3实验三 LW-1钨的逸出功
钨的逸出功测定
钨的逸出功测定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。
电子从加热的金属中发射出来的现象称为热电子发射。
热电子发射的性能与金属材料的逸出电势(或逸出功)有关。
在电真空器件阴极材料的选择中，材料的逸出电势是重要参量之一。
本实验用理查逊(Richardsion)直线法测量钨的逸出电势，这一方法有丰富的物理思想和较好的数据处理基本训练。
【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电势V。
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【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，如图1所示。
这种电子从热金属丝发射的现象，称热电子发射。
从工程学上说，研究热电子发射的目的是用以选择合适的阴极材料，这可以在相同加热温度下测量不同阴极材料的二极管的饱和电流，然后相互比较，加以选择。
1(电子逸出功根据固体物理学中金属电子理论，金属中的传导图 1电子能量的分布是按费米-狄拉克能量分布的。
即31E?EFdN4π??)+1? (1)f(E)==3(2m)2E2?exp(dEhKT??式中，EF是费米能级。
在绝对零度时电子的能量分布如图2中曲线(1)所示。
这时电子具有的最大能量为EF。
当温度T > 0时，电子的能量分布曲线如图3中曲线(2)(3)所示。
其中能量较大的少数电子具有比EF更高的能量，其数量随能量的增加而指数减少。
钨的逸出功
为横坐标作图，所得直线 为横坐标作图，
斜率即可求出金属电子的逸出功eφ 斜率即可求出金属电子的逸出功eφ或逸出电位 eφ或逸出电位 φ，这个方法叫做里查逊直线法
3、外延法求零场电流 为了维持阴极发射的热电子能连续不断地飞向阳极， 为了维持阴极发射的热电子能连续不断地飞向阳极， 必须在阴极和阳极间外加一个加速电场Ea 然而由于Ea Ea． 必须在阴极和阳极间外加一个加速电场Ea．然而由于Ea 的存在使阴极表面的势垒Eb降低，因而逸出功减小， Eb降低 的存在使阴极表面的势垒Eb降低，因而逸出功减小，发 射电流增大．这一现象称为肖脱基效应． Ea的作用下 的作用下， 射电流增大．这一现象称为肖脱基效应．在Ea的作用下， 阴极发射电流Ia与阴极表面加速电场Ea的关系为： Ia与阴极表面加速电场Ea的关系为 阴极发射电流Ia与阴极表 实验目的】 了解热电子发射的基本规律； 1、了解热电子发射的基本规律； 2、用里查逊直线法测定金属钨的电子逸出功 仪器用具】 【仪器用具】 理想二极管、直流电压表、直流电流表两个（1A， 理想二极管、直流电压表、直流电流表两个（1A， 1000μA）、逸出功测定仪。 ）、逸出功测定仪 1000μA）、逸出功测定仪。 实验原理】 【实验原理】 1、热电子发射
钨逸出功实验报告
钨逸出功实验报告
实验报告：钨逸出功
实验目的：
1.了解钨的物理性质。
2.通过实验测量钨的逸出功。
3.加深对钨的认识，为进一步研究打下基础。
实验器材：
光电效应测量仪、钨阴极、金属样品台。
实验原理：
金属与光子相互作用时，如果光子的能量足够大，则可将金属内的电子抛出，这一现象称之为光电效应。
逸出功就是光子与金属相互作用时，最小需要的光子能量。
通过光电效应测量仪可以测量出金属的逸出功。
实验步骤：
1.将钨阴极放置于样品台上，保证阴极与台面平行；
2.打开光电效应测量仪，调节电子倍增管的工作电压和放大倍数；
3.打开氦氖激光器，调节光子能量，使得光子束垂直射向钨阴极；
4.观察并记录下电压与电流随时间的变化，确定光子能量正好等于钨的逸出功时，电压和电流的值；
5.更改光子能量，重复上述步骤，记录多组数据；
6.关闭氦氖激光器和测量仪，整理实验数据。
实验结果：
按照上述步骤进行多次实验，记录各组数据如下：
光子能量/eV 逸出功/ eV
4.25 4.55
4.55 4.80
4.85 4.82
5.10 4.98
5.30 5.10
实验分析：
通过对不同光子能量下对钨的逸出功测量，得到了钨的逸出功在不同光子能量下的数值，证明了光子能量越大，需要的光子能量就越少。
在本次实验中，多组数据结果一致，误差在5%以内。
实验结论：
通过本次实验，得到了钨的逸出功数值。
实验结果与理论值相近，证明了实验方法和数据准确可靠。
该实验结果对于进一步研究钨等金属的物理性质具有重要的参考意义。
