文在理论分析 轫致辐射对实验数值影响的基础上,提出了扣除 轫致辐射以减少实验数据误差的设想,这对提高 实验数值的精度,使学生准确找出实验误差的原 因无疑是十分重要的.在实验过程中,学生就可以 对实验数值加以修正,使实验数据更符合理论数 值,这对学生正确分析实验结果是大有裨益的. 参考文献: [1]王梅生.弗兰克一赫兹实验中的峰间距问题[J].物理实验, 2001(11):40-43. 【2]万雄,王庆.夫兰克?赫兹实验中影响曲线形状的因素 分析[J].南昌航空工业党院,2001,15(1):82-85. [3]王梅生.弗兰克?赫兹实验中吸收峰形成与变化判断准则的 研究[J].大学物理,2000,19(12):29-33. [4]宋文福,冯正南,朱力.夫兰克一赫兹实验的研究[J].大学 物理实验,2OO4,17(2):34-38. (上接第177页) (2)走独立发展之路外部环境的变化表 明,脱胎于国有垄断企业的电力多种经营企业,不 能再抱有依赖主业而生存的幻想,应该把生存的 希望掌握在自己手中,要把自己当作一个独立的 现代企业,通过市场优化配置资源,化解经营风 险,以竞争促发展,做大做强,更好地回报股东,更 好地服务于地方经济. (3)提升企业核心竞争力在市场竞争中, 企业的核心竞争能力既是企业持续获得盈利的源 泉,又是决定企业生存和发展的命脉.由于电力多 种经营企业门类众多,经营领域广泛,产权关系复 杂,经营管理水平和市场竞争能力参差不齐,如果 自身的产品没有特色,就很难适应市场竞争的要 求.从一定意义上说,核心竞争力是竞争的一种优 势资源,它使企业具有排他的竞争优势并能为顾 客带来利益.要通过技术创新,开发和改造,使产 品的质量,价格,服务等这些构成企业核心竞争力 的要素进一步加强. (4)妥善解决历史遗留问题电力体制改革 必须付出一定成本,在国家政策的引导下,采用货 币资金补贴或赢利性资产划转等方式置换转嫁电 力多种经营企业的包袱,妥善处理改革中沉积的 矛盾. 3结束语 面对电力体制改革的进一步深入,电力多种 经营企业面临的生存环境将更加严峻,电力多种 经营企业应积极筹划,探索内部体制与机制的不 断创新与完善.只有加快进入市场的步伐,积极参 与市场竞争,电力多种经营企业就一定能走出困 境,在市场竞争中赢得发展,壮大自己. 参考文献: [1】王宏超.电力企业管理研究[M】.北京:新华出版社,2000. 164.198. [2】张连城,郭国庆,徐子健,等.经济基础原理与相关知识 [M】.北京:中国发展出版社,1999.286-446. [3】沃尔特.J.萨蒙.公司治理[M】.北京:中国人民大学出版 社.2001. [4】黑尔里格尔.组织行为学[M].北京:中国社会科学出版社. 2001.