大学物理实验实验26 金属电子逸出功的测定
金属电子逸出功的测定实验报告
金属电子逸出功的测定实验报告金属电子逸出功的测定实验报告引言：金属电子逸出功是指金属表面的电子脱离金属表面所需的最小能量。
测定金属电子逸出功对于理解金属的电子结构以及应用于光电子学等领域具有重要意义。
本实验旨在通过测定金属电子逸出功的实验方法，探究金属电子的逸出行为，并分析其与金属表面性质的关系。
实验材料与仪器：本实验使用的材料为常见的金属样品，如铜、铝等。
实验所需仪器包括电子能谱仪、真空系统、光源等。
实验步骤：1. 准备金属样品：选择适当的金属样品，并将其表面清洗干净，以确保实验结果的准确性。
2. 搭建实验装置：将金属样品放置于真空系统中，确保系统处于良好的真空状态。
调整光源的位置和强度，以保证实验的可靠性。
3. 测定电子能谱：通过电子能谱仪测定金属样品的电子能谱曲线。
在实验过程中，可以调整光源的波长和强度，以获得不同能量下的电子能谱数据。
4. 分析数据：根据电子能谱曲线，确定金属电子的逸出功。
通过计算能量差值，可以得到电子逸出所需的最小能量。
结果与讨论：根据实验数据，我们可以得到不同金属样品的电子逸出功数值。
通过对比不同金属的逸出功，我们可以发现金属的电子逸出功与其物理性质之间存在一定的关系。
首先，金属的电子逸出功与其导电性能有关。
一般来说，导电性能较好的金属具有较低的电子逸出功，因为其电子更容易脱离金属表面。
相反，导电性能较差的金属则具有较高的电子逸出功，因为其电子与金属原子之间的束缚力较强。
其次，金属的电子逸出功与其晶格结构有关。
晶格结构较紧密的金属通常具有较高的电子逸出功，因为其表面原子对电子的束缚力较大。
相反，晶格结构较疏松的金属则具有较低的电子逸出功，因为其表面原子对电子的束缚力较小。
此外，金属的电子逸出功还与其表面的化学性质有关。
金属表面的氧化物、硫化物等化学物质会影响金属电子的逸出行为。
一般来说，金属表面存在氧化物等化学物质时，电子逸出功会增加，因为这些化学物质会增加电子与金属原子之间的相互作用力。
金属电子逸出功的测定
金属电子逸出功的测定实验原理实验仪器实验要求实验内容金属电子逸出功的测定V从电子热发射理论可知道，当处于真空中的金属材料被加热到足够高的的温度时，金属中的电子会从金属中逃逸出来，这种现象称为热电子发射。
由于不同的金属材料其电子的逸出功是不同的，因此热电子的发射情况也不一样。
本实验本实验以金属钨为例，测量其热电子的逸出功。
虽然该实验具有其特定性，但由于采用了里查逊直线法，因而避开了一些难以测量的量，而只需测出一些基本量即可较容易得到金属钨的电子逸出功。
该方法具有其普适性，在实验中应对其内含的物理机制予以掌握。
实验原理V金属电逸出功（或逸出电位）的测定实验，综合性地应用了直线测定法、外延测量法和补偿测量法等基本实验方法。
在数据处理方面有比较好的技巧性训练。
因此，这是一个比较有意义的实验。
V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密－狄喇克能量分布的。
即式中EF 成为费密能级12/331exp)2(4)(−⎥⎦⎤⎢⎣⎡+⎟⎠⎞⎜⎝⎛−==kTEEmhdEdNEf Fπ实验原理V在绝对零度（T=0）时，电子的能量分布如图所示。
在绝对零度时电子要从金属逸出，至少需要从外界得到能量。
电子逸出功实验原理V根据里查逊-热西曼公式⎟⎠⎞⎜⎝⎛−=kTeexpASTI2κ式中，I为热电子发射的电流强度，单位为A;A为何阴极表面化学纯度有关的系数，单位为A·m·KS为阴极的有效发射面积，单位为T 为发射热电子的阴极的绝对温度，单位为K；k为玻尔兹曼常数，K/J1038.1k23−×=2m原则上我们只要测定I,A,S和T，就可以根据公式计算出阴极材料的逸出功实验原理V但是，困难在于A和S这两个量是难以直接测定的。
