金属电子逸出功测量实验报告_图文
实验5金属逸出功
实验5.4 金属电子逸出功的测量【实验目的】（1） 了解热电子发射的基本原理（2） 学习用里查逊直线法测量钨的逸出功[1] （3） 学习外延测量法和补偿测量法等基本实验方法 （4） 进一步学习实验处理的方法【实验仪器】WF —3型逸出功测定仪，包括：主机、理想二极管及座驾、WF —3型组合数字电表【仪器介绍】1. 理想（标准）二极管2. WF —3型金属电子逸出功测定仪【实验原理】（1）热电子发射公式实验中,给金属通电加热，提高其温度，使电子的动能增加，从而使电子金属中逸出，形成热电子发射。
热电子发射公式I=AST 2exp （-e∅K T）A--------------与阴极材料表面化学纯度有关的系数 T--------------阴极的绝对温度I---------------热电子发射的电流K--------------玻尔兹曼常数， S--------------阴极的有效发射面积原则上只要测出I 、A 、S 、T ，即可计算出阴极材料的逸出功。
但由于A ，S 这两个量难以直接测定以及肖特基效应[2]，还不能求出逸出功。
在实际测量中，常用以下测量和数据处理的方法： （3）用里查逊直线法测逸出功 将热电子发射公式两边除以T 2，再取对数得2311.3810J k k --=⨯⋅lg IT 2=lg （AS ）-5.039X 103∅T可见，lg IT 2与1T 成线性关系。
由直线的斜率可得出金属的逸出电位。
这种方法称为里查逊直线法。
（5） 零场电流的测量加速电场为零时阴极的发射电流称为零场电流I 。
为了使阴极发射的热电子连续不断地飞向阳极，必须在阴极与阳极之间加一个加速电场，但加速电场的存在导致阴极表面的势垒[3]E b 降低，逸出功减少，助长阴极的电子发射。
可以证明，阴极热电子发射电流与加速电场的关系为I a =Iexp （0.439 E aT）式中E a ----------阴极表面加速电场的电场强度 I a -----------阴极加速场强为E a 时的阴极发射电流 I ------------零场电流（6） 灯丝温度的测定理想二极管的灯丝（纯钨丝）电流已经标定，只要准确测定灯丝电流，查表就能得到阴极温度。
钨的逸出功测定(大学近代物理实验)
钨的逸出功测定(大学近代物理实验)实验目的：1.了解钨表面的逸出功测定方法。
2.学习钨电子能谱方法。
3.掌握逸出功与温度和表面状态的关系。
4.通过实验数据计算得到钨的逸出功。
仪器与材料：电子束热发射仪、计算机、真空泵、钨薄膜、镍合金实验盒。
实验原理：钨是重要的高温结构材料，容易发生电子热发射，所以逸出功是钨表面一个最基本的特性参数。
钨的热电子能级结构与其它金属类似，含有一个包括s、p、d、f轨道的复杂能带结构。
电子热发射是钨表面电子脱离晶格后跃迁到真空态所需要的最少能量。
薄膜的逸出功随着温度的升高而降低。
因此，可以测绘出钨的逸出功和温度的关系。
实验步骤：1.将钨薄膜镀在镍合金实验盒内的一个平面上。
2.打开真空泵，将压力降至梯度高于10−5 Torr。
3.将实验盒加热3h，在300K (27摄氏度)下进行等温循环科学地加热。
4.开始逐步在高温的状态下测量钨表面的电子热发射特性。
5.调整电子束发射的初始电压，使得它小于钨薄膜的逸出功。
6.将电子束的电流逐步增加，关注记录电子流随电压增加的变化曲线。
7.记录最小发射跳点和最小逸出功，分析测量结果，计算钨的逸出功和热电子能级的结构。
实验结果：在对钨薄膜进行逸出功测定的实验中，我们得出了一些有用的数据。
我们发现，随着温度的升高，钨薄膜的逸出功下降，这符合我们预期的结果。
我们还发现，钨表面的电子热发射特性受电流和电压的影响很大，但这些因素与温度并不相关。
通过对测量数据的分析，我们成功地计算出了钨的逸出功值。
结论：本实验通过使用电子束热发射仪，在恒定温度下测量了钨薄膜的逸出功并分析了其变化情况。
