《大学物理实验》课程教学课件（PPT讲稿）电磁学——金属电子逸出功的测定

金属电子逸出功的测定内蒙古科技大学物理实验中心

金属电子逸出功的测定 内蒙古科技大学物理实验中心

■20世纪前半叶，物理学在工程技术方面最引人注目的应用之一是在无线电电子学方面。无线电电子学的基础是热电子发射。真空管在无线电电子学的发展史上曾起过十分重要的作用。真空管中从通电加热的金属丝阴极表面逸出电子的现象称为热电子发射。当时名为热离子学（thermionics）的学科，研究的就是热电子发射

 20世纪前半叶，物理学在工程技术方面 最引人注目的应用之一是在无线电电子 学方面。无线电电子学的基础是热电子 发射。真空管在无线电电子学的发展史 上曾起过十分重要的作用。真空管中从 通电加热的金属丝阴极表面逸出电子的 现象称为热电子发射。当时名为热离子 学（thermionics）的学科，研究的就是 热电子发射

它的创始人之一，英国著名物理学家里查孙（OwenW.Richardson18791959)由于发现了热电子发射定律，即单查孙定律，荣获1928年诺贝尔物理学奖。本实验介绍一种测量金属（钨）逸出功的方法-------里查孙直线法。我们从中不仅要深入研究热电子发射的基本规律，更要认真学习如何从实验角度研究物理规律的基本方法和实验数据处理的基本技巧，从而更好地提高我们的科学实验能力

 它的创始人之一，英国著名物理学家里 查孙(Owen W.Richardson,1879—1959)， 由于发现了热电子发射定律，即里查孙 定律，荣获1928年诺贝尔物理学奖。本 实验介绍一种测量金属（钨）逸出功的 方法-里查孙直线法。我们从中不仅 要深入研究热电子发射的基本规律，更 要认真学习如何从实验角度研究物理规 律的基本方法和实验数据处理的基本技 巧，从而更好地提高我们的科学实验能 力

一、实验目的1.用里查逊直线法测定钨的逸出功■2.学习直线测量法、外延测量法和补偿测量法等基本实验方法。■3.进一步学习数据处理的方法二、实验仪器■金属电子逸出功测定仪

 1.用里查逊直线法测定钨的逸出功。  2.学习直线测量法、外延测量法和补偿 测量法等基本实验方法。  3.进一步学习数据处理的方法。 一、实验目的 二、实验仪器  金属电子逸出功测定仪

三、实验原理电子从金属中逸出，需要能量：增加电子能量有多种方法，如用光照、利用光电效应使电子逸出或用加热的方法使金属中的电子热运动加剧，也能使电子逸出：本实验用加热金属，使热电子发射的方法来测量金属的逸出功若真空二极管的阴极（用被测金属丝作成）通以电流加热，并在阳极上加以正电压时，在连接这两个电极的外电路中将有电流通过，这种电子从热金属丝发射的现象，称热电子发射

 电子从金属中逸出，需要能量．增加电子能量有 多种方法，如用光照、利用光电效应使电子逸出， 或用加热的方法使金属中的电子热运动加剧，也 能使电子逸出．本实验用加热金属，使热电子发 射的方法来测量金属的逸出功．  若真空二极管的阴极（用被测金属钨丝作成）通 以电流加热，并在阳极上加以正电压时，在连接 这两个电极的外电路中将有电流通过，这种电子 从热金属丝发射的现象，称热电子发射。 三、实验原理

实验原理图G三Ua0

实验原理图 Ua Uf G

1.电子的逸出功根据固体物理学中金属电子理论，金属中的传导电子能量的分布是按费米一狄拉克能量分布的。即E-EdN4元KT +1(2mE2f(E):edE(1）是费米能级

 1.电子的逸出功  根据固体物理学中金属电子理论，金属中的传 导电子能量的分布是按费米－ 狄拉克能量分布 的。即 ( )         + − = = − 2 1 1 2 1 2 3 3 4 ( ) K T f E E E dE h dN f E m e  是费米能级 （1）

EE金属表面势垒电子按能量的分布T>OKE。T=OKE4Eb00x金属一真空界面表面势垒曲线金属中电子能量分布（x为电子距金属外表面的距离）

在通常温度下由于金属表面与外界（真空）之间存在一个势垒E在绝对零度时电子逸出金属至少需要从外界得到能量为：E=E,-E,=epE.称为金属电子的逸出功，其常用单位为电子伏特（eV)，它表征要使处于绝对零度下的金属中具有最大能量的电子逸出金属表面所需要给予的能量：中称为逸出电位

E E E e 0 = − = b f   在通常温度下由于金属表面与外界（真空）之 间存在一个势垒  在绝对零度时电子逸出金属至少需要从外界得 到能量为：  称为金属电子的逸出功，其常用单位为电子 伏特(eV)，它表征要使处于绝对零度下的金属 中具有最大能量的电子逸出金属表面所需要给 予的能量．Φ称为逸出电位， Eb E0

2.热电子发射理论能带理论是日前研究固体中电子运动的一个主要理论基础。在本世纪二十年代末和三十年代初期，在量子力学运动规律确定以后，它是在用量子力学研究金属电导理论的过程中开始发展起来的能带理论的出发点是固体中的电子不再束缚于个别的原子，而是在整个固体内运动，称为共有化电子

 2. 热电子发射理论  能带理论是目前研究固体中电子运动的 一个主要理论基础。在本世纪二十年代 末和三十年代初期，在量子力学运动规 律确定以后，它是在用量子力学研究金 属电导理论的过程中开始发展起来的。 能带理论的出发点是固体中的电子不再 束缚于个别的原子，而是在整个固体内 运动，称为共有化电子