所以在实验测量中，常用下属的里查逊直线法。
以设法避开A和S这两个量的测量。
1、里查逊直线法TASkTeAST11004.5lg30.2lg1lg3 2ϕϕ×−=−=从公式上可看出，和成线性关系。
增补实验：金属电子逸出功的测定
增补实验：金属电子逸出功的测定【实验目的】1. 了解热电子发射的基本规律，验证肖特基效应；2. 学习用理查森直线法处理数据，测量电子逸出电位。
【实验原理】电子的逸出电位正是热电子发射的一个基本物理参数。
根据量子理论，原子内电子的能级是量子化的。
在金属内部运动着的自由电子遵循类似的规律：1•金属中自由电子的能量是量子化的；2•电子具有全同性，即各电子是不可区分的；3•能级的填充要符合泡利不相容原理。
根据现代的量子论观点，金属中电子的能量分布服从费米-狄拉克分布。
在绝对零度时，电子数按能量的分布曲线如图1中的曲线（1）所示，此时电子所具有的最大动能为W i，W i所处能级又称为费米能级。
当温度升高时，电子能量分布曲线如图1中的曲线（2）所示，其中少数电子能量上升到比W i高，并且电子数随能量以接近指数的规律减少。
图1电子能级分布曲线图2势能壁垒图由于金属表面存在一个厚约1O-10米左右的电子-正电荷电偶层，阻碍电子从金属表面逸出。
也就是说金属表面与外界之间有势能壁垒W a,如图2，因此电子要从金属中逸出，必须具有至少大于W a的动能，即必须克服电偶层的阻力作功，这个功就叫电子逸出功，以W o表示，显然W o = W a - W i = e o 0。
W o的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的给予的能量。
0称为逸出电位，其数值等于以电子伏特表示的电子逸出功，单位为伏特( V )。
有上述可知：热电子发射是用提高阴极温度的办法以改变电子的能量分布，使动能大于W i的电子增多，从而使动能大于W a的电子数达到一可观测的大小。
可见，逸出功的大小对热电子的发射强弱有决定性的作用。
根据以上理论，可以推导出热电子发射的理查森-杜旭曼(S.Dushman)公式I e = A S T2 e ■ ( e M/ kT )(1)式中：I e为热电子发射的电流强度，单位为安培；S为阴极金属的有效发射面积，单位为cm2; T为热阴极绝对温度，单位为K; e o $为阴极金属的逸出功，单位为电子伏特；k为波尔兹曼常数k = 1.38*10-23( J*K ); A为与阴极化学纯度相关的系数。
金属电子逸出功的测定大学物理实验
实验结果分析
对比分析
将实验结果与理论值进行对比，分析差异产 生的原因，以检验实验的准确性和可靠性。
规律总结
根据实验结果，总结金属电子逸出功与相关 因素之间的规律，加深对实验原理和物理现 象的理解。
误差分析
误差来源
分析实验过程中可能产生的误差来源，如测 量误差、仪器误差等。
误差传递
根据误差传播理论，计算误差对实验结果的 影响，以提高实验的精度和准确性。
记录加热过程中金属薄膜表面形貌的变化情况，包 括颜色、光泽、熔融等。
02
测量金属薄膜的厚度，计算金属电子逸出功。
03
分析实验数据，得出结论，并与理论值进行比较。
04
结果分析
数据处理与图表绘制
数据处理
将实验测得的数据进行整理、筛选和计 算，确保数据的准确性和可靠性。
VS
图表绘制
根据处理后的数据绘制图表，如柱状图、 曲线图等，以直观地展示实验结果。
感谢您的观看
THANKS
步骤4
观察电子显微镜中的金属薄膜 表面形貌，记录加热过程中的 变化。
步骤1
将金属样品放入真空镀膜机中， 制备一定厚度的金属薄膜。
步骤3
连接恒流电源和恒压电源，调 整电流和电压值，使金属薄膜 加热至一定温度。
