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1、为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划逸出功,实验报告金属电子逸出功的测量一、实验目的1了解热(来自:写论文网:逸出功,实验报告)电子的发射规律，掌握逸出功的测量方法。2了解费米狄拉克量子统计规律，并掌握数据分析处理的方法。二、实验原理电子逸出功及热电子发射规律热金属内部有大量自由运动电子，其能量分布遵循费米狄拉克量子统计分布规律，当电子能量高于逸出功时，将有部分电子从金属表面逃逸形成热电子发射电流。电子逸出功是指金属内部的电子为摆脱周围正离子对它的束缚而逸出金属表面所需的能量。逸出功为W0?Wa?Wf，其中为Wa位能势
2、垒，Wf为费米能量。由费米狄拉克统计分布律，在温度T?0，速度在vdv之间的电子数目为：m1dn?2()2(W?Wf)/kTdvhe?1其中h为普朗克常数，k为波尔兹曼常数。选择适当坐标系，则只需考虑x方向上的情形，利用积分运算?e?mv2y/2kT?dvy?e?mvz/2kTdvz?(?22?kT1/2)(2)m可将式简化为m2kTWf/kT?mvx2/2kTdn?4?e?edvx(3)3h而速度为vx的电子到达金属表面的电流可表示为dI?eSvxdn其中S为材料的有效发射面积。只有vx?将代入数据测量与处理里查逊直线法：将(5)式两边同除以T2后取对数，得I?lgs2?lg?AS?103(
3、6)TT由知lg(Is/T2)与1/T成线性关系，只需测量不同温度T下的Is，由直线斜率可求得值，从而避免了A和S不能准确测量的困难。发射电流Is的测量：为有效收集从阴极材料发射的电子，必须在阴极与阳极之间加一加速电场Ea。而Ea降低了逸出功而增大发射电流，使测量到的发射电流值不是真正的Is，因此必须对实验数据作相应的处理。由理论推导，可得以下关系：lgIs?lgIs?从(7)式知，在选定的温度T下，lgIsUa较大)为线性关系，通过作图法求得直线的截距，即得零场发射电流Is。温度T的测量：实验通过测量阴极加热电流If来确定阴极温度T，两者关系已由厂家给出：T?1600If(8)三、实验仪器W
4、F-3型电子逸出功测定仪，WF-3型数字电压电流仪，标准真空二极管。四、实验内容1.按图1连接好实验电路，检查无错后，接通电源，预热15分钟。图1热电子发射法测量金属电子逸出功实验电原理图2.调节灯丝电流初始值为，每隔测量一次，共测8次。对应每个灯丝电流If,测量加速场阳极电压Ua分别为25、36、49、64、81、100、121、144V对应的阳极电流Is值,如表1。调节电压时应注意先粗调再细调；每次改变电流时要等待几分钟，使电流不再变化，表明此时温度已经稳定。-6利用式为T?1600If求得各灯丝电流对应的温度值。将式表示lgIs?lgIs?Is，则将测得的发射电流取以10为底的对数，将阳
5、极电压开方，得到数据填入表2。表2不同温度T和下对应的阳极电流的对数值lgIs由表2数据画出图形：图2不同温度下的lgIs关系曲线lgIs进行线性拟合，拟合形式lgIsY=A+B*X，其中Y=R为相关系数。结果如表3：由表3可知，相应的直线截距值，即lgIs，注意表3中Is单位为10-6A，应转换为A，再运算求得各个对应的零场发射电流Is，如表4。表4不同温度下的零场发射电流lgIs及Is表5lg(Is/T2)1/T的关系12lg(I/T)s利用origin作图得到T关系如图3：2lg(I/T)s图31T关系Y=A+B1*XParameterValueError-AB1-R-Square(CO
6、D)SDNP-光电效应测普朗克常数在近代物理学中，光电效应在证实光的量子性方面有着重要的地位。1905年爱因斯坦在普朗克量子假说的基础上圆满地解释了光电效应，约十年后密立根以精确的光电效应实验证实了爱因斯坦的光电效应方程，并测定了普朗克常数。而今光电效应已经广泛地应用于各科技领域，利用光电效应制成的光电器件已成为生产和科研中不可缺少的器件。【实验目的】1.测定光电效应的基本特性曲线，加深对光的量子性的理解；2.学习验证爱因斯坦光电方程的实验方法，并测定普朗克常数。【实验仪器】ZKYGD1光电效应测试仪、汞灯及电源、滤色片、光阑、光电管、测试仪图1实验仪器实物图【实验原理】1.光电效应与爱因斯坦
7、方程用合适频率的光照射在某些金属表面上时，会有电子从金属表面逸出，这种现象叫做光电效应，从金属表面逸出的电子叫光电子。为了解释光电效应现象，爱因斯坦提出了“光量子”的概念，认为对于频率为的光波，每个光子的能量为式中，为普朗克常数，它的公认值是=。按照爱因斯坦的理论，光电效应的实质是当光子和电子相碰撞时，光子把全部能量传递给电子，电子所获得的能量，一部分用来克服金属表面对它的约束，其余的能量则成为该光电子逸出金属表面后的动能。爱因斯坦提出了著名的光电方程：式中，为入射光的频率，为电子的质量，为光电子逸出金属表面的初速度，为被光线照射的金属材料的逸出功，为从金属逸出的光电子的最大初动能。由式可见，