我们的实验结果表明，钨的逸出功与表面状态和温度有关，并且可以通过电子能谱和测量真空下的电子发射流测定。
因此，本实验结果对深入了解钨材料的高温特性，以及在高温结构材料方面的应用具有重要的参考价值。
逸出功实验报告
逸出功实验报告引言：逸出功是指材料中的电子逃逸出材料表面所需的最小能量，是研究材料电子行为的重要参数。
逸出功实验是通过测量材料表面逸出电子的能量来确定材料逸出功的一种方法。
本实验旨在通过逸出功实验，探究材料逸出功与材料性质之间的关系，为材料表面性能的研究提供实验数据。
实验原理：逸出功实验主要基于电子的波动性和粒子性。
根据波动性，电子在材料表面会受到衍射和干涉等现象的影响，形成驻波。
根据粒子性，电子的能量与波长之间存在关系。
逸出功实验利用光电效应，即光子与物质相互作用时，能量转移给物质，使得物质表面的电子能量达到逸出功所需的最小能量，进而逸出材料表面。
根据逸出电子的动能和入射光子的能量之间的关系，可以测量材料的逸出功。
实验步骤：1. 准备实验所需材料：包括不同材料的样品、光源、光电倍增管等设备。
2. 将光源照射到样品表面，并调节光源的强度和波长。
3. 通过光电倍增管测量逸出电子的动能，并记录测量结果。
4. 改变光源的强度和波长，重复步骤3，以获得多组测量数据。
5. 根据逸出电子的动能和入射光子的能量之间的关系，计算材料的逸出功。
实验结果与讨论：根据实验测得的逸出电子的动能和入射光子的能量之间的关系，可以得到不同样品的逸出功。
实验结果显示，逸出功与材料的性质密切相关。
不同材料的逸出功差异较大，这是由于材料的物理化学性质不同导致的。
例如，金属材料通常具有较低的逸出功，而半导体和绝缘体材料的逸出功较高。
这是因为金属材料具有较低的禁带宽度，电子容易逸出；而半导体和绝缘体材料的禁带宽度较大，电子逸出需要更高的能量。
逸出功还受材料表面的形貌和结构等因素的影响。
表面缺陷和杂质等会增加逸出功，而光照和热处理等可以降低逸出功。
因此，在材料应用中，可以通过调控材料的表面形貌和结构，来调节材料的逸出功，从而实现对材料电子性能的控制。
结论：逸出功实验是一种测量材料逸出功的有效方法。
通过逸出功实验，我们可以了解材料的电子行为和性质，为材料表面性能的研究提供实验数据。
逸出功的测量
＝，属电子的逸出功，常用电子伏特（V量。
是电子电荷，称为逸出电位。
电子从被加热金属中逸出的现象称为热电子发射。
热电子发射是通过提高金属温度的方法，改变电子的能－)为阴极的有效发射面积，为玻耳兹曼常数，＝为度数），为逸出功，= 1.6022×＝－)ln= lnAS－ln与成线性关系。
其斜率M = （3）因此，如果测得一组灯丝温度及其对应的发射电流的数据，以ln为纵坐标，为横坐标作图从所得直线的斜率即可求出该金属的逸出功 或逸出电位。
的公认值为公认= 4.54V 。
但是，必须消除阴极灯丝附近电子堆积所形成的影响电子发射的屏幕效应。
要使阴极发射的热电子连续不断地飞向阳极，I f 消除空间电荷的影响，必须在阳极与阴极之间外U f 加一个足够强加速电场E a ，当灯丝阴极通以加热. 图热电子发射原理电路图 电流I f 时，若灯丝已发射热电子，则电子在 加速电场作用下趋向阳极，形成阳极电流I a 。
加速电场的存在，使电子从阴极发射出来时得到一个助力，因而使发射电流增大，这种外电场产生的电子发射效应称为肖脱基效应。
阴极发射电流I a 与阴极表面加速电场E a 的关系为:) （4）式中I a 和I 分别表示加速电场为E a 和零时的发射电流。
式（4）取对数得（5）为了方便，一般将阴极和阳极制成共轴圆柱体，在忽略接触电势差等影响的条件下，阴极表面附近加速电场的场强为E a ＝ （6）式中r 1、r 2分别为阴极及阴极圆柱面的半径，U a 为加速电压。
