金屬電子逸出功測(cè)量實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?. 了解有關(guān)熱電子發(fā)射的基本規(guī)律。2. 學(xué)習(xí)測(cè)定金屬鎢逸出功的理查遜直線法。 3. 進(jìn)一步學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)處理的方法。實(shí)驗(yàn)儀器：WF-2型金屬電子逸出功測(cè)定儀和理想（標(biāo)準(zhǔn)）二極管。逸出功測(cè)定儀主要包括二極管燈絲溫度測(cè)量系統(tǒng)、專用電源、顯示測(cè)量電壓電流的數(shù)字電表。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與基本原理：1. 熱電子發(fā)射測(cè)量電子逸出功的基本原理圖3.11-4 熱電子發(fā)射電路圖真空二極管的陰極（用被測(cè)金屬鎢絲做成）通以電流加熱以提高陰極溫度，溫度的升高改變了金屬鎢絲內(nèi)電子的能量分布，使動(dòng)能大于的電子增多，使動(dòng)能大于的電子數(shù)達(dá)到可觀測(cè)的大小，使從金屬表面發(fā)射出來(lái)的熱電子達(dá)到可檢測(cè)的數(shù)目，因此在陽(yáng)極未加正電壓（圖3.

2、11-4中）時(shí)，連接兩個(gè)電極的外電路中也將會(huì)檢測(cè)到有熱發(fā)射電流（稱為零場(chǎng)電流）通過(guò)。此零場(chǎng)電流強(qiáng)度由理查遜-熱西曼公式確定，有 ()它就是熱電子發(fā)射測(cè)量電子逸出功的基本原理公式。式中是和陰極表面化學(xué)純度有關(guān)的系數(shù)（單位為A/(m2K2)），為陰極的有效發(fā)射面積（單位為m2），為發(fā)射熱電子的陰極的絕對(duì)溫度（單位為K），為玻爾茲曼常數(shù)。此式顯示出電子逸出功（）對(duì)熱電子發(fā)射的強(qiáng)弱有著決定性作用。將式兩邊除以,再取對(duì)數(shù)，得 （）此式顯示與成線性關(guān)系。如以為縱坐標(biāo)，為橫坐標(biāo)作圖，由直線斜率即可求出電子的逸出電勢(shì)和電子逸出功。這樣的數(shù)學(xué)處理方法叫理查遜直線法。2. 零場(chǎng)電流的測(cè)量當(dāng)熱電子不斷從陰極射出飛向

3、陽(yáng)極過(guò)程中形成空間電荷，空間電荷的電場(chǎng)阻礙后續(xù)的電子飛往陽(yáng)極，這就嚴(yán)重地影響零場(chǎng)電流的測(cè)量。為了克服空間電荷電場(chǎng)的影響，使電子一旦逸出就能迅速飛往陽(yáng)極，不得不在陽(yáng)極和陰極之間加一個(gè)加速場(chǎng)。但是，的存在又會(huì)產(chǎn)生肖脫基效應(yīng)，使陰極表面的勢(shì)壘降低，電子逸出功減小，發(fā)射電流變大，因而測(cè)量得到的電流是在加速電場(chǎng)的作用下陰極表面發(fā)射電流,而不是零場(chǎng)電流?？梢宰C明零場(chǎng)電流與的關(guān)系為 對(duì)上式取對(duì)數(shù)，曲線取直，有 （）通常把陰極和陽(yáng)極做成共軸圓柱形，忽略接觸電位差和其它影響，則加速電場(chǎng)可表示為，其中和分別為陰極和陽(yáng)極的半徑，為陽(yáng)極電壓（圖3.11-4）。把代入上式得 （）圖3.11-6 實(shí)驗(yàn)電路圖圖3.11-5

4、 外推法求零場(chǎng)電流0510此式是測(cè)量零級(jí)電流的基本公式。對(duì)于一定尺寸的二極管，當(dāng)陰極的溫度一定時(shí)，和成線性關(guān)系。如果以為縱坐標(biāo)、以為橫坐標(biāo)作圖，這些直線的延長(zhǎng)線與縱坐標(biāo)的交點(diǎn)為，如圖3.11-5所示。求反對(duì)數(shù)，可求出在一定溫度下的零場(chǎng)電流。測(cè)量數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)處理：1. 按照?qǐng)D3.11-6連接好實(shí)驗(yàn)電路，接通電源，預(yù)熱十分鐘。2. 調(diào)節(jié)理想二極管燈絲電流在0.55-0.75A之間，每隔0.05A進(jìn)行一次測(cè)量。如果陽(yáng)極電流偏小或偏大，也可適當(dāng)增加或降低燈絲電流。對(duì)應(yīng)每一燈絲電流，在陽(yáng)極上加上25V，36V，49V，64V，144V電壓，各測(cè)出一組陽(yáng)極電流。記錄數(shù)據(jù)于表3.11.2中，并換算至表3.11

5、.3。25364964811001211440.55555555560.6020202121212222230.6569707273747576780.702102132172202242272322350.75558569580591601613625637(V)(10-6A)(A)表 在不同陽(yáng)極加速電壓和燈絲溫度下的陽(yáng)極電流3. 根據(jù)表3.11.3中的數(shù)據(jù)，作出圖線。求出截距，即可得在不同陰極溫度時(shí)的零場(chǎng)熱電子發(fā)射電流，并換算至表3.11.4。5.06.07.08.09.010.011.012.01.80-5.31-5.31-5.31-5.31-5.31-5.31-5.31-5.231.8

6、8-4.70-4.70-4.68-4.68-4.68-4.66-4.68-4.641.96-4.16-4.155-4.153-4.137-4.131-4.125-4.119-4.1082.04-3.678-3.672-3.664-3.658-3.650-3.644-3.635-3.6292.12-3.254-3.245-3.237-3.229-3.222-3.213-3.205-3.196表 數(shù)據(jù)的換算值 (103K)4. 根據(jù)表3.11.4，做出 圖線。由直線斜率求電子逸出電勢(shì)，計(jì)算出逸出功，并與公認(rèn)值4.54 eV比較，計(jì)算相對(duì)誤差。表3.11.4 表(103K)1.801.881.962.042.12-5.36-4.74-4.19-3.71-3.29-11.86-11.29-10.77-10.33-9.95(10-3)0.550.530.510.490.47 測(cè)量結(jié)果及實(shí)驗(yàn)結(jié)論直線斜率：m；逸出功：4.74 eV；逸出功公認(rèn)值：4.54 eV；相對(duì)誤差E=4.4%分析討論：從測(cè)量結(jié)果來(lái)看，本實(shí)驗(yàn)的精度較高。也可以將燈絲電流調(diào)節(jié)到0.50A和0.80A分別測(cè)量在