《金属电子逸出功的测定》实验指导与报告要求

一、电子发射

1、  电子发射的分类：

⑴、光电发射：靠光照射金属表面引起电子发射。

⑵、热电子发射：加热金属使其中大量电子克服表面势垒而逸出。

⑶、二次电子发射：靠电子流或离子流轰击金属表面产生电子发射

⑷、场效应发射：靠外加强电场引起电子发射

2、热电子发射

⑴、无线电电子学的基础

⑵、真空管中从通电加热的金属丝阴极表面逸出电子的现象

二、实验目的和要求

1、了解热                                                                                                                                  

2、掌握逸出功的测量方法。

2、  学习一种数据处理方法。 V                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                

三、金属电子逸出功的测定原理简述

1、真空二极管的结构

a)         阴极K 通以电流 I_f 加热

b)         阳极A上加以正电压，在连接这两个电极的外电路中将有电流 I_a 通过

2、金属电子逸出功

⑴金属中电子能量分布

根据固体物理学中金属电子理论，金属中传导电子的能量分布按费米-狄拉克(Fermi-Dirac)分布，即：

式中W_F称费米能级。

c)         金属-真空界面表面势垒曲线 (x为电子距离金属表面的距离)

d)         逸出功定义：

⑵、根据费米-狄拉克能量分布公式，可以推导出热电子发射公式，称里查逊-杜什曼(Richardson-Dushman)公式。

式中：I-热电子发射的电流强度(A)

S-阴极金属的有效发射面积(cm²)

k-玻尔兹曼常数

T-绝对温度

eV-金属的逸出功

A-与阴极化学纯度有关的系数

3、肖脱基效应

式中的I是不存在外电场时的阴极热发射电流。无外场时，电子不断地从阴极发射出来，在飞向阳极的途中，必然形成空间电荷，空间电荷在阴极附近形成的电场，正好阻止热电子的发射，这就严重地影响发射电流的测量。为了消除空间电荷的影响，在阳极加一正电压，于是阳极和阴极之间形成一加速电场E_a，使电子加速飞向阳极。然而由于E_a的存在，使阴极发射电子得到助力，发射电流较无电场时大。这一现象称肖特基(Schottky)效应。

根据二极管理论，考虑到阴极和阳极共轴，且是园柱形，并忽略接触电势差和其它影响，可推得

式中I_a和I₀分别是加速电场为E_a和零时的阴极发射电流；r₁和r₂分别为阴极和阳极的半径；U_a为阳极电压。

                        

4、外延法求零场发射电流

 5、查理逊直线法求逸出电势

【实验内容】

1、按图接好线路，经检查无误后，接通电源予热10分钟。（阳极+连1接线柱。阳极-连6接线柱，灯丝电压+连3接线柱，--连5接线柱，安培表正极连4接线柱，负极连5接线柱，微安表正极连1接线柱，负极连2接线柱）

2、取不同的灯丝电流I_f (即对应于不同的温度T)，从0.50A开始，每隔0.05A测一次。对每一电流I_f，测阳极电压为20，30，40，……，120伏时的电流I_a。

注意，I_f不能超过0.80A，以延长二极管寿命。每改变一次电流值，要恒温5发钟，使阴极达到热平衡。

3、用单对数坐标纸作lgI_a－直线，求出截距1g I₀，即求出不同电流I_f下的I₀，查出对应的温度T。

4、作－直线。求直线的斜率Δ()/Δ()。计算钨的逸出功eφ。

5、与公认值时e=4.54eV比较，作误差分析。

【实验原始数据】

【数据处理】

1、lgI_a－曲线

根据原始数据计算出不同I_f下，lgI_a与的值，如表1所示。

表1   不同I_f下lgI_a与的值

    由表1中的数据可做不同I_f下lgI_a－曲线，如图1所示(仅供参考)。

图1  lgI_a－曲线

由上图可读出不同I_f下lgI_a－曲线的截距lgI₀，如表2所示。

表2   不同I_f对应的lgI₀

2、－曲线         知不同I_f对应不同温度，如表3所示。

表3  标准二极管的加热电流与温度的关系

由表2和表3中数据可得和对应数据，如表4所示。

表4 不同I_f下与的关系

由上表可作出－曲线，如图2所示(仅供参考)。

图2 －曲线

由上图可知斜率Δ()/Δ()=-22913.56，根据里查逊直线法可知逸出功eφ=Δ()/Δ()/-5040= .------eV。

百分误差为E=

【思考与讨论】

1，  本实验中需要测量哪些物理量？为什么？

测量U_f、U_a以及I_f，由于公式显示的A，S等不容易测量，需要间接测量电压值来转换成逸出功数据。

2，  试验中如何稳定阴极温度？

每次调整了电压U_a，等待1~2分钟让电流稳定，温度才达到稳定值。

 

第二篇：电子特性实验总结报告

北 京 交 通 大 学

大学物理实验

电子特性专题实验

学院   电气工程学院   

班级    电气           

学号                   

姓名                   

电子特性实验总结报告

经过三周的实验,自己进行了一系列的预习实践最终完成了三个电子特性实验。通过对《用密立根油滴仪测量电子电量》 《金属电子逸出功的测定》 《电子在电场磁场中的运动及电子比荷的测定》实验的学习和操作，我对电子特性及其研究方法有了一定的认识。并且得到了一些关于物理实验的经验和总结。