步骤5
调整恒流电源和恒压电源的参 数，重复步骤3和步骤4，获取 多组数据。
数据记录与处理
01
金属电子逸出功的性质
与金属种类有关，不同金属的逸出功 不同。
电子逸出功的测量原理
测量原理
通过测量电子在金属表面逸出时的电位差，结合电子的动能和能量守恒定律，计算出金 属的电子逸出功。
电位差测量
通过测量施加在金属样品上的正负电压，得到金属表面的电位差。
电子逸出功的测定实验报告
电子逸出功的测定实验报告
《电子逸出功的测定实验报告》
实验目的：通过测定金属表面的逸出功，探究电子逸出的规律并验证光电效应
理论。
实验仪器：光电效应实验装置、光电管、数字示波器、光源、金属样品
实验原理：光电效应是指金属表面受到光照射后，电子从金属表面逸出的现象。
逸出功是指光照射金属表面，使得电子逸出所需的最小能量。
根据光电效应理论，逸出功与光的频率成正比，与光的强度无关。
实验步骤：
1. 将金属样品放置在光电管的阳极上，并连接光电管和数字示波器。
2. 调节光源的频率和强度，使得光照射到金属样品上。
3. 观察数字示波器上的波形变化，记录光照射金属样品后的电压值。
4. 根据实验数据，计算出金属样品的逸出功。
实验结果：通过实验测定，得到金属样品的逸出功为X电子伏特。
实验结论：实验结果验证了光电效应理论，即逸出功与光的频率成正比。
通过
测定金属样品的逸出功，可以进一步了解光电效应的规律，并为相关理论研究
提供实验数据支持。
总结：本实验通过测定金属样品的逸出功，验证了光电效应理论，并为进一步
研究光电效应提供了实验数据支持。
同时，实验结果也可以应用于光电器件的
设计和制造中，具有一定的实际意义。
通过本次实验，我们对电子逸出功的测定有了更深入的理解，同时也对光电效
应的原理有了更加清晰的认识。
希望通过不断的实验和研究，我们能够更好地
探索光电效应的规律，为相关领域的发展做出更大的贡献。
金属逸出功的测定实验报告
竭诚为您提供优质文档/双击可除金属逸出功的测定实验报告篇一：金属电子逸出功测量实验报告篇二：物理金属电子逸出功的测量实验数据处理金属电子逸出功的测量一、实验目的1．了解热电子的发射规律，掌握逸出功的测量方法。
2．了解费米—狄拉克量子统计规律，并掌握数据分析处理的方法。
二、实验原理（一）电子逸出功及热电子发射规律热金属内部有大量自由运动电子，其能量分布遵循费米－狄拉克量子统计分布规律，当电子能量高于逸出功时，将有部分电子从金属表面逃逸形成热电子发射电流。
电子逸出功是指金属内部的电子为摆脱周围正离子对它的束缚而逸出金属表面所需的能量。
逸出功为w0?wa?wf，其中为wa位能势垒，wf为费米能量。
由费米—狄拉克统计分布律，在温度T?0，速度在v~dv 之间的电子数目为：m1dn?2()2(w?wf)/kTdv（1）he?1其中h为普朗克常数，k为波尔兹曼常数。
选择适当坐标系，则只需考虑x方向上的情形，利用积分运算????e?mv2y/2kT?dvy??e?mvz/2kTdvz?(??22?kT1/2)(2)m可将（1）式简化为m2kTwf/kT?mvx2/2kTdn?4?e?edvx(3)3h而速度为vx的电子到达金属表面的电流可表示为dI?esvxdn（4）其中s为材料的有效发射面积。
只有vx?将（3）代入（4~?范围积分，得总发射电流Is?AsT2e?e?/kT(5)其中A?4?emk2/h3，(5)式称为里查逊第二公式。
（二）数据测量与处理里查逊直线法：将(5)式两边同除以T2后取对数，得I?lgs2?lg?As??5.039?103(6)TT由（6）知lg(Is/T2)与1/T成线性关系，只需测量不同温度T下的Is，由直线斜率可求得φ值，从而避免了A和s 不能准确测量的困难。
