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： ������ = ������ ′ ������������ 根据螺线圈参数可算得 B=2.95*10-2������������ (T) 所以������ ′ = 2.95 ∗ 10−2 根据公式： K=
������
������ 2 ∗ (������ 2) ∗ ������ ′ 2 ������
求得电子的比荷为：������ = 1.31 ∗ 1011 C/Kg 与公认值������ = 1.76 ∗ 1011 C/Kg，相对偏差 23%，误差较大，但是数量级是正确的。 误差分析： 1. 这种方法测定比荷有一定局限性； 2. 读取数据不够准确，可能数字存在跳动，可能仪器不够精确。 3. 选取 Ic 时误差很大，因为是人工取切线相交，必然存在很大误差，利用有误差的数 据进行拟合，又会加大误差。 4. 所取的数据可以再多一些，这样图像会更接近现实。
流 Is。 根据lg ������������ ������ 2 = lg ������������ − 5039 ∗ 位������，从而算得逸出功。
������
������ 可利用log⁡ ( ������ 2 ) ~1/T曲线的斜率算得电 ������， ������
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。
图 6 不同阳极电压下的������������ ~������������ 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������������ ，整理数据如下：
2 表 5 ������������ 、������������ 、������������ 数据
������������ /������ ������������ /A
0.575 0.600 0.625 0.650 0.675 0.700 0.725 0.750
做出log ������ ′ ������ ~ ������������ 关系图，如图 4：
图 4 log ������ ′ ������ ~ ������������ 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 Y1=0.00833x+1.397 Y2=0.00783x+1.677 Y3=0.00762x+1.940 Y4=0.00745x+2.191 Y5=0.00768x+2.427 Y6=0.00728x+2.651 Y7=0.00751x+2.862 Y8=0.00741x+3.062 相关系数 0.9419 0.9997 0.9946 0.9993 0.9990 0.9992 0.9990 0.9990 直线截距 1.397 1.677 1.940 2.191 2.427 2.651 2.862 3.062 截距误差 ± 0.018 ± 0.001 ± 0.005 ± 0.002 ± 0.002 ± 0.002 ± 0.002 ± 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=10������ ，且截距 误差很小，故可使用。 根据T = 920 + 1600������������ ,可以推算每个灯丝电流对应的灯丝温度。 ������ 做出log⁡ ( ������ ������ 2 )与1/T的数据表和关系图： ������ 表 3 log⁡ ( ������ 灯丝电流������������ /A 0.575 0.600 0.625 0.650 0.675 0.700 0.725 0.750 灯丝温度/T 1840 1880 1920 1960 2000 2040 2080 2120 )与1/T相关数据表格 发射电流������������ / A 2.4946E-05 4.7534E-05 8.7096E-05 0.00015524 0.0002673 0.00044771 0.00072778 0.00115345 log⁡ (������������ ������ 2 ) -11.1326 -10.8713 -10.6266 -10.3935 -10.1751 -9.96826 -9.77413 -9.59067
352 161 212 0 354 163 200 50 353 165 187 90
423 178 272 0 423 182 239 50 422 186 207 90
454 197 281 0
468 222 219
454 200 257 100 468 226 189 454 202 233 158 472 230 156
2 ������������ /A
4.00 0.146 0.0213
5.00 0.159 0.0253
6.00 0.174 0.0303
7.00 0.188 0.0353
2 图 7 ������������ ~������������ 曲线图
2 根据表格数据，拟合������������ ~������������ 曲线图，得出斜率 K=212.2 V/A2
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 I’s，已知阳极电压、钨丝电流。根据 T = 920 + 1600������������ ，由钨丝电流算得灯丝温度，根据log ������ ′ ������ ~ ������������ 拟合得到零场发射电
拓展实验
������������ = 0.700A，阳极电压������������ ，阳极电流������������ (������������)，励磁电流������������ (������������)，数据获取如表 4： 表 4 不同阳极电压下的������������ 、������������ 数据 ������������ = 4.0 ������������ 0 50 70 90 ������������ ������������ ������������ ������������ ������������ = 5.0 ������������ ������������ ������������ ������������ ������������ = 6.0 ������������ ������������ ������������ ������������ ������������ = 7.0 ������������ ������������ ������������
352 170 158 130 421 190 174 140 454 205 214 177 467 232 145
110 350 175 125 145 417 195 143 155 448 207 194 185 459 236 120 130 343 180 98 135 340 185 78 140 334 190 61 145 323 195 44 147 317 200 27 149 306 205 18 151 294 210 12 153 279 205 8 155 268 220 7 159 240 225 6 155 406 200 113 166 438 215 135 191 444 240 94 160 393 210 66 162 384 215 45 164 372 220 27 166 360 225 17 168 345 230 12 170 333 235 10 172 319 240 8 174 303 176 289 170 443 220 109 194 433 245 66 175 430 230 51 180 412 235 35 183 398 240 22 185 382 246 15 188 364 250 12 190 345 255 10 193 321 195 297 196 426 250 43 200 407 255 28 204 386 260 20 208 353 265 15 212 318 270 13 216 281 275 11 218 261 220 239
������ 2
1/T 0.000543 0.000532 0.000521 0.00051 0.0005 0.00049 0.000481 0.000472
������ 图 5 log⁡ ( ������
������ 2
) ~1/T关系图 ������
根据公式：lg ������������ ������ 2 = lg ������������ − 5039 ∗
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： 表 1 ������������ 、������������ 、������ ′ ������ 相关数据 If(A) Ua (V) I’S(μA) 25 27 52 95 169 292 487 793 1255 36 28 53 97 172 297 495 807 1278 49 29 54 98 175 303 504 822 1301 64 29 55 100 178 308 513 838 1325 81 30 56 102 181 314 522 852 1347 100 30 57 104 184 319 530 865 1368 121 31 58 106 187 324 539 879 1389 144 31 59 107 191 331 547 896 1417