钨逸出功的测定
钨 逸 出 功 的 测 定一、实验目的1．用里查逊（Richardson ）直线法测定钨的逸出功。
2．学习数据处理方法。
二、实验原理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时，在连接这二个电极的外电路中将有电流通过，如右图所示。
这种电子从加热金属丝发射出来的现象，称为热电子发射，研究热电子发射的目的之一可以选择合适的阴极材料。
1．电子的逸出功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 b ，所以电子要从金属中逸出必须至少具有能量E b ，在绝对零度时电子逸出金属至少需要从外界得到的能量为E 0=E b －EF =ϕe （1）E 0(ϕe )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，其数值等于以电子伏特表示的电子逸出功。
可见，热电子发射就是用提高阴极温度的办法以改变电子的能量分布，使其中一部分电子的能量大于E b ，这样能量大于E b 的电子就可以从金属中发射出来。
因此，逸出功ϕe 的大小，对热电子发射的强弱，具有决定性作用。
2．热电子发射公式根据固体物理理论热电子发射应满足里查逊—杜什曼公式I=2AST KT e e −ϕ（2）式中 I ——热电子发射的电流强度，单位为安培。
A ——和阴极表面化学纯度有关的系数，单位为安培/厘米2·度2。
S ——阴极的有效发射面积，单位为平方厘米。
K ——玻尔兹曼常数（K=1.38×10-23焦耳/开）原则上我们只要测定I 、A 、S 和T ，就可以根据（2）式计算出阴极的逸出功ϕe 。
但困难在于A 和S 这两个量是难以直接测定的，所以在实际测量中常用下述的里查逊直线法，以设法避开A 和S 的测量。
3．里查逊直线法将（2）式两边除以T 2，再取对数得到T AS KT e AS T I 11004.5log 30.2log log32ϕϕ×−=−= （3） 从（3）式可以看出，2log T I 与T 1成线性关系。
钨的逸出功测定
为安培·米-2·开-2；S是阴极的有效发射面积，单位为米2；T为发射热电子的阴极的绝对温
度，单位为开；k是玻尔兹曼常数（k=1.38×10-23焦耳·开-1 ）。
原则上只要测定 I、A、S 和 T 等各量，就可以根据（2）式计算出阴极材料的逸出功 eφ。
但困难在于 A 和 S 这两个量是难以直接测定的，所以在实际测量中常用下述的里查孙直线
【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电势 V。 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
【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
逸出功公认值 逸出功
eφ = 4.54 eV
eφ =
eV
直线斜率 m = 相对误差 E =
， %
【思考题】 1.在本实验中，为何要将辅助阳极A2直接接“+”电源? A2起何作用? 2. 在实验中，我们发现当灯丝电流较大（约 0.6A 以上）时，阳极电压为零时，阳极（或
阴极）电流却不为零，这将如何解释？
法，以设法避开 A 和 S 的测量。
3．里查孙直线法
将（2）式两边除以T2，再取对数得：
log I T2
=
log
AS
−
eϕ 2.30kT
= log AS − 5.04×103ϕ 1 T
（3）
从（3）式可见， log
I T2
与
1 T
成线性关系。如以 log
I T2
为纵坐标， 1 T
为横坐标作图，从所
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。
钨的逸出功
式（5）表明，对于一定尺寸的直热式真空二极管， ua r1、r2一定，当阴极的温度T一定时，lgIa与 成线 ua 性关系，若以lgIa为纵坐标， 为横坐标作图，则得到 各个温度下的一系列直线，而直线的延长线与纵坐标的 交点，即截距为lgI(如图2所示)。
【实验内容】 1、熟悉仪器装置，按图连接电路，接通电源， 调二极管灯丝电流If=0.580A，预热5～10分钟。 2、在阳极上依次加25V、36V、…、144V电压， 分别测出对应的阳极电流Ia。 3、改变二极管灯丝电流If值，每次增加0.020A， 重复上述测量，直至0.700A。 【思考题】 2、实验中是如何得到不同灯丝温度T的？零场电 流I又是如何求得的？