从 1687 年牛顿发表《自然哲学的数学原理》，使得物理学成为一门精密的科学。作为实验科学，物理学理论的建立无不依赖实验结果的总结或实验结果的检验。而在这其中，电子物理又是未来发展的主导方向，实验又是其中必不可少的环节。通过对《用密立根油滴仪测量电子电量》《金属电子逸出功的测定》《电子在电场磁场中的运动及电子比荷的测定》的学习和操作，我们对电子特性及其研究方法得到了一定的认识。

关键词：电子，物理， 实验，应用，方法

电子信息产业直接反映一个国家或地区的现代化程度和水平，是衡量一个国家综合国力和国际竞争力的重要标志，也是当今世界竞争最激烈、发展最迅速的基础性和战略性产业， 能够成为世界电子信息产业强国也是我国21世纪发展的重大战略目标。

目前，集成电路产业、信息光电子器件产业和信息显示器件产业已成为信息技术领域的 三大支柱产业，极大地推动了国家经济的发展和社会文明的进步， 今后还将以迅猛的速度向前发展。在国家中长期科学和技术发展规划中，“新一代电子元器件及关键技术”列为我国制造业发展科技问题研究专题的16项优先主题之一，22－45nm 极大规模集成电路专用设备及关键技术列为我国制造业发展科技问题研究专题的6个重大专项之一，这些均与物理电子学学科紧密相关。信息光电子器件产业和信息显示器件产业的发展，在很大程度上得益于物理电子学所提供的科学与技术成果以及大批专业技术人才的支持。

从我国的需求来说，电子信息技术在我国经济、社会发展中占有极其重要的战略地位。我国的物质资源相对匮乏，重视电子信息资源的生产、利用和保护将显得尤其重要。所以大力发展电子信息科学技术，可以为我国社会和经济改革的发展提供良好的环境，为推动传统 产业改造和在新军事变革中增加国防实力，使我国在未来国际竞争中处于较为有利的地位，使我们的国力实现跨越式的发展。在军用特种电子材料与器件、定向能武器、军用特种光电子器件（红外传感与成像器件、微光夜视器件、军用平板显示器件、紫外探测器件等）等领域， 电子和光子材料与器件的研究仍然占据有十分重要的地位，是我国国防现代化装备 的基础。集中优势力量解决国防现代化装备中急需的关键性基础材料与器件， 对加强和提升 我国国防现代化水平具有十分重要的现实意义和战略意义。

物理学首先是一门实验科学，没有物理实验，就没有物理学的昨天、今天和明天。实验是物理学理论的基础和源泉，也是物理学发展的动力，在物理学的发展中，实验起了决定性的作用。

物理学概念的确立物理学规律的发现，物理学理论的建立都有赖于实验，并受实验的检验；物理学中常常发生一些用不同的理论解释同一个问题的争论， 实验往往会给某种理论以有力的支持，只有实验才能对某种理论的正确性做出终审判决；物理实验常常成为修正错误的依据；物理实验往往成为发展理论的新起点；物理实验可以使假说成为科学的定论；实验可以纠正理论权威的某些不正确论断，导致新物理效应的发现；粒子物理学的研究必须在 实验室里进行。

物理实验不仅促进了物理学自身的发展，而且在其它科学领域也有着重要的应用。在生物学中，用物理实验的方法；在环境地理学中，用风洞这种模拟物理实验；在物理实验测量中发展起来的技术方法，为研究地球和海洋内部结构提供了重要手段；材料科学的研究也 离不开物理实验。

物理实验在应用学科迅速推广应用的例子也是数不胜数的，物理实验方法已经渗透到生 产技术乃至人类生活的一切领域。

物理实验不仅为物理学、一切自然科学和工程技术领域提供着硬件支持， 而且向人类智慧提出了最深刻的挑战。

物理实验的卓越构思，不是一般意义上的技能和技巧，她是一种智慧、一种文化，是人类创造性思维的宝贵财富。没有物理实验就没有物理学，就没有今天的人类文明。物理学在今后的自身发展及推动自然科学、 工程技术乃至人类文明的大步前进中，仍将不断经受着物 理实验激动人心的检验和挑战。

今天，人类社会已经进入了知识经济的崭新时代，培养智能型、创造型的高素质人才是当今世界面临的共同课题。作为培养高级工程技术人才和研究人才的高等学校，不仅要使学生具备比较深广的理论知识，而且要使学生具有从事科学实验的较强的能力。物理实验是学生进行科学实验基本训练的一门独立的必修基础课程，是学生进入大学后系统学习科学实验知识和技能的开端，也是后续实验课程的基础。它在学生深入观察现象，建立合理的实验模型，定量研究变化规律，分析、判断实验结果的可信度，激发学生的想象力、创造力，培养和提高学生开展科学研究工作的素质和能力方面，具有重要的奠基作用。

物理实验课程所覆盖的知识面和包含的信息量，以及能够使学生完成的基本训练内容， 是其它课程的实验环节难以比拟的。 物理实验课程将为学生今后的学习、 深造和工作奠定坚实的基础。物理实验对精神和物质的融合，物理实验的哲学思维、文化内涵和智慧光芒，将使学生终生受益。

                                                      许 翀

                                                    电气1107班

                                                     11291220

                                                 20##年11月23日