当增大到汞原子的第一激发电位时，转为下降，表示到达板极的电子数目减少。说明有些电子与汞原子发生了非弹性碰撞把能量传递给汞原子，再也不能穿越减速电场而到达板极。加速电压u2继续增大，板极电流又逐渐回升，这说明电子与汞原子碰撞后的剩余能量尚能使电子穿越减速电场而到达板极。
当增大到2时，又转为下降，说明电子与汞原子发生了第二次非弹性碰撞。同样的道理，随着加速电压的继续增大，电子会在第二栅极附近与汞原子发生第三次、第四次、……非弹性碰撞，从而引起板流的相应**。可见，凡满足加速电压。
时，板极电流都会相应**，形成规则起伏的-特性曲线如图2所示，而与相邻两板极电流极大值（或极小值）所对应的加速电压的差值就是汞原子的第一激发电位，它的公认值为4.9v。
从-特性曲线可见，板极电流并不是突然下降的，有一个变化过程，这是因为阴极发射出来的电子，它们的初始能量不是完全相同的，服从一定的统计规律。另外，由于电子与汞原子的碰撞有一定的几率，在大部分电子与汞原子碰撞而损失能量的时候，还会存在一些电子没有碰撞而到达了板极，所以板极电流不会降到零。
原子处于激发态是不稳定的。在上述实验中，被电子碰撞的汞原子从基态跃迁到第一激发态，吸收了电子伏特的能量；当它再跳到基态时，就应该有电子伏特的能量发射出来。如果上述分析成立，就应该能看到汞原子从第一激发态时所发出的辐射。
进行这种跃迁时，汞原子是以放出光量子的形式向外辐射能量的。这种光辐射的波长由下式决定，式中普朗克常数取=6.63×10-34j·s，光速取= 3.
00×108m﹒s-1，电子电荷取=1.60×10-19，汞原子的第一激发态电位=4.9v，由下式算得=2.
5×102nm。紫外光谱仪测量确实观测到了波长为=253.7nm的紫外谱线。
如果f—h管内充以氩气，氩原子的第一激发电位=13.1v，它从第一激发态跃迁回基态所辐射的光波波长=81.15nm。
2023年夫兰克和赫兹所用的是一支充汞的三极管，只有阴极、加速栅极和板极。2023年，他们对实验装置进行了改进，使电子在加速区获得高于4.9ev的能量，从而测量出汞原子的一系列较高的激发电位，进一步证实了原子内部能量状态的不连续性。
四、实验内容与步骤。
测定氩原子第一激发电位。
本实验采用四极f—h管，管内充有氩气。氩气f—h管在常温下即可工作。灯丝f加热阴极k，k发出大量电子，这些电子经、k间的电压加速获得能量，并在、k之间与氩原子发生碰撞，把部分或全部能量交换给氩原子，再经减速电压、到达板极a，形成板极电流。
本实验仪原理框图如图3示。各路稳压电源，扫描电源和微电流放大器合为一体。仪器。
内装有单片计算机、用数字技术完成数据采集处理及控制扫描电压，计算f—h曲线上的峰。
谷点，用液晶显示器(lcd)显示f—h曲线和数据。
实验步骤：1．按图4连接f—h管和mcfh20f—h实验仪。
图3 mcfit20f—h实验仪原理框图。
2．将f—h实验仪预热10分钟，调整各电压，调整范围如下表。
3．仪器自动采样，等待一会，得到f—h曲线，如曲线不合要求，重新调整电、、压，直到获得满意的曲线。
4．进人数据输出栏，显示每间隔1 v的电流值。x轴是扫描电压，y轴是板极电流。
值，单位na。把数据填人自拟**，用坐标纸绘出f—h曲线。
5．曲线相邻两板极电流极大值（或极小值）对应的电压差值就是氩原子第一激发电位。
图4 面板及连线图。
6．f—h实验仪键盘操作：
开机后仪器右侧显示操作菜单，“▲和“▼”为光标移动键，将光标移动到所选栏内，enter"键进入，仪器执行所选功能。其中：
sample自动采样：仪器一面采集的值，一面逐渐升高扫描电压，扫描电压每增加0.3 v 采集一次值完成采集后，对数据进行处理，等待数分钟后，将显示f—h曲线。
manual手动采样：通过调整“手动调节”旋钮调整扫描电压用万用表dc 100 v挡测量扫描电压，屏幕上显示相对应的值。手动时，仪器不能保存测量值。 ’
outdata以1 v为间隔，显示曲线上各点的数据，按“▲”键翻页，按其余键退出。
min & max显示极小点和极大点，按“▼”切换显示极大点，按“▲”键显示极小点，按其余键退出。
clean lcd清除正在显示的曲线。
五、注意事项。
1．仔细检查接线，使用mcfh20实验仪时，各路电压不得互换。
2．自动测量前，“手动调节”旋钮应逆时针调到最小位置，否则扫描电压输出端可能带有100 v的电压。
3．必须使用具有接地的电源。
4．用数字万用表dc 100 v挡测量。
六、回答问题。
1．由夫兰克一赫兹实验原理定性解释f—h曲线的形成原因。 ’
2．为什么测定汞原子的f—h曲线需要恒温加热装置，而氖原子就不需要？
3．计算实验中氩原子所辐射光的波长，这种光我们能否看得到？实验中有时出现的浅蓝色辉光可能是如何形成的？
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