将式（6）代入式（5）得（7）图二 lnI a ～直线确定lnI a,o 图三 理想二极管的结构图式（7）表明，对于一定尺寸的直热式真空二极管，r 1、r 2一定，在阴极的温度T 一定时，lnI a 与也成线性关系，lnI a ～直线的延长线与）式以作横轴作纵轴（），求出斜率M=（lnM′== 2.302585•k M′/e＝＋-4因为<1，所以物体的真实温度总是高于该物体的亮度温度。
逸出功的测定
中国石油大学 近代物理实验 实验报告 成 绩：班级： 姓名： 同组者： 教师：实验 1-4 逸出功的测定【实验目的】1、了解热电子发射规律。
2、掌握逸出功的测量方法。
3、学习一种数据处理方法。
【实验原理】如图1-4-1所示。
电子从加热金属中发射出来的现象，称热电子发射。
1、 电子的逸出功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：1)2(421233＋π＝－kT W W Fe W m hdWdN 式中W F 称费米能级。
在绝对零度时，电子的能量分布如图1-4-2中的曲线(1)所示。
此时电子所具有的最大动能为W F 。
当温度升高时，电子的能量分布如图1-4-2中的曲线(2)所示。
其中少数电子具有比W F 高的能量，并以指数规律衰减。
由于金属表面与外界(真空)之间存在势垒W b ，如图1-4-3。
电子要从金属逸出，必须至少有能量W b 。
从图1-4-3可看出，在绝对零度时，电子逸出金属表面，至少需要得到能量W 0＝W b 一W F ＝e φ （1-4-2）可见，热电子发射，就是利用提高阴极温度的办法，改变电子的能量分布，使其中一部分电子的能量大于W b ，从金属中发射出来。
2、热电子发射公式图1-4-1 真空二极管工作原理图1-4-2 费米能量分布曲线 图1-4-3 金属表面势垒根据费米-狄拉克能量分布公式(1-4-1)，可以推导出热电子发射公式，称里查逊-杜什曼(Richardson-Dushman )公式。
kTe eAST I Φ－＝20 (1-4-3)将(1-4-3)式两边除以T 2，再取对数，得到T 1004.5AS lg kT 30.2e AS lg TI lg320Φ－＝Φ－＝ (1-4-4) 从得到的直线斜率即可求出电子的逸出功e φ值。
4、发射电流I 0的测量(1-4-3)式中的I 0是不存在外电场时的阴极热发射电流并在空间堆积。
逸出功
逸出功的测定【实验目的】1、了解热电子发射规律。
2、掌握逸出功的测量方法。
3、学习一种数据处理方法 【实验原理】若真空二极管的阴极(用被测金属钨做成)通以电流加热，并在阳极上加正电压，则在连结两个电极的外电路中就有电流通过，如图1-4-1所示。
这种电子从加热金属中发射出来的现象，称热电子发射。
研究热电子发射的目的之一，就是要选择合适的阴极材料。
逸出功是金属的电子发射的基本物理量。
1、 电子的逸出功由于金属表面与外界(真空)之间存在势垒W b ，如图1-4-3。
电子要从金属逸出，必须至少有能量W b 。
在绝对零度时，电子逸出金属表面，至少需要得到能量W 0＝W b 一W F ＝e φ （1-4-2）W 0(e φ)称为金属电子的逸出功，常用单位为电子伏特(eV)。
它表征要使处于绝对零度下的具有最大能量的电子逸出金属表面所需给予的能量。
e 为电子电荷，φ称逸出电位。
可见，热电子发射，就是利用提高阴极温度的办法，改变电子的能量分布，使其中一部分电子的能量大于W b ，从金属中发射出来。
因此逸出功的大小，对热电子发射的强弱具有决定性的作用。
2、热电子发射公式根据费米-狄拉克能量分布公式(1-4-1)，可以推导出热电子发射公式，称里查逊-杜什曼(Richardson-Dushman )公式。
kTe eAST I Φ－＝20 (1-4-3)式中：I 0-热电子发射的电流强度(A)S-阴极金属的有效发射面积(cm 2) k -玻尔兹曼常数 T -绝对温度e φ-金属的逸出功A-与阴极化学纯度有关的系数 3、里查逊直线法将(1-4-3)式两边除以T 2，再取对数，得到T 1004.5AS lg kT 30.2e AS lg T I lg320Φ－＝Φ－＝ (1-4-4)从(1-4-4)式可以看出，20lg T I 与T 1成线性关系。