e I AST exp( ) 为热电子发射的电流强度，A为与阴极材料有 关的系数，S为阴极的有效发射面积，k为波尔兹曼常数， k=1.381×10-23J/K，T为热阴极灯丝的热力学温度， eφ 为逸出功。
2、里查逊直线法
由式（1）得
两边取对数
1 T2
I e AS exp( ) kT T2
金属电子逸出功的测定
【预习要点】 在通常温度下，由于金属表面与外界之间存在 着势垒，从能量角度看，金属中的电子实在一个势 阱中运动，势阱的深度为Eb.。在热力学温度为零度 时，电子所具有的最大能量为EF，EF称为费米能量， 这时电子逸出金属表面至少需要从外界得到的能量 为E0=Eb–EF=eφ ,称为金属电子的逸出功。电子从被 加热金属中逸出的现象称为热电子发射。不同的金 属具有不同的逸出功，而逸出功的大小对热电子发 射的强弱有重要影响。实验中常用里查逊直线法测 定金属电子的逸出功。
I a I exp( ) kT 式中，Ia和I分别表示加速电场为Ea和零时的发射 电流。
钨的逸出功实验报告数据处理
钨的逸出功实验报告数据处理一、实验目的本实验旨在通过测量钨的逸出功来了解钨的物理性质以及应用价值，并掌握常见的逸出功实验方法和数据处理技巧。
二、实验原理钨是一种重要的金属材料，具有高熔点、高密度、高强度等优异物理性质，广泛应用于电子器件、航空航天等领域。
在研究钨材料时，逸出功是一个重要的物理量，它描述了材料表面电子从固体内部逃离所需克服的能量。
本实验采用Kelvin法测量钨的逸出功。
Kelvin法是通过测量金属表面对气体分子电离产生电子发射电流来确定逸出功大小。
在Kelvin法中，首先需要将气体分子在金属表面形成一个单层吸附层，然后通过改变吸附层与金属之间的工作函数差来测定逸出功。
三、实验步骤1.准备工作：将仪器开机预热30分钟以上，并将样品放置于真空室中，进行抽真空处理。
2.制备吸附剂：取少量铯金属放入吸附剂瓶中，加入少量甲醇，将瓶口用橡皮塞封紧，摇晃均匀后放置于真空室中。
3.制备样品：将钨样品放入样品夹中，夹紧固定。
4.测量逸出功：通过改变吸附剂电压和温度来控制吸附层与金属之间的工作函数差，测量钨的逸出功大小。
四、实验数据处理1. 逸出功计算公式根据Kelvin法的原理，钨的逸出功可以通过以下公式计算：W = eV - Eads其中W为钨的逸出功（eV），e为元电荷（1.602×10^-19 C），V为吸附剂电位（V），Eads为吸附能（eV）。
2. 数据处理步骤(1) 绘制伏安曲线：将实验得到的伏安曲线绘制出来，并标注相关参数。
(2) 计算Eads：根据实验结果计算得到各温度下的Eads值，并绘制Eads-T曲线。
(3) 计算逸出功：根据上述公式计算得到钨的逸出功值，并绘制W-T曲线。
五、实验结果分析通过实验测量，得到了钨的逸出功与温度之间的关系曲线。
从图中可以看出，随着温度的升高，钨的逸出功呈现出明显的下降趋势。
这是由于温度升高会使吸附层对金属表面的束缚力减弱，从而使电子更容易逃离钨表面。
钨的逸出功实验报告数据处理
钨的逸出功实验报告数据处理一、实验目的本实验旨在通过测量不同温度下钨的热电子发射电流，确定钨的逸出功，并加深对热电子发射现象和相关物理概念的理解。
二、实验原理根据热电子发射定律，金属中的自由电子在温度升高时，动能增大，部分电子具有足够的能量克服表面势垒而逸出金属表面，形成热电子发射电流。
热电子发射电流密度＄j$ 与温度＄T$ 之间的关系遵循理查森杜什曼（RichardsonDushman）方程：＼j ＝ A_0T^2e^｛＼frac{＼varphi}｛kT}｝＼其中，＄A_0$ 是与金属材料有关的常数，＄＼varphi$ 为金属的逸出功，＄k$ 为玻尔兹曼常数。
对上述方程两边取对数，可得：＼＼ln j ＝＼ln A_0 ＋ 2\ln T ＼frac{＼varphi}｛kT}＼若以＄＼ln j$ 为纵坐标，＄＼frac{1}｛T}＄为横坐标作图，可得一条直线。
直线的斜率为＄＼frac{＼varphi}｛k}＄，截距为＄＼lnA_0 ＋ 2\ln T$。
通过测量不同温度下的热电子发射电流，进行数据处理和直线拟合，即可求得钨的逸出功＄＼varphi$。
三、实验仪器1、热电子发射实验仪：包括钨丝阴极、阳极、加热电源、测量电路等。
2、温控仪：用于精确控制钨丝的温度。
3、数字电流表：测量热电子发射电流。
四、实验步骤1、连接实验仪器，确保电路连接正确无误。
2、开启温控仪，设置升温程序，使钨丝温度逐渐升高。
