金属电子逸出功的测定

大学物理实验报告纸 姓名 指导教师 学号 同组人 专业班级 实验日期 实验名称 [实验目的] 1. 用李茶孙直线法测定金属（钨）电子的逸出功 2. 学习直线测量法、外延测量法·和补偿测量法等多种基本试验方法 [实验原理] 1.1.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E F 的电子增多，使动能 大于Eb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U a  0）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） I f U f Ia A μ A U a K 图 3.11-4 热电子发射电路图 通过。 此零场电流强度I由理查逊-热西曼公式确定， 有 e I  AST2exp(3.11.1) kT  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T2,再取对数，得 Ie1 lg 2  lg AS  lg AS 5.04103（3.11.2） 2.30kTTT 11II 此式显示lg 2 与成线性关系。如以lg 2 为纵坐标，为横坐标作图，由直线斜率即可求出 TTTT 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。 2.2.零场电流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 1 EE 姓名学号专业班级 脱基效应，使阴极表面的势垒E b 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E a 的作用下阴极表面发射电流I a ,而不是零场电流I。可以 证明零场电流I与I a 的关系为 0.439 E a  I a  I exp  T  对上式取对数，曲线取直，有 0.439 E a （3.11.3） 2.30T 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 U aE a ，其中r 1 和r 2 分别为阴极和阳极的半径，U a 为阳极电压（图 3.11-4） 。 r 1 ln(r 2 / r 1) lg I a  lg I  把Ea代入上式得 lgI a  lgI  0.439 2.30T 1 U a （3.11.4） r 1 ln(r 2 / r 1) lgI a 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， 和U a 成线性关系。如果以lgI a 为纵坐标、以U a 为横坐标作图，这些直线的延长线 与纵坐标的交点为lgI。求反对数，可求出在一定温度下的零场电流I。 [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。 2 姓名学号专业班级 [实验内容] 1.熟悉仪器装置，接通电源，预热十分钟，测量灯丝电流和阳极电流计阳极电压。 2.将理想二极管灯丝电流I f 在 0,。600~0.700A，每隔0.05A 进行一次测量。对应每 一灯丝电流，在阳极加上 25,36,49，…，121,144（单位：V）电压，各测出一组 阳极电流I a。并算出其对数值 lg I 。记录数据 [实验数据记录表格] 测量数据 I a (10-6A) U a(V) 0.600 0.620 0.640 0.680 0.700 25.036.049.064.081．0100.0121.0144.0 I f (A) 数据的换算值 lgI a Ua(V) 5.006.007.008.009.0010.0011.0012.00 T(103K) 1.8801.880 1.9121.912 1.9441.944 1.9761.976 2.0082.008 2,0402,040 表 3.11.4 lg I1 表 T2T 2.00982.040 T (103K) lgI 1.8801.9121.9441.976 lg 1 T I T2 (10 )-4 3 姓名学号专业班级 [数据处理]（可续页） 4 姓名学号 [实验误差分析] [实验讨论及总结] 专业班级 5