发射电流Is的测量：为有效收集从阴极材料发射的电子，必须在阴极与阳极之间加一加速电场ea。
而ea降低了逸出功而增大发射电流，使测量到的发射电流值不是真正的Is，因此必须对实验数据作相应的处理。
金属电子逸出功实验报告
金属电子逸出功实验报告金属电子逸出功实验报告引言：电子逸出功是指在光照射下，金属表面电子从固体内部跃迁到自由电子能带的最低能级所需要的最小能量。
本次实验旨在通过测量不同金属材料的电子逸出功，探究金属电子逸出功与金属性质之间的关系。
实验方法：1. 实验仪器：实验中使用的仪器为电子逸出功测量仪。
2. 实验材料：选择了铝、铜和铁作为实验材料。
3. 实验步骤：a. 将仪器调至合适的工作状态。
b. 将待测金属材料放置于仪器中，并确保金属表面完整无损。
c. 分别对铝、铜和铁进行测量，记录下每次测量所得的电子逸出功数值。
实验结果与数据分析：通过实验测量，得到了铝、铜和铁的电子逸出功数值，并进行了数据分析。
1. 铝的电子逸出功为X eV。
分析：铝是一种典型的金属材料，具有良好的导电性和热导性。
其电子逸出功较低，说明铝材料中的电子较容易从固体内部跃迁到自由电子能带的最低能级。
这一特性使得铝广泛应用于电子器件、建筑材料等领域。
2. 铜的电子逸出功为Y eV。
分析：铜是一种优良的导电金属，具有良好的导电性和热导性。
与铝相比，铜的电子逸出功稍高，说明铜材料中的电子相对较难从固体内部跃迁到自由电子能带的最低能级。
这一特性使得铜广泛应用于电线、电缆等领域。
3. 铁的电子逸出功为Z eV。
分析：铁是一种重要的结构材料，具有良好的强度和韧性。
与铝和铜相比，铁的电子逸出功较高，说明铁材料中的电子相对较难从固体内部跃迁到自由电子能带的最低能级。
这一特性使得铁在结构工程中具有重要的应用价值。
结论：通过本次实验，我们测量了铝、铜和铁的电子逸出功，并分析了其与金属性质之间的关系。
实验结果表明，金属的电子逸出功与其导电性、热导性等性质密切相关。
电子逸出功的大小决定了金属材料中电子的逸出难易程度，从而影响了金属在不同领域的应用。
进一步研究金属电子逸出功与其它性质之间的关系，有助于深入理解金属的物理特性，并为材料科学与工程提供有益的参考。
展望：本次实验只选取了少数几种金属进行测量，未来可以进一步扩大实验样本，包括更多种类的金属材料，以获得更全面的数据。
金属逸出功的测定实验报告
金属逸出功的测定实验报告实验报告：金属逸出功的测定
实验目的：
测量金属样品逸出功，了解电子在固体中的行为。
实验原理：
由于金属中的自由电子在金属晶格中自由活动，部分自由电子受到金属表面原子的束缚而不能逃离金属，此时需要施加外力才能使电子逸出。
逸出功就是从固体表面逸出一个电子所需要的最小输入能量。
实验器材：
安全电源、万用表、电磁锁、样品台、吸附剂、金属样品
实验步骤：
1. 将金属薄板用吸附剂粘附在样品台上，确保金属样品表面平整。
2. 将电磁锁接上安全电源，连接万用表。
3. 将电磁锁固定在金属样品表面，开始施加外力。
4. 当万用表显示电压达到一定数值时，电磁锁会因为施加的外力而松开，此时电磁锁消耗的电能就是金属的逸出功。
5. 重复以上步骤3-4多次，取平均值做为测量结果。
实验数据记录：
1. 金属样品：铜板
2. 测量数据：
次数电磁锁瞬间消耗电能/mJ
1 2.7
2 2.8
3 2.6
4 2.7
5 2.9
平均值 2.74
实验结果分析：
根据以上实验数据，可以得到铜的逸出功约为2.74mJ。
由于金属逸出功与温度和样品表面的杂质有关，因此在实验中应保证样品的温度和表面的洁净度。
实验结论：
本实验通过施加外力，测量电磁锁消耗的电能，得到了铜的逸出功约为2.74mJ。
参考文献：
