电子平均自由程是指一个电子与原子碰撞两次之间沿直线轨迹的平均路程。当电子的平均自由程很短（如10－2　mm）时，电子在相邻两次碰撞之间由电场获得的能量很小。电子所积累的能量一旦大于第一激发态的能量，激发3P1态的概率便激增。因此，电子不易积累更多的能量去激发较高的能态。当电子的平均自由程较长（如2mm或更长）时，在相邻两次碰撞之间电子由电场获得的能量较大。虽然电子在加速和碰撞过程中也有一定的概率去激发较低能态，但是当电子能量比第一激发态的能量大得多时，造成这种较低能态激发的概率显著下降。所以平均自由程较长时，在较高的加速电压下，会使某些电子获得足够的能量去激发较高的能态甚至使原子电离。本实验所采用的F－H管（充汞或充氩的封闭管）设计为较短的电子平均自由程，以利于观察第一激发态的形成。