如果以20lg TI 为纵坐标轴，T 1为横坐标轴作图1-4-1 真空二极管工作原理图，从得到的直线斜率即可求出电子的逸出功e φ值。
东南大学金属逸出功与电子荷质比
I1
I1
４．计算不同温度T 时的 lg 2 和 值，并据此作出 lg ～ 图线。根据直线斜率
2
TT
TT
示范报告
求出钨的逸出电势φ。
【实验数据】
灯丝电流
If/A
灯丝温度
0.55 1.80
T/103K
阳 极 电 压 阳极电流
Ua
Ia /μA
16
5
25
5
36
5
49
5
64
6
81
6
100
6
121
6
0.60 1.88
IC
,且此时R =
a/ 2 ,阳极电压U a与 I C的关系可写为:
U + E /e e a2 2
a
IC2
= × ×K¢ m8
U + E /e
或: a
=K
I2 C
（５）
e a2 2
与2
上式中 K = × × K ¢ 为一常数。显然，a I 成线性关系。可按多数电子的运动
U
C
m8
情况来考虑临界点：在阳极电流 I a ~ I
1
2
处产生的磁感强度：
B 0 = m 0 NI 2 ( rr)
21
r 2+ ln
r+
1
2
2
r2+ L
r 2+ L 2
1
（6）
再将此磁感强度和测得的 K 值、理想二极管的阳极内半径 a 等代入公式(5)、(4)、(3)， 即
可求得电子的荷质比 e/ m 。
【实验仪器】 WF-4 型金属电子逸出功测定仪、计算机等。
示范报告
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。
实验二LW-1钨的逸出功
实验⼆LW-1钨的逸出功实验⼆钨的逸出功实验逸出功：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。
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。
L W－1 钨的逸出功综合实验仪为研究真空⼆极管内电⼦运动规律，了解热电⼦发射的有关物理现象提供便利，可进⾏理想真空⼆极管特性曲线测定，验证空间电荷区上⼆分之三次⽅定律。
利⽤⾥查逊直线法进⾏数据处理，测定钨的逸出功。
实验⽬的：1、研究真空⼆极管内电⼦运动规律，了解热电⼦发射的有关物理现象2、验证空间电荷区上⼆分之三次⽅定律。
3、测定理想真空⼆极管特性曲线4、利⽤⾥查逊直线法进⾏数据处理，测定钨的逸出功仪器配置了⽤于测量板压，板流的⼆直流数字表及测量灯丝电压的交流数字表，不⽤增添其他仪器、仪表便可进⾏实验，便利实⽤。
⼀、原理1、理想真空⼆极管的伏安特性图1表⽰真空⼆极管的两种基本结构。
在抽成⾼度真空（106 mmHg以上）的管壳中，密封着两个⼯作电极，⼀个叫阴极，⼀个叫阳极。
阴极被加热到很⾼的温度（⼀般⾼达2500K数量级）。
加热⽅式可以如图中（a）所⽰，通过另外⼀个灯丝间接加热（称为旁热式），也可以象图中（b）那样在阴极中直接通过加热（称为直热式）。
阴极加热以后能发射电⼦，这种现象称作热电⼦发射。
电⼦从⾦属表⾯逸出时必须克服⼀定的势垒，加热的作⽤就是提供给某些电⼦以必要的能量。
阴极温度愈⾼，单位时间逸出的电⼦数就愈多，能提供的电流就愈⼤。
这⼀过程与⽔分⼦从⽔⾯蒸发⾮常相似，温度愈⾼，⽔的蒸发也就愈快。
电⼦⼀旦逸出阴极，就能在真空中⾃由运动。
假如像图1中那样，在阳极和阴极间加上电压，使阳极相对于阴极带正电压，形成的电场将把电⼦驱向阳极，然后流经外电路⼜回到阴极，这⼀电流称为阳极电流。
它随两极之间所加电压⼤⼩⽽变化的关系称为⼆极管的伏安特性，如图2所⽰。
金属逸出功的测量
金属电子逸出功的测量金属中存在大量的自由电子，但电子在金属内部所具有的能量低于在外部所具有的能量，因而电子逸出金属时需要给电子提供一定的能量，这份能量称为电子逸出功。
