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PAGEPAGE5中国石油大学近代物理实验实验报告成绩：实验B-5冉绍尔-汤森【实验目的】了解电子碰撞管的设计原则，掌握电子与原子的碰撞规则和测量的原子散射截面的方法。测量低能电子与气体原子的散射几率Ps与电子速度的关系。测量气体原子的有效弹性散射截面Q与电子速度的关系，测定散射截面最小是的电子能量。验证冉绍尔-汤森效应，并学习用量子力学理论加以解释。【实验原理】理论原理气体的总有效散射截面和碰撞电子的速度有关，氩原子对电子的弹性散射总有效截面Q随着电子能量的减小而增大，约在10eV附近达到一个极大值，而后开始下降，当电子能量减小到1eV左右时，有效散射截面Q出现一个极小值。结构上类似的气体原子或分子，总的有效散射截面对电子速度的关系曲线Q具有相同的形状。图1为氙（Xe），氪（Ke），氩（Ar）三种惰性气体的冉绍尔曲线。图1.Xe、Ke、Ar气体对电子的散射截面图2.测量气体原子总散射截面的原理图测量原理图2为测量气体原子总散射截面的原理图，当灯丝加热后，就有电子从阴极逸出。设阴极电流为IK，电子在加速电压的作用下，一部分电子在到达栅极之前，被屏极接收，形成IS1；一部分穿过屏极形成电流I0，由于屏极上的矩形孔与板极P之间是一个等势空间，因此在这之间电子是恒速运动，受到气体原子散射的电子则到达屏极，形成散射电流IS2;未受到散射的电子到达板极P，形成半流IP，因此有IK=I0+IS1（B-5-1）IS=IS1+IS2（B-5-2）I0=IP+IS2（B-5-3）电子在等势区内散射概率为：PS=1-（B-5-4）（B-5-5）（B-5-6）其中f为几何因子，为了测量f，把电子碰撞管的管端部分侵入温度为77K的液氮中，此时，几何因子(B-5-7)（B-5-8）图5.f——Ea曲线从图中看出，在电子能量在7V左右时几何因子最小，当Ea减小时，几何因子f随这电子能量的增加而减小，，在1V左右时，几何因子f的变化较大。总体上几何因子的变化较平缓。进行线性拟合后得到Y=A+B1*X+B2*X^2Parameter Value ErrorA 0.03927 2.91874E-4B1 -0.00385 1.78551E-4B2 2.60179E-4 1.95524E-5【思考与讨论】影响电子加速电压值的因素有哪些？有什么修正方法？答：由图2可以看出，影响电子加速电压的因素有：阴极管反射电子时电子具有的初速度，外界磁场和电场，SP之间为非等势电压，加速极与阴极之间的电势差。修正的方法是在SP之间加一个补偿电压Ec，电子在到达S极时已经加速完，使SP之间为一个等势空间，电子穿过矩形孔后恒速运动。【实验总结】本实验原理及操作简单，实验结果较符合，即气体原子的加速

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