3、在不同温度下，记录数字电流表的读数，即热电子发射电流值。
4、测量足够多的数据点，以保证数据的准确性和可靠性。
五、实验数据记录｜温度＄T$ （K)｜热电子发射电流＄j$ （＄＼mu A$）｜｜｜｜｜1800|12|｜1900|28|｜2000|56|｜2100|98|｜2200|165|｜2300|257|｜2400|382|六、数据处理1、计算＄＼ln j$ 和＄＼frac{1}｛T}＄的值：｜温度＄T$ （K)｜热电子发射电流＄j$ （＄＼mu A$）｜＄＼ln j$ ｜＄＼frac{1}｛T}＄（＄＼times 10^｛－3} K^｛－1}＄）｜｜｜｜｜｜｜1800|12|01823|5556|｜1900|28|10296|5263|｜2000|56|17228|5000|｜2100|98|22833|4762|｜2200|165|28074|4545|｜2300|257|32472|4348|｜2400|382|36428|4167|2、以＄＼ln j$ 为纵坐标，＄＼frac{1}｛T}＄为横坐标，绘制散点图。
钨的逸出功
-1.88606 -1.29243 -0.77211 -0.30016 0.119586 -1.85387 -1.284 -0.76447 -0.29843 0.126131
-1.85387 -1.27572 -0.75449 -0.29073 0.126456
钨的功函数的测定实验： ：光信息科学与技术 0801 柴英杰
0.012 mA 0.048 mA 0.161 mA 0.476 mA 1.286 mA 0.013 mA 0.05 mA 0.161 mA 0.488 mA 1.293 mA
0.013 mA 0.049 mA 0.167 mA 0.487 mA 1.302 mA 0.013 mA 0.051 mA 0.169 mA 0.501 mA 1.317 mA 0.014 mA 0.052 mA 0.172 mA 0.503 mA 1.337 mA 0.014 mA 0.053 mA 0.176 mA 0.512 mA 1.338 mA
截距 0.0641 -0.368 -0.8479 -1.373 -1.9829 I（A） 1.159044 0.428549 0.141938 0.042364 0.010402
数据处理表格： （查表 G3.1 得到对应温度）
(A) T(K) 1/T(1/K)
0.55 0.6 0.65 0.7 0.75 1800 1880 1960 2040 2120 0.000556 0.000532 0.00051 0.00049 0.000472
得到的斜率为 k=-22674 R² = 0.9995 由公式得到：功函数为 E0 = ������������ = .602 × 0−19 × −22674 ÷ −5040 = 7.2070× 0−19 =4.499eV 和标准值的误差为： μ= |4.499 − 4.54| × 00% = 0.907% 4.54
钨的逸出电位的测定
钨的逸出电位的测定金属电子逸出功（或逸出电势）的测定实验，是帮助我们了解金属内电子的运动规律和研究金属电子功函数的一个重要的物理实验。
本实验加深对于热电子发射基本规律的了解，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以及在数据处理方面的一些技巧，对培养实验者的基本实验素质是很有帮助的。
【实验目的】1．了解关于热电子发射的基本规律。
2．用里查逊（Ricbaedson ）直线法测定钨丝的电子逸出电位ϕ 。
【实验原理】在高度真空的管子中，装上两个电极（如普通的二极管），其中一个用被测的金属丝作成。
如果金属丝通以电流加热，在另一个“冷”的电极上加上以金属丝为正的电位，那末在连接这两个电极的外电路中将有电流通过（如图1），这种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；金属的逸出功愈小，发射的电流密度亦愈大。
因此理想的纯金属热电子发射体应该是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阴极是钨，个别的亦有银鉭等金属。
1．电子的逸出功根据固体物理中金属的电子论，金属中的传导电子具有一定的能量。
但是它们处于简并情况，单个原子中的每一能级分裂为许多很靠近的能级，犹如一连续的带，称之为“能带”。
现代电子论认为金属中电子能量分配不是按照麦克斯韦（Maxwell ）分布，而是按费密一狄喇克（Felmi －Dirac ）统计公式分布的。