研究电子逸出是一项很有意义的工作，很多电子器件都与电子发射有关，如电视机的电子枪，它的发射效果会影响电视机的质量，因此研究这种材料的物理性质，对提高材料的性能是十分重要的。
实验目的1．用里查逊(Richardson)直线法测定钨的逸出功；2．了解热电子发射的基本规律；3．学习避开某些不易测常数而直接得到结果的实验方法；4．学习测定电子荷质比的方法；5．测定电子荷质比。
实验仪器W—Ⅲ型金属电子逸出功测定仪，理想二极管，螺线管、导线等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电子逸出功。
图1 热电子发射电路图图2 二极管的电子电流曲线如图1所示，若真空二极管的阴极(用被测金属钨丝做成)通以电流加热，并在阳极上加以正电压，在连接这二个电极的外电路中将有电流通过。
这种电子从加热金属线发射出来的现象，称为热电子发射。
电流的大小主要与灯丝温度及金属逸出功的大小有关，灯丝温度越高或者金属逸出功越小，电流就越大。
二极管的电子电流曲线如图2所示。
研究热电子发射的目的之一，是选择合适的阴极材料。
诚然，可以在相同加热温度下测量不同阳极材料的二极管的饱和电流，然后相互比较，加以选择．但通过对阴极材料物理性质的研究来掌握其热电子发射的性能，是带有根本性的工作，因而更为重要。
热电子发射与发射电子的材料的温度有关，因为金属中的自由电子必须克服在金属表面附近的电场阻力做功才能逸出金属表面，这个功叫逸出功。
不同金属材料逸出功的值是不同的。
此外，热电子发射还与阴极材料有关。
因为各种金属材料具有不同的表面逸出功，因而在阴极温度相同时，若材料不同，其发射的电子数也是不等的。
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实验目的：
1. 了解有关热电子发射的基本规律。
2. 学习测定金属钨逸出功的理查逊直线法。
3. 进一步学习数据处理的方法。
实验仪器：
WF-2型金属电子逸出功测定仪和理想（标准）二极管。逸出功测定仪主要包括二极管灯丝
温度测量系统、专用电源、显示测量电压电流的数字电表。
实验内容与基本原理：
1. 热电子发射测量电子逸出功的基本原理
真空二极管的阴极（用被测金属钨丝做成）通以电流加热以提
高阴极温度，温度的升高改变了金属钨丝内电子的能量分布，使动
能大于FE的电子增多，使动能大于bE的电子数达到可观测的大小，
使从金属表面发射出来的热电子达到可检测的数目，因此在阳极
A
未加正电压（图3.11-4中0aU）时，连接两个电极的外电路中也
将会检测到有热发射电流I（称为零场电流）通过。此零场电流强
度I由理查逊-热西曼公式确定，有
kTeASTIexp
2
(3.11.1)
它就是热电子发射测量电子逸出功的基本原理公式。式中A是和阴极表面化学纯度有关的系数
（单位为A/(m2·K2)），S为阴极的有效发射面积（单位为m2），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。此式显示出电子逸出功（e）对热电子发射的强弱有着
决定性作用。
将3.11.1式两边除以2T,再取对数，得
TASkTeASTI11004.5lg30.2
lglg32
（3.11.2）
此式显示2lgTI与T1成线性关系。如以2lgTI为纵坐标，T1为横坐标作图，由直线斜率即可求出
电子的逸出电势和电子逸出功e。这样的数学处理方法叫理查逊直线法。
2. 零场电流I的测量
当热电子不断从阴极射出飞向阳极过程中形成空间电荷，空间电荷的电场阻碍后续的电子
飞往阳极，这就严重地影响零场电流的测量。为了克服空间电荷电场的影响，使电子一旦逸出
就能迅速飞往阳极，不得不在阳极和阴极之间加一个加速场aE。但是，aE的存在又会产生肖
μA
A
f
U
a
U
a
I
f
I
K
图3.11-4 热电子发射电路图
.
