金属电子逸出功测量实验报告-图文

大学物理实验报告实验目的：1.了解有关热电子发射的基本规律。2.学习测定金属钨逸出功的理查逊直线法。3.进一步学习数据处理的方法。实验仪器：WF-2型金属电子逸出功测定仪和理想（标准）二极管。逸出功测定仪主要包括二极管灯丝温度测量系统、专用电源、显示测量电压电流的数字电表。实验内容与基本原理：1.热电子发射测量电子逸出功的基本原理真空二极管的阴极（用被测金属钨丝做成）通以电流加热以提高阴极温度，温度的升高改变了金属钨丝内电子的能量分布，使动能大于FE的电子增多，使动能大于bE的电子数达到可观测的大小，使从金属表面发射出来的热电子达到可检测的数目，因此在阳极A未加正电压（图3.11-4中0aU）时，连接两个电极的外电路中也将会检测到有热发射电流I（称为零场电流）通过。此零场电流强度I由理查逊-热西曼公式确定，有kTeASTIexp2(3.11.1)它就是热电子发射测量电子逸出功的基本原理公式。式中A是和阴极表面化学纯度有关的系数（单位为A/(m2·K2)），S为阴极的有效发射面积（单位为m2），T为发射热电子的阴极的绝对温度（单位为K），k为玻尔兹曼常数。此式显示出电子逸出功（e）对热电子发射的强弱有着决定性作用。将3.11.1式两边除以2T,再取对数，得TASkTeASTI11004.5lg30.2lglg32（3.11.2）此式显示2lgTI与T1成线性关系。如以2lgTI为纵坐标，T1为横坐标作图，由直线斜率即可求出电子的逸出电势和电子逸出功e。这样的数学处理方法叫理查逊直线法。2.零场电流I的测量当热电子不断从阴极射出飞向阳极过程中形成空间电荷，空间电荷的电场阻碍后续的电子飞往阳极，这就严重地影响零场电流的测量。为了克服空间电荷电场的影响，使电子一旦逸出就能迅速飞往阳极，不得不在阳极和阴极之间加一个加速场aE。但是，aE的存在又会产生肖μAAfUaUaIfIK图3.11-4热电子发射电路图大学物理实验报告脱基效应，使阴极表面的势垒bE降低，电子逸出功减小，发射电流变大，因而测量得到的电流是在加速电场aE的作用下阴极表面发射电流aI,而不是零场电流I。可以证明零场电流I与aI的关系为0.439expaaEIIT对上式取对数，曲线取直，有TEIIaa30.2439.0lglg（3.11.3）通常把阴极和阳极做成共轴圆柱形，忽略接触电位差和其它影响，则加速电场可表示为121ln(/)aaUErrr，其中1r和2r分别为阴极和阳极的半径，aU为阳极电压（图3.11-4）。把aE代入上式得1210.4391lglg2.30ln(/)aaIIUTrrr（3.11.4）此式是测量零级电流的基本公式。对于一定尺寸的二极管，当阴极的温度T一定时，aIlg和aU成线性关系。如果以aIlg为纵坐标、以aU为横坐标作图，这些直线的延长线与纵坐标的交点为lgI，如图3.11-5所示。求反对数，可求出在一定温度下的零场电流I。测量数据与数据处理：1.按照图3.11-6连接好实验电路，接通电源，预热十分钟。2.调节理想二极管灯丝电流fI在0.55-0.75A之间，每隔0.05A进行一次测量。如果阳极电流aI偏小或偏大，也可适当增加或降低灯丝电流fI。对应每一灯丝电流，在阳极上加上25V，36V，49V，64V，…，144V电压，各测出一组阳极电流aI。记录数据于表3.11.2中，并换算至表3.11.3。图3.11-6实验电路图图3.11-5外推法求零场电流05101T2T3T4T5T54.......iTTTlgaIaUlgI大学物理实验报告3.根据表3.11.3中的数据，作出lgaaIU图线。求出截距Ilg，即可得在不同阴极温度时的零场热电子发射电流I，并换算至表3.11.4。4.根据表3.11.4，做出21lgITT图线。由直线斜率求电子逸出电势，计算出逸出功e，并与公认值4.54eV比较，计算相对误差。测量结果及实验结论直线斜率：m＝41039.2；逸出功：e＝4.74eV；逸出功公认值：e＝4.54eV；相对误差E=4.4%25364964811001211440.55555555560.6020202121212222230.6569707273747576780.702102132172202242272322350.75558569580591601613625637aU(V)aI(10-6A)fI(A)表3.11.2在不同阳极加速电压和灯丝温度下的阳极电流5.06.07.08.09.010.011.012.01.80-5.31-5.31-5.31-5.31-5.31-5.31-5.31-5.231.88-4.70-4.70-4.68-4.68-4.68-4.66-4.68-4.641.96-4.16-4.155-4.153-4.137-4.131-4.125-4.119-4.1082.04-3.678-3.672-3.664-3.658-3.650-3.644-3.635-3.6292.12-3.254-3.245-3.237-3.229-3.222-3.213-3.205-3.196表3.11.3数据的换算值(V)aUT(103K)lgaI表3.11.421lgITT表T(103K)1.801.881.962.042.12Ilg-5.36-4.74-4.19-3.71-3.292lgTI-11.86-11.29-10.77-10.33-9.951T(10-3)0.550.530.510.490.47大学物理实验报告分析讨论：从测量结果来看，本实验的精度较高。也可以将灯丝电流调节到0.50A和0.80A分别测量在不同的阳极电压下回路中的阳极电流，这样可以进一步提高实验的测量精度。这种较好的实验测量原理和数据处理方法可以用来测量其它金属材料的逸出功，不仅仅局限于钨。大学物理实验报告大学物理实验报告大学物理实验报告大学物理实验报告大学物理实验报告大学物理实验报告大学物理实验报告大学物理实验报告大学物理实验报告大学物理实验报告大学物理实验报告大学物理实验报告大学物理实验报告虎极博