金属电子逸出功的测量

1、金属电子逸出功的测量陈柏宇 13341001 材料物理合作人：党帅数据处理数据收集如下：If(A)Ua (V)2536496481100121144IS(A)0.57527282929303031310.60052535455565758590.6259597981001021041061070.6501691721751781811841871910.6752922973033083143193243310.7004874955045135225305395470.7257938078228388528658798960.75012551278130113251347136813891417

2、表1 If、Ua、I's 相关数据做出 logI'sUa 关系图，如图4：图4 logI'sUa 关系图每条直线的拟合结果如下表：表2 直线拟合数据表拟合方程相关系数直线截距截距误差Y1=0.00833x+1.3970.94191.397±0.018Y2=0.00783x+1.6770.99971.677±0.001Y3=0.00762x+1.9400.99461.940±0.005Y4=0.00745x+2.1910.99932.191±0.002Y5=0.00768x+2.4270.99902.427±0.002Y6

3、=0.00728x+2.6510.99922.651±0.002Y7=0.00751x+2.8620.99902.862±0.002Y8=0.00741x+3.0620.99903.062±0.002根据表中数据可知，除了If =0.575A时的Y1，其余的都保持非常高的拟合程度，整体拟合度都很高。每条直线的截距即不同灯丝温度下零场热发射电流IS的对数，所以IS=10d，且截距误差很小，故可使用。根据T=920+1600If ,可以推算每个灯丝电流对应的灯丝温度。做出log(IsT2) 与1/T的数据表和关系图：表3 log(IsT2) 与1/T相关数据表格灯丝电

4、流 If/A灯丝温度/T1/T发射电流 Is/ Alog(IST2)0.57518400.0005432.4946E-05-11.13260.60018800.0005324.7534E-05-10.87130.62519200.0005218.7096E-05-10.62660.65019600.000510.00015524-10.39350.67520000.00050.0002673-10.17510.70020400.000490.00044771-9.968260.72520800.0004810.00072778-9.774130.75021200.0004720.0011534

5、5-9.59067图5 log(IsT2) 1/T 关系图根据公式：lgIST2=lgAS-5039*T可得斜率：K=-5039*=-21490±390则可得到逸出电位：=-21490±3905039=4.26±0.08由此可以推出金属逸出功：W0=e=4.26±0.08eV钨丝逸出功国际公认值为4.54eV，实验值与其的相对偏差为6.16%误差分析：1. 灯丝电流在0.575A时，测得热电子发射电流较小，存在偏差，拟合度较差。又因为实验仪器量程，无法测得灯丝电流为0.775A时的热电子发射电流，所以在拟合log(IsT2) 1/T 关系图时存在一定误差

6、。2. 读取实验数据时，由于仪器原因，数据存在跳动，导致数据不够准确。3. 可能灯丝加热时间不够。思考题：1. 本实验中需要测量哪些物理量？为什么？答：需要测量在外电场下的电子逸出电流Is，已知阳极电压、钨丝电流。根据T=920+1600If，由钨丝电流算得灯丝温度，根据logI'sUa拟合得到零场发射电流Is。根据lgIST2=lgAS-5039*T，可利用log(IsT2) 1/T曲线的斜率算得电位，从而算得逸出功。2. 实验中如何测量阴极与阳极的电位差答：实验中通过利用电压表一端连接补偿电极，另一端接阴极来测量Ua，由此测得阴极与阳极的电位差。3. 实验中如何稳定温度答：实验开始

7、时需要使灯丝预热10分钟；测量时，每次转换灯丝电流都要等待几分钟，直到灯丝电流不再变化；测量时应按灯丝电流增大方向进行。拓展实验If=0.700A，阳极电压Ua，阳极电流Ia(A)，励磁电流IS(mA)，数据获取如表4：表4 不同阳极电压下的Ia、IS数据Ua=4.0Ua=5.0Ua=6.0Ua=7.0ISIaISIaISIaISIaISIaISIaISIaISIa03521612120423178272045419728104682222195035416320050423182239504542002571004682261897035316518790422186207904542022

8、331584722301569035217015813042119017414045420521417746723214511035017512514541719514315544820719418545923612013034318098155406200113166438215135191444240941353401857816039321066170443220109194433245661403341906116238421545175430230511964262504314532319544164372220271804122353520040725528147317200271

9、66360225171833982402220438626020149306205181683452301218538224615208353265151512942101217033323510188364250122123182701315327920581723192408190345255102162812751115526822071743031933212182611592402256176289195297220239图6不同阳极电压下的IaIS关系曲线图在每条曲线中引两条切线，交点的横坐标即临界状态下的电流IC，整理数据如下：表5 Ua、IC2、IC数据Ua/V4.005.006.007.00IC/A0.1460.1590.1740.188IC2/A0.02130.02530.03030.0353图7 UaIC2 曲线图根据表格数据，拟合UaIC2曲线图，得出斜率K=212.2 V/A2在临界时，电子做圆周运动，半径R=a/2，a为阳极内半径，根据参数得R=1.95*10-3m螺线管线圈的磁感强度B与励磁电流有如下关系：B=K'IS根据螺线圈参数可算得B=2.95*10-2IS(T)所以K'=2.95*10-2根据公式：K=em*(R22)*K'2求得电子的比荷为：em=1.31*1011C/Kg与公认值 em=1.76*1011C/K