1、大 學 物 理 實 驗 報 告 實驗目的：1. 了解有關熱電子發射的基本規律。2. 學習測定金屬鎢逸出功的理查遜直線法。 3. 進一步學習數據處理的方法。實驗儀器：WF-2型金屬電子逸出功測定儀和理想（標準）二極管。逸出功測定儀主要包括二極管燈絲溫度測量系統、專用電源、顯示測量電壓電流的數字電表。實驗內容與基本原理：1. 熱電子發射測量電子逸出功的基本原理圖3.11-4 熱電子發射電路圖真空二極管的陰極（用被測金屬鎢絲做成）通以電流加熱以提高陰極溫度，溫度的升高改變了金屬鎢絲內電子的能量分布，使動能大于的電子增多，使動能大于的電子數達到可觀測的大小，使從金屬表面發射出來的熱電子達到可檢測的數目

2、，因此在陽極未加正電壓（圖3.11-4中）時，連接兩個電極的外電路中也將會檢測到有熱發射電流（稱為零場電流）通過。此零場電流強度由理查遜-熱西曼公式確定，有 (3.11.1)它就是熱電子發射測量電子逸出功的基本原理公式。式中是和陰極表面化學純度有關的系數（單位為A/(m2·K2)），為陰極的有效發射面積（單位為m2），為發射熱電子的陰極的絕對溫度（單位為K），為玻爾茲曼常數。此式顯示出電子逸出功（）對熱電子發射的強弱有著決定性作用。將3.11.1式兩邊除以,再取對數，得 （3.11.2）此式顯示與成線性關系。如以為縱坐標，為橫坐標作圖，由直線斜率即可求出電子的逸出電勢和電子逸出功。這

3、樣的數學處理方法叫理查遜直線法。2. 零場電流的測量當熱電子不斷從陰極射出飛向陽極過程中形成空間電荷，空間電荷的電場阻礙后續的電子飛往陽極，這就嚴重地影響零場電流的測量。為了克服空間電荷電場的影響，使電子一旦逸出就能迅速飛往陽極，不得不在陽極和陰極之間加一個加速場。但是，的存在又會產生肖脫基效應，使陰極表面的勢壘降低，電子逸出功減小，發射電流變大，因而測量得到的電流是在加速電場的作用下陰極表面發射電流,而不是零場電流。可以證明零場電流與的關系為 對上式取對數，曲線取直，有 （3.11.3）通常把陰極和陽極做成共軸圓柱形，忽略接觸電位差和其它影響，則加速電場可表示為，其中和分別為陰極和陽極的半徑

4、，為陽極電壓（圖3.11-4）。把代入上式得 （3.11.4）圖3.11-6 實驗電路圖圖3.11-5 外推法求零場電流0510此式是測量零級電流的基本公式。對于一定尺寸的二極管，當陰極的溫度一定時，和成線性關系。如果以為縱坐標、以為橫坐標作圖，這些直線的延長線與縱坐標的交點為，如圖3.11-5所示。求反對數，可求出在一定溫度下的零場電流。測量數據與數據處理：1. 按照圖3.11-6連接好實驗電路，接通電源，預熱十分鐘。2. 調節理想二極管燈絲電流在0.55-0.75A之間，每隔0.05A進行一次測量。如果陽極電流偏小或偏大，也可適當增加或降低燈絲電流。對應每一燈絲電流，在陽極上加上25V，3

5、6V，49V，64V，144V電壓，各測出一組陽極電流。記錄數據于表3.11.2中，并換算至表3.11.3。25364964811001211440.55555555560.6020202121212222230.6569707273747576780.702102132172202242272322350.75558569580591601613625637(V)(10-6A)(A)表3.11.2 在不同陽極加速電壓和燈絲溫度下的陽極電流3. 根據表3.11.3中的數據，作出圖線。求出截距，即可得在不同陰極溫度時的零場熱電子發射電流，并換算至表3.11.4。5.06.07.08.09.010

6、.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 數據的換算值 (103K)4. 根據表3.11.4，做出 圖線。由直線斜率求電子逸出電勢，計算出逸出功，并與公認值4.54 eV比較，計算相對誤差。表3.11.4 表(103K)1.801.881.962.042.12-5.36-4.74-4.19-3.71-3.29-11.86-11.29-10.77-10.33-9.95(10-3)0.550.530.510.490.47 測量結果及實驗結論直線斜率：m；逸出功：4.74 eV；逸出功公認值：4.54 eV；相對誤差E=4.4%分析討論：從測量結果來看，本實驗的精度較高。也可以將燈絲電流調節到0.50A和0.80A分別測量在不同的陽極電壓下回路中的