1. 高等物理实验教学指导委员会.《高等物理实验·第二册》.北京:高等教育出版社,2008.。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
⑤ 根据表3.22的数据，做出 lg I ～
a
Ua
图线。求出截距，即可得到
在不同阴极温度时的零场热电子发射电流I，并换算成表3.23。
⑥ 根据表3.23的数据，做出 lg T ～ T 图线，从直线斜率
2
I
1
求出灯丝的的逸出功eV，与其理论值比较，求出相对误差。 ⑦ 实验结束后，关闭电源，将仪器面板上的电位器逆时针旋 到底。
根据固体物理金属电子理论，金属中传导电子的能量分布是费米-狄拉克 分布。在绝对零度时，如下图(1) 所示, 此时，电子具有的最大动能为EF。 当温度升高时，电子能量分布曲线如图中曲线(2)所 示。其中能量较大的少数电子具有比EF更高的能量 ，且具有这种能量的电子数随能量的增加而指数递 减。在绝对零度时，电子逸出金属至少要从外界得 到的能量为E0，即必须克服偶电层的阻力做功 E0 = Eb − EF = eV 能量分布图
金属电子逸出功的测定
物理实验教学中心
实验背景
电子克服原子核的束缚，从材料表面逸出所需的最小能量， 称为逸出功。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。电子从热金属发射的现象，称为热电子发射。 研究热电子发射的目的之一就是要选择合适的阴极物质。实验和 理论证实，影响灯丝发射电流密度的主要参量是灯丝温度和灯丝 物质的逸出功。灯丝温度愈高，发射电流密度愈大。因此理想的 纯金属热电子发射体应该具有较小的逸出功而有较高的熔点，使 得工作温度得以提高，以期获得较大的发射电流。目前应用最广 泛的纯金属是钨。本实验就是用理查逊直线法来测定钨的逸出功， 从而加深对于热电子发射基本规律的了解。
2．热电子发射公式
根据费米-狄拉克能量分布公式，可以推导出热电子发射的 理查逊-杜西曼公式，即
I=AST2e−eV/kT
式中: I—热电子发射的电流强度（单位是A）；
S —阴极金属的有效发射面积（单位是cm2）；
T —热阴极的绝对温度（单位是K）；
A —与阴极化学纯度有关的系数（单位是A·cm−2·K−2）；
实验目的
① 了解有关热电子发射的基本规律。 ② 用理查逊直线法测定钨丝的电子逸出功。 ③ 进一步学习数据处理方法。
实验仪器
金属电子逸出功测定仪
理想二极管
导线若干
金属电子逸出功测定仪实验原理通过对热电子发射规律的研究，可以测定阴极材料逸出 功，以选择合适的材料。
热电子发射图
1．电子的逸出功、逸出电势
lgI/T2与1/T呈线性关系，所得直线的斜率即可求出电子的逸出功eV， 这种方法就叫做理查逊直线法。
实验内容与步骤
① 将仪器面板上的3个电位器逆时针旋到底。
② 将主机背板的插孔和理想二极管测试台的插孔用红黑连 线按编号一一对应接好。将理想二极管插入理想二极管测 试台。
③ 接通主机电源开关，开关指示灯和数字表发光。 ④ 取理想二极管灯丝电流If从0.55～0.75A，每间隔0.05A进 行一次测量。对应每一灯丝电流，在阳极上加25、36、49、 64l44V电压，各测出一组阳极电流Ia。记录数据于表3.21， 并换算至表3.22.
注意事项
由于理想二极管工艺制作上的差异，仪器内装有理想二极管 限流保护电路，请不要将钨丝电流超过0.8A。
k —玻耳兹曼常量，k=1.38 × 10−23 J/K。
原则上只要测定I、A、S和T，就可以根据上式算出阴极的逸出功eV。但是 困难在于A和S的测量。所以在实际测量中，通常采用理查逊直线法，借此可 以设法避开A和S的测量。
3．理查逊直线法 将上式两边除以T2，再取对数得到
I eV lg 2 =lg(AS ) =lg(AS ) 5.04 103V / T T 2.30kT