8、入射到金属表面的光频率越高，逸出的电子动能必然也越大，所以即使阴极不加电压也会有光电子落入阳极而形成光电流，甚至阳极电位比阴极电位低时也会有光电子落到阳极，直至阳极电位低于某一数值时，所有光电子都不能到达阳极，光电流才为零。这个相对于阴极为负值的阳极电位为光电效应的截止电压。显然，有被称代入式，即有由上式可知，若光电子能量，则不能产生光电子。产生光电效应的最低频率是，通常称为光电效应的截止频率。不同材料有不同的逸出功，因而也不同。由于光的强弱决定于光量子的数量，所以光电流与入射光的强度成正比。又因为一个电子只能吸收一个光子的能量，所以光电子获得的能量与光强无关，只与光子的频率成正比，将式改写为
9、上式表明，截止电压是入射光频率的线性函数，如图2，当入射光的频率时，截止电压个正的常数：，没有光电子逸出。图中的直线的斜率是一由此可见，只要用实验方法作出不同频率下的率，就可以通过式求出普朗克常数。其中曲线，并求出此曲线的斜是电子的电量。图2U0-v直线2.光电效应的伏安特性曲线图3是利用光电管进行光电效应实验的原理图。频率为、强度为的光线照射到光电管阴极上，即有光电子从阴极逸出。如在阴极K和阳极A之间加正向电压，它使K、A之间建立起的电场对从光电管阴极逸出的光电子起加速作用，随着电压的增加，到达阳极的光电子将逐渐增多。当正向电压增加到时，光电流达到最大，不再增加，此时即称为饱和状态，对应的光
10、电流即称为饱和光电流。图3光电效应原理图由于光电子从阴极表面逸出时具有一定的初速度，所以当两极间电位差为零时，仍有光电流I存在，若在两极间施加一反向电压，光电流随之减少；当反向电压达到截止电压时，光电流为零。图4入射光频率不同的IU曲线图5入射光强度不同的IU曲线爱因斯坦方程是在同种金属做阴极和阳极，且阳极很小的理想状态下导出的。实际上做阴极的金属逸出功比作阳极的金属逸出功小，所以实验中存在着如下问题：暗电流和本底电流。当光电管阴极没有受到光线照射时也会产生电子流，称为暗电流。它是由电子的热运动和光电管管壳漏电等原因造成的。室内各种漫反射光射入光电管造成的光电流称为本底电流。暗电流和本底电流随
11、着K、A之间电压大小变化而变化。阳极电流。制作光电管阴极时，阳极上也会被溅射有阴极材料，所以光入射到阳极上或由阴极反射到阳极上，阳极上也有光电子发射，就形成阳极电流。由于它们的存在，使得IU曲线较理论曲线下移，如图6所示。图6伏安特性曲线【实验内容及步骤】1调整仪器(1)用专用电缆将微电流测量仪的输入接口与暗盒的输出接口连接起来；将微电流测量仪的电压输出端插座与暗盒的电压输入插座连接起来；将汞灯下侧的电线与限流器连接起来；接好电源，打开电源开关，充分预热。(2)在测量电路连接完毕后，没有给测量信号时，旋转“调零”旋钮，使其显示“000”。每换一次量程，必须重新调零。(3)取下暗盒光窗口遮光罩，
12、换上滤光片，取下汞灯出光窗口的遮光罩，装好遮光筒，调节好暗盒与汞灯距离。2.测量光电管的伏安特性曲线。实验1-4逸出功测定同组者：关希望指导老师：周丽霞一.引言电子克服原子核的束缚，从材料表面逸出所需的最小能量,称为逸出功。本实验采用二极管通过测量电子的能量来确定电子的逸出功。实验目的：了解热电子发射规律；掌握逸出功的测量方法；学习一种数据处理方法。二.实验原理若真空二极管的阴极(用被测金属钨做成)通以电流加热，并在阳极上加正电压，则在连结两个电极的外电路中就有电流通过，如图1-4-1所示。这种电子从加热金属中发射出来的现象，称热电子发射。研究热电子发射的目的之一，就是要选择合适的阴极材料。逸
13、出功是金属的电子发射的基本物理量。1、电子的逸出功根据固体物理学中金属电子理论，金属中传导电子的能量分布按费米-狄拉克(Fermi-Dirac)分布，即：图1-4-1真空二极管工作原理4?(2m)2W23dN(1-4-1)WWFdWekT1式中WF称费米能级。在绝对零度时，电子所具有的最大动能为WF。当温度升高时，其中少数电子具有比WF高的能量，并以指数规律衰减。由于金属表面与外界(真空)之间存在势垒Wb。电子要从金属逸出，必须至少有能量Wb。在绝对零度时，电子逸出金属表面，至少需要得到能量W0=Wb-WF=e?31W0=e?称为金属电子的逸出功，常用单位为电子伏特(eV)。它表征要使处于绝对零度下的具有最大能量的电子逸出金属表面所需给予的能量。e为电子电荷，?称逸出电位。可见，热电子发射，就是利用提高阴极温度的办法，改变电子的能量分布，使其中一部分电子的能量大于Wb，从金属中发射出来。因此逸出功的大小，对热电子发射的强弱具有决定性的作用。2、热电子发射公式根据费米-狄拉克能量分布公式(1-4-1)，可以推导出热电子发射公式，称里查逊-杜什曼(Richardson-Dushman)公式。I0ASTe2ekT(1-4-3)式中：I0-热电子发射的电流强度(A)S-阴极金属的有效发射面积(cm2)k-玻尔兹曼常数T-绝对温度e?-金属的逸出功A-与阴极化学