图1 绝对零度时其能量分布曲线 图2 电子的能量分布曲线 即11)2(4)(21233+-==kTW W e wm hdWdN W f iπ (1)在绝对零度时其能量分布曲线如图33－2中曲线（1）所示，此时电子具有最大的动能为Wi （称为费密能级）。
当温度升高时。
（例如 1500K ），电子的能量分布曲线如图33－2中（2）所示。
钨逸出电位的测量-普物实验讲义
钨逸出电位的测量真空管在无线电电子学中起着重要作用，因此研究真空管灯丝的热电子发射以与金属逸出功的问题具有现实意义。
灯丝的温度越高或灯丝金属的逸出功越小，灯丝发射的电流密度越大。
因此选择熔点高、逸出功小的金属作阴极材料对提高真空管的性能很重要。
本实验介绍一种测量金属逸出功的简单方法——里查逊〔Richardson 〕直线法。
不难看出，金属逸出功的测量是一项重要的基本工作，无论在理论上还是技术上都具有重要作用。
[目的]1． 了解热电子发射的基本规律。
2． 用里查逊直线法测定钨的电子逸出电位。
[仪器]LB －MEP －PC 微机金属电子综合实验仪〔包括理想二极管管座、连接导线等〕。
[原理]根据固体物理中金属的电子论，金属中的电子具有一定的能量，并且其能量遵循费米——狄拉克〔Fermi —Dirac 〕分布。
热平衡时，能量在W~W+dW 区间、金属中单位体积内的电子数为dW eW m h dN kTW W i 11)2(42/12/33+=-π (1)式中，h 为普朗克常数，k 为波尔兹曼常数，m 为电子质量，W i 为费米能级。
如图1所示，在绝对零度〔T=0K 〕时，其能量分布如曲线〔1〕所示，此时电子具有的最大动能为W i 。
当温度升高时〔例如T=1500K 〕，电子能量分布如曲线〔2〕所示，这时动能较大的少数电子具有比W i 更高的能量，而且具有这样能量的电子数随能量的增加而指数递减。
在通常温度下，由于金属表面存在一个电子—正电荷的偶电层，使得电子受到束缚而不能从表面逸出，即金属中的电子是在一个势阱中运动，势阱深度为W a >W i 。
为使电子从绝对零度〔T=0K 〕下的金属中逸出所需要的最小能量W 0，称为金属的逸出功，以W 0表示。
显然W 0＝W a －W i =e ΦΦ为金属的逸出电位，单位为伏特〔V 〕。
图1 金属中电子的能量分布 图2 热电子发射原理图可以用加热的方式使金属中的电子获得足够的能量而从表面逸出。
钨逸出功实验报告
钨逸出功实验报告钨逸出功实验报告引言：钨是一种重要的金属材料，具有高熔点、高密度和良好的耐腐蚀性能等特点，广泛应用于航空航天、电子、化工等领域。
钨的逸出功是指在真空环境下，光子或电子照射到钨表面时，使钨表面的电子逃逸的最小能量。
本实验旨在通过测量钨的逸出功，研究其电子结构和性质。
实验方法：1. 实验仪器和材料：本实验使用的仪器包括真空室、钨样品、光源、电源、电流计等。
钨样品需经过表面处理，以确保表面的纯净度和光洁度。
2. 实验步骤：(1) 在真空室中安装钨样品，并确保样品表面无杂质。
(2) 打开真空室，将压力降至较低的真空度。
(3) 使用光源或电源照射钨样品表面，调节光强或电流强度。
(4) 测量光子或电子照射到钨样品表面时的逸出电流。
(5) 根据逸出电流和光强或电流强度的关系，计算钨的逸出功。
实验结果与讨论：通过实验测量，得到了钨的逸出功与光强或电流强度的关系曲线。
根据曲线拟合得到的结果，可以得出以下结论：1. 钨的逸出功随光强或电流强度的增加而减小。
这是因为光子或电子的能量足以克服钨表面的束缚力，使电子逸出。
2. 钨的逸出功与钨样品的纯度和表面处理有关。
较高纯度的钨样品和光洁的表面能够减小逸出功，提高逸出效率。
3. 钨的逸出功与温度也有关系。
随着温度的升高，钨的逸出功会增加，这是因为高温会导致钨表面的电子热运动增加，逸出电子的能量需求也随之增加。
通过对钨的逸出功的研究，可以深入了解钨的电子结构和表面性质。
这对于钨材料的应用和改进具有重要意义。
例如，在光电子器件中，了解钨的逸出功可以帮助优化器件的设计，提高光电转换效率。
结论：本实验通过测量钨的逸出功，研究了钨的电子结构和性质。
实验结果表明，钨的逸出功与光强或电流强度、纯度、表面处理和温度等因素有关。
进一步研究钨的逸出功对于钨材料的应用和改进具有重要意义。
尽管本实验取得了一定的结果，但仍存在一些限制。
例如，实验过程中可能存在误差，需要进一步优化实验方法和仪器。
金属钨电子逸出功的测量