.
脱基效应，使阴极表面的势垒bE降低，电子逸出功减小，发射电流变大，因而测量得到的电流
是在加速电场aE的作用下阴极表面发射电流aI,而不是零场电流I。可以证明零场电流I与
a
I
的关系为
0.439expaaE
IIT
对上式取对数，曲线取直，有
TEIIaa30.2
439.0
lglg
（3.11.3）
通常把阴极和阳极做成共轴圆柱形，忽略接触电位差和其它影响，则加速电场可表示为
121
ln(/)aaUErrr
，其中1r和2r分别为阴极和阳极的半径，aU为阳极电压（图3.11-4）。把aE代
入上式得
121
0.4391
lglg2.30ln(/)aaIIUTrrr
（3.11.4）
此式是测量零级电流的基本公式。对于一定尺寸的二极管，当阴极的温度T一定时，aIlg和
a
U
成线性关系。如果
以aIlg为纵坐标、
以aU为横坐标作
图，这些直线的延
长线与纵坐标的交
点为lgI，如图
3.11-5所示。求反
对数，可求出在一
定温度下的零场电流I。
测量数据与数据处理：
1. 按照图3.11-6连接好实验电路，接通电源，预热十分钟。
2. 调节理想二极管灯丝电流fI在0.55-0.75A之间，每隔0.05A进行一次测量。如果阳极电
流aI偏小或偏大，也可适当增加或降低灯丝电流fI。对应每一灯丝电流，在阳极上加上25V，
36V，49V，64V，…，144V电压，各测出一组阳极电流aI。记录数据于表3.11.2中，并换算至
图3.11-6 实验电路图
图3.11-5 外推法求零场电流
0 5
10
1
T
2
T
3
T
4
T
5
T
54.......i
TTT
lgaI
a
U
lgI
.
.
表3.11.3。
3. 根据表3.11.3
中的数据，作出
lgaaIU
图线。
求出截距Ilg，即可
得在不同阴极温度
时的零场热电子发
射电流I，并换算至
表3.11.4。
4. 根据表3.11.4，
做出21lgITT 图
线。由直线斜率求
电子逸出电势，计
算出逸出功e，并
与公认值4.54 eV
比较，计算相对误
差。
测量结果及实验结论
直线斜率：m＝41039.2；逸出功：e＝4.74 eV；逸出功公认值：e＝4.54 eV；
相对误差E=4.4%
25 36 49 64 81 100 121 144
0.55
5 5 5 5 5 5 5 6
0.60
20 20 21 21 21 22 22 23
0.65
69 70 72 73 74 75 76 78
0.70
210 213 217 220 224 227 232 235
0.75
558 569 580 591 601 613 625 637
a
U
(
V)
a
I
(10-6A)
f
I
(A)
表3.11.2 在不同阳极加速电压和灯丝温度下的阳极电流
5.0 6.0 7.0 8.0 9.0 10.0 11.0 12.0
1.80 -5.31 -5.31 -5.31 -5.31 -5.31 -5.31 -5.31 -5.23
1.88 -4.70 -4.70 -4.68 -4.68 -4.68 -4.66 -4.68 -4.64
1.96 -4.16 -4.155 -4.153 -4.137 -4.131 -4.125 -4.119 -4.108
2.04 -3.678 -3.672 -3.664 -3.658 -3.650 -3.644 -3.635 -3.629
2.12 -3.254 -3.245 -3.237 -3.229 -3.222 -3.213 -3.205 -3.196
表3.11.3 数据的换算值
(V)aU
T
(103K)
lgaI
表3.11.4 21lgITT表
T
(103K)
1.80 1.88 1.96 2.04 2.12
Ilg
-5.36 -4.74 -4.19 -3.71 -3.29
2
lg
T
I
-11.86 -11.29 -10.77 -10.33 -9.95
1T
(10-3)
0.55 0.53 0.51 0.49 0.47
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分析讨论：
从测量结果来看，本实验的精度较高。也可以将灯丝电流调节到0.50A和0.80A分别测量
在不同的阳极电压下回路中的阳极电流，这样可以进一步提高实验的测量精度。这种较好的实
验测量原理和数据处理方法可以用来测量其它金属材料的逸出功，不仅仅局限于钨。
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