冉紹爾一湯森效應-武漢大學物理實驗教學中心解讀(參考版)
2024-10-28 18:01本頁面
【正文】 【參考資料】戴道宣、戴樂山 《近代物理實驗》 高等教育出版社 2006。，開始要慢，否則會有液氮飛濺出來，造成凍傷。在本實驗中，還有以下幾點需要注意：，速度不能太快，以防止管子炸裂。由曲線和數(shù)據(jù)可以看出，在√(EaEa 0)1時，Ps、QL與電子速率呈正相關(guān)；當√(EaEa 0)在1左右時，Ps、QL達到最小，這一點的數(shù)據(jù)是：√(EaEa 0)=，Ps=，QL= ，符合冉紹爾效應。這是由于電子散射截面與電子速率有關(guān)，所以Ip無法一直增大。【實驗結(jié)果】直流測量實驗數(shù)據(jù) 室溫下燈絲電壓Ef=，液氮溫度下燈絲電壓Ef=，補償電壓Ec=，初始加速電壓Ea 0 = Ea/V Ip*/uA Is*/uA Ip/uA Is/uA √(EaEa0)Ps 由以上數(shù)據(jù)作圖：圖4是Ip、Ip* —√(EaEa0)曲線，反映的是在室溫和液氮溫度下極板P的電流與電子速率的關(guān)系。液氮溫度下，從0～10V逐漸增加加速電壓（，），列表記錄每一點對應的電流Ip* 和Is * 的大小 將電子碰撞管從保溫杯中取出，將保溫杯中剩余的液氮注入大的液氮杜瓦瓶中，等到電子碰撞管恢復到室溫情況，調(diào)節(jié)加速電壓為零，此時為保持陰極溫度不變，改變燈絲電壓Ef的大小，使得在加速電壓Ea=1V的情況下Ip+Is=Ip* +Is *，這是因為在加速電壓為1 V時的散射幾率最小，最接近真空的情況。如果不是同時出現(xiàn)電流，適當改變補償電壓Ec的值，再調(diào)節(jié)直流加速電壓Ea旋鈕觀察此時是否兩個微電流計是否同時有電流（注意此時保證電子碰撞管約1/2浸入液氮），如果同時有電流，記錄此時的補償電壓值的大小，后面測量中固定此補償電壓值。打開F電源組，將燈絲電壓Ef調(diào)至“”,直流加速電壓Ea和補償電壓Ec全部調(diào)節(jié)至“”。保溫杯中注入液氮，把碰撞管下部約1/2浸入液氮，示波器觀察S板和P板電流的變化。調(diào)節(jié)電位器“W1”可以改變交流加速電壓的幅度，調(diào)節(jié)電位器“W2”的大小，改變示波器x軸的掃描幅度。測量原理圖1 氙，氪，氫的冉紹爾曲線下圖為測量氣體原子總散射截面的原理圖，當燈絲加熱后，就有電子自陰極逸出，設陰極電流為 I K，電子在加速電壓的作用下，有一部分電子在到達柵極之前，被屏極接收，形成電流 I S1 ；有一部分穿越屏極上的矩形孔，形成電流 I 0，由于屏極上的矩形孔與板極P之間是一個等勢空間，所以電子穿越矩形孔后就以恒速運動，受到氣體原子散射的電子則到達屏極，形成散射電流 I S2 ；而未受到散射的電子則到達板極P，形成板流 I P圖 2 三、實驗儀器 冉紹爾湯森效應實驗儀(包括電源組和微電流計)，電子碰撞管，低溫容器,示波器四、實驗步驟 交流觀察 圖 3 按照上圖所示連接電路，調(diào)節(jié)電子碰撞管陰極電源“Ef”至“2V”左右，補償電壓“Ec”先調(diào)節(jié)至“0V”。顯然，用兩個鋼球相碰撞的模型來描述電子與原子之間的相互作用是無法解釋冉紹爾效應的，因為這種模型得出的 散射截面與電子能量無關(guān)。圖中橫坐標是與電子速度成正比的加速電壓平方根值，縱坐標是散射截面Q值，這里采用原子單位，其中 a 0 為原子的玻爾半徑。并且，結(jié)構(gòu)上類似的氣體原子或分子，它們的總有效散射截面對電子速度的關(guān)系曲線Q=F()（V為加速電壓值）具有相同的形狀，稱為冉紹爾曲線。電子能量小于1eV以后Q再度增大。后來，把電子的能量擴展到一個較寬的范圍內(nèi)進行觀察，發(fā)現(xiàn)氬原子對電子的彈性散射總有效截面
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