金属钨电子逸出功的测量金属电子逸出功的测量是近代物理学一个重要实验，它不仅可以证明电子的存在，而且为无线电电子学发展起到过不可磨灭的作用。
1884年。
当美国著名发明家爱迪生对白炽灯进行研究时，他发现灯泡里的白炽碳丝会逸出带负电的电荷。
1897年J．J.汤姆孙用磁场截止法测量了这个电荷的荷质比，证明从白炽碳丝逸出的电荷就是电子，后来被称为热电子。
由此科学家确定了“有比原子小得多的微观粒子”，J．J.汤姆孙也被誉为“一位最先打开通向基本粒子物理学大门的伟人”。
随后，通过对热电子发射现象的进一步研究，导致了真空电子管的出现。
电子管曾在无线电电子学的发展史中起过重要的作用，虽然目前在电子线路中它已绝大部分被晶体管和集成电路所取代，但在一些特殊场合，如显像、示波等，仍必须使用真空电子管。
因此研究真空电子管的工作物质——阴极灯丝的电子发射特性(用逸出功大小表征)，仍具有实际意义。
选择熔点高、逸出功小的金属作阴极材料对提高真空电子管的性能是很重要的。
金属钨由于具有熔点高、制成的管子寿命长等优点而被当作常用的阴极灯丝材料。
影响钨的逸出功的主要因素有：金属的纯净度、表面沾附层及结构处理工艺等，分别研究它们对逸出功的影响有利于对制造工艺的改进，提高电子管的性能．在这个实验里我们将测量具有洁净表面的纯金属钨的逸出功，在该实验中，采用的里查逊直线法处理数据、利用光测高温计测量温度等均是甚为巧妙的实验方法。
因此它对学生的基本实验技能是一个很好的训练。
一、实验目的1. 学习金属电子理论，了解金属热电子发射的基本规律；2. 学习里查森直线法的数据处理技术；3. 测量钨的逸出功eφ(或逸出电位φ)。
二、实验仪器介绍．本实验采用东南大学物理系根据上述实验原理研制生产的 WF-5型逸出功测定仪．仪器主要部分包括理想二极管、二极管供电电源、温度测量系统和测量阳极电压、电流的电表等。
仪器具有以下特点：①将所有的电源和测量电表集成在一起，并将理想二极管、测温系统收缩到仪器内部，形成黑匣子式实验仪器。
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。
钨的逸出功实验报告（共8篇）
钨的逸出功实验报告(共8篇)钨的逸出功实验数据处理数据处理1.不同灯丝电压和极板电压时测得的阳极电流值2.不同灯丝温度时的lgI和V0.5的换算值3.不同灯丝温度时的零场电流以及lg(I0/T2)-1/T的换算值 lgI-U0.5图形lg(I0/T2)-1/T图形y = -26585x - 0.0163，斜率为-26585，1/T由图知，趋势线的方程为eU由lg(I/T)=BS-2.30kT21=lg(BS)-5.04×10U得，T3金属钨的逸出功为W钨逸出26585=50405.27-4.54=5.27eV，相对误差，×100%=16.08%。
4.54篇二：金属电子逸出功测量实验报告篇三：逸出功实验报告逸出功的测量电22李自帅2012010916摘要:本文对逸出功测量实验进行了原理分析，实验数据的处理。
详细介绍了实验的原理以及数据处理方式。
关键词：逸出功测量数据处理一、实验目的1.用里查孙直线法测定阴极材料（钨）的电子逸出功。
2.通过实验了解热电子发射的规律和掌握逸出功的测量方法。
二、实验原理根据量子论，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；③能级的填充状态要符合泡利不相容原理。
在热力学零度及高温时，电子数按能量分布的曲线图1中的曲线①所示。
当温度升高时，电子数按能量分布的曲线图1中的曲线②所示，少数电子能量上升到比之前的最大动能Wi还要高，并且电子数以接近于指数的规律减少。
由于金属与真空之间有位能壁垒Wa，如图2所示，因此电子要从金属中逸出，必须具有大于Wa的动能。
W0=Wa-Wi即为逸出功。
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Wi的电子增多，从而使动能大于Wa的电子数达到一可观测的大小，这时动能大于Wa的电子就有可能从金属发射出来。
可见，逸出功的大小对热电子发射的强弱有决定性的作用。
电子逸出功实验报告
由图可知：0.60V时logI0=-4.474; 0.62V时logI0=-4.262; 0.64V时logI0=-4.055; 0.66V 时logI0=- 3.855;
0.68V时logI0=- 3.660; 0.70V时logI0=-- 3.479; 0.72V时logI0=- 3.307;
根据表中数据作图如上：直线斜率：m=-21987 逸出电势：Φ==4.36 eV
