1、金屬電子逸出功的測量陳柏宇 13341001 材料物理合作人：黨帥數據處理數據收集如下：If(A)Ua (V)2536496481100121144IS(A)0.57527282929303031310.60052535455565758590.6259597981001021041061070.6501691721751781811841871910.6752922973033083143193243310.7004874955045135225305395470.7257938078228388528658798960.75012551278130113251347136813891417

2、表1 If、Ua、I's 相關數據做出 logI'sUa 關系圖，如圖4：圖4 logI'sUa 關系圖每條直線的擬合結果如下表：表2 直線擬合數據表擬合方程相關系數直線截距截距誤差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根據表中數據可知，除了If =0.575A時的Y1，其余的都保持非常高的擬合程度，整體擬合度都很高。每條直線的截距即不同燈絲溫度下零場熱發射電流IS的對數，所以IS=10d，且截距誤差很小，故可使用。根據T=920+1600If ,可以推算每個燈絲電流對應的燈絲溫度。做出log(IsT2) 與1/T的數據表和關系圖：表3 log(IsT2) 與1/T相關數據表格燈絲電

4、流 If/A燈絲溫度/T1/T發射電流 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圖5 log(IsT2) 1/T 關系圖根據公式：lgIST2=lgAS-5039*T可得斜率：K=-5039*=-21490±390則可得到逸出電位：=-21490±3905039=4.26±0.08由此可以推出金屬逸出功：W0=e=4.26±0.08eV鎢絲逸出功國際公認值為4.54eV，實驗值與其的相對偏差為6.16%誤差分析：1. 燈絲電流在0.575A時，測得熱電子發射電流較小，存在偏差，擬合度較差。又因為實驗儀器量程，無法測得燈絲電流為0.775A時的熱電子發射電流，所以在擬合log(IsT2) 1/T 關系圖時存在一定誤差

6、。2. 讀取實驗數據時，由于儀器原因，數據存在跳動，導致數據不夠準確。3. 可能燈絲加熱時間不夠。思考題：1. 本實驗中需要測量哪些物理量？為什么？答：需要測量在外電場下的電子逸出電流Is，已知陽極電壓、鎢絲電流。根據T=920+1600If，由鎢絲電流算得燈絲溫度，根據logI'sUa擬合得到零場發射電流Is。根據lgIST2=lgAS-5039*T，可利用log(IsT2) 1/T曲線的斜率算得電位，從而算得逸出功。2. 實驗中如何測量陰極與陽極的電位差答：實驗中通過利用電壓表一端連接補償電極，另一端接陰極來測量Ua，由此測得陰極與陽極的電位差。3. 實驗中如何穩定溫度答：實驗開始

7、時需要使燈絲預熱10分鐘；測量時，每次轉換燈絲電流都要等待幾分鐘，直到燈絲電流不再變化；測量時應按燈絲電流增大方向進行。拓展實驗If=0.700A，陽極電壓Ua，陽極電流Ia(A)，勵磁電流IS(mA)，數據獲取如表4：表4 不同陽極電壓下的Ia、IS數據Ua=4.0Ua=5.0Ua=6.0Ua=7.0ISIaISIaISIaISIaISIaISIaISIaISIa03521612120423178272045419728104682222195035416320050423182239504542002571004682261897035316518790422186207904542022

8、331584722301569035217015813042119017414045420521417746723214511035017512514541719514315544820719418545923612013034318098155406200113166438215135191444240941353401857816039321066170443220109194433245661403341906116238421545175430230511964262504314532319544164372220271804122353520040725528147317200271

9、66360225171833982402220438626020149306205181683452301218538224615208353265151512942101217033323510188364250122123182701315327920581723192408190345255102162812751115526822071743031933212182611592402256176289195297220239圖6不同陽極電壓下的IaIS關系曲線圖在每條曲線中引兩條切線，交點的橫坐標即臨界狀態下的電流IC，整理數據如下：表5 Ua、IC2、IC數據Ua/V4.005.006.007.00IC/A0.1460.1590.1740.188IC2/A0.02130.02530.03030.0353圖7 UaIC2 曲線圖根據表格數據，擬合UaIC2曲線圖，得出斜率K=212.2 V/A2在臨界時，電子做圓周運動，半徑R=a/2，a為陽極內半徑，根據參數得R=1.95*10-3m螺線管線圈的磁感強度B與勵磁電流有如下關系：B=K'IS根據螺線圈參數可算得B=2.95*10-2IS(T)所以K'=2.95*10-2根據公式：K=em*(R22)*K'2求得電子的比荷為：em=1.31*1011C/Kg與公認值 em=1.76*1011C/K