逸出功：eV=4.36 eV
与逸出功公认值4.54eV比较，误差E r=3.96%
斜率：K=155.6；
阳极内半径a=3.9*10-3;线圈长度：l=1.47*10-2;;线圈数：N=990匝；线圈内半径：r1=0.021m;线圈外半径：r2=0.028m;真空磁导率：4μ
荷质比e/m=1.7588*1011（c/Kg）
K’=0.0197;K=*K’;
K=155.6;
所以e/m=2.108*1011；
【思考与讨论】
3．答：理查逊的直线法在于将原先很复杂的公式简单化，而且变成线性化。
便于观察和测量。
4．答：在测量样机电流的过程中，必须保持灯丝电流不变（0.72mA），参考点不能变，因为如果变化了，逸出功也随之改变。
【实验总结】
临界点Q的选择应用统一原则，即或取（1/4）I a0或者取1/5等，且尽可能取最接近的值，否则对应的Ic值读取会有很大的误差，直接影响测量结果。
在测量
样机电流的过程中，必须保持灯丝电流不变（0.72mA），参考点不能变。
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实验三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。
真空二极管的伏安特性曲线也不同。
仔细研究二极管伏安特性的变化规律，可以帮助我们了解一系列有关真空管中电子运动的现象和规律。
2、 空间电荷区二分之三次方定律当二极管阳极和阴极之间所加的电压相对来讲比较小的话，从阴极发射出来的电子并不都跑向阳极构成阳极电流，有一部分电子聚集在阴极附近的空间，形成电子层，它所带的负电荷改变了阴极附近的电场分布，甚至会把从阴极发射出来的电子重又挡回阴极去，这种现象通常称作空间电荷，它限制了阳极电流的大小。
随着阳极电压增大，更多的电子被阳极吸收，空间电荷减少，阳极电流的增长比阳极电压增长快，实验研究和理想分析表明，对于简单的平极型电极和同轴阅柱面电极的情况下，电流Ia 随电压 Va 的二分之三次方规律增加也称Langmuir-Child 定理。
对平板型电极有：232320a )(24V const V d S m e g I a ==ε （1） 式中 ε0为真空的介电常数，e/m为电子荷质比，S 为阳极面积，d 为阳极到阴极之间距离。
对于同心圆柱面电极有：2320128a a V b m e g I βεπ= (2) 1阳极圆柱面长度，b 为阳极圆柱半径，β²为修正因子，它是阴极半径与阳极半径之比的函数，数据可以查图表得到。
3、 饱和区，热电子发射公式 当阳极电压增大到一定程度，空间电荷全部为阳极吸收，从阴极发射出来的电子全部变为阳极电流，阳极电流的大小完全由阴极发射电子的速率决定。
到达这一程度之后，即使νa 再增加，电流Ia 也不会增大，伏安特性出现饱和现象。
图2中的伏安特性曲线对应着几个不同的阴极温度，在Va 比较小的区域，Ia 随νa 增加属于空间电荷限制区，当Va 足够大的区域，曲线逐渐趋近水平，饱和电流的大小与阴极温度有关，反映了阴极热电子发射能力随温度变化规律，实验和理论分析都表明，这一规律可以用下面的关系式表示，通常称作热电子发射公式，或Richardson-Dushman 方程。
I=AST 2e-Φ/KT (3)式子：I —阴极热电子发射的电流强度，即饱和电流（安培）， S —阴极的有效发射面积（厘米²）， T — 热阴极的绝对温度（K ）， Φ— 阴极金属的电子逸出功（电子伏特），K — 玻尔兹曼常数K=1.38×1023-焦尔/K ，A — 普通常数2232.cm /.4120K me 4度安培==K A π 4、电子逸出功，里查逊直线法根据固体物理中金属的电子理想，金属中的传导电子具有一定的能量，其能量是按照费米—狄喇克规律分布的。
在绝对零度时，能量分布如图3中曲线（1）所示，电子具有的最大动能是W i (称为弗水能级)，当温度升高，例如在1500K 电子能量分布如曲线（2）所示，少数电子具有比W i更大的能量，而且具有这样能量的电子数随能量的增加而指数递减。
在常温下（大于K）金属中几乎没有电子从其表面挣脱出来的原因是由于金属表面存在着一层厚约1010 米左右的电子—正电荷的偶电层，它的电场阻碍着电子从金属表面逸出。
也就是说金属表面与外界之间有一个位能壁垒Wa，电子要从表面逸出至少得具有动能ωa，才能克服偶电层的阻力作功（见图4），这个功就叫做电子的逸出功，以Φ表示。
显然Φ=Wa-Wi (4)Φ的常用电位是电子伏特（ev），它表示要使处在绝对零度下金属中具有最大能量的电子逸出金属表面所需要的能量。
按照公式（3），只要测定I、S和T三个量就可以计算出阴极金属的逸出功Φ，但是从理想模式推导出来的常数A与实际情况出入很大。
它不仅与金属表面的化学纯度有很大关系，与电子管内的真空度也有关。
而且由于金属表面是粗糙的，计算出来的阴极发射面积S也有很大出入，所以在实际测量Φ值时，常采用下面的所谓里查逊直线法：式中的Is和I O分别为加速场强为Ea和为0时饱和发射电流。
或用加速电压Va表示可近似写作式中a,b分别为阴极和阳极的半径，Va为阳极电压，写成常用对数，得(9)可见在一定的阴极温度1g Is与Va成线性关系，作1g Is～Va的关系曲线，推求直线的截距，便可定出在一定温度下，当加速场强为0时的最大发射极限电流（即饱和电流）I O见图5所示：二、实验本实验所用电子管为直热式理想二极管，其内部构造如图6，阴极为纯钨丝（直径0.0075±0.0002㎝），阳极是片做成的圆筒形电极（半径b=0.42㎝,长度τ=1.5㎝）阳极上有一个小孔，以便用光测高温计测定灯丝温度。
为了避免阳极两端灯丝温度较低引起的冷端效应和电场的边缘效应，在阳极两端设有两个栅环电极，栅环电极与阳极加相同电压，但其电流不计入阳极电流中，采取这些措施使用二极管的工作状态更接近理论分析的模验。
1、二极管伏安特性实验采用图6所示的电路，钨丝阳极灯丝电压V f0～7V交流供电加热。
灯丝阴极两端接有二只100Ω的平衡电阻，二电阻的中点实验时应用插接线与地相连接，灯丝中点中心应与之等电位，测量阳极与地的电位，即为阳极与灯丝中心的电位。
灯丝温度可通过实测用光测高温计测定。
无光测高温，可通过测量灯丝两端的电压或灯丝电流的大小间接推出来，由经验公式T=2000+182.92（V f-1.9） (10) 只要测定灯丝电压V f（单位伏特），就可求出温度T（单位K）。
注意，管子曾经过15小时2000℃左右高温老化处理，因此灯丝比较脆弱，尽可能轻拿轻放，加温与降温以缓慢为宜。
尤其在灯丝炽热后更应避免强烈震动。
不要在管子还未冷却的情况下随便取下来。
另外，钨的熔点是3463K，灯丝温度不宜加得过高，灯丝温度高时实验应尽量做得快些，因为过高的灯丝温度对管子寿命不利。
中部阳极电流的大小最好控制在3mA以内。
2、二分之三次方定律除了在普通直角坐标纸上画出伏安特性曲线进行讨论以外，还可以在对数坐标纸上作Va与Va³/²作图分析检查二分之三次方定律，看在怎样的电压范围内式关系成立。
3、钨的逸出功按照二极管伏安特性曲线，可以近似地认为Ia的上升段和饱和部分两条切线的1的实验曲交点位置给出的电流值即为饱和电流，与相应的阴极温度一起作随T线，如果（10）式关系成立的话应该得到一条直线关系。
应用里查逊直线法可确定钨的逸出功Φ，（从直线的截距还可以算出A值）。
将实验结果与公认值进行比较，分析误差原因，讨论进一步改进的措施。
若进一步考虑肖脱基效应的影响，应作1gIs～Va图，推求一定温度下的截距，即1gI0,再作求直线斜率，算出钨的逸出功Φ。
三、测量与数据处理内容概要1、分别测V f=4.20,4.70,5.20,5.60,6.00,6.40,6.80V时的I～Va数据。
饱和区以前应测详细点，进入饱和区Va增至150V，测7、8个点即可，还可固定各Va下进行各组测量。
2、作I～Va图，研究理想真空二极管的特性曲线，验证空间电荷限制区二分之三次方定律（在空间电荷限制区作I～Va3/2关系图为直线）。
3、整理饱和区Is～Va数据为1gIs～Va数据，（由V f求出T）作1gIs～Va图，求各截距1gI0求直线斜率,算Φ。
四、注意事项1、V f的中点与地相连接；2、直流数字毫安表应接在A1、A2之间,+端接A2,-端接A1；3、电压加在A2上；4、V f不大于7V；5、V a不大于150V五、问题1.真空二极管是否符合欧姆定律?解释之?2.在饱和区电流电压关系是否服从(1、2）式?解释之?3.在图7的电路中二只100Ω的电阻起什么作用?测量阳极电压的电压表为什么那样接?4.理想二极管中两只栅环起什么作用?5.假如二极管有点漏气的话,伏安特性将会发生怎样的变化?也就是说为什么一定要抽真空?为了得到良好的特性,最大容许残余压强可以有多大?6.伏安特性曲线上当阳极电压为零时电流不为零,并且随阴极温度不同而变化,产生这一现象的原因是什么?六、技术指标阳极电压:0~200V可调灯丝电压:0~7V可调直流数字电压表:0~199.9V直流数字电流表:0~20.00mA交流数字电压表:0~20.00V。