冉紹爾一湯森效應(yīng)-武漢大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心解讀(參考版)
2024-10-28 18:01本頁(yè)面
【正文】 【參考資料】戴道宣、戴樂(lè)山 《近代物理實(shí)驗(yàn)》 高等教育出版社 2006。，開始要慢，否則會(huì)有液氮飛濺出來(lái)，造成凍傷。在本實(shí)驗(yàn)中，還有以下幾點(diǎn)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(shí)，Ps、QL與電子速率呈正相關(guān)；當(dāng)√(EaEa 0)在1左右時(shí)，Ps、QL達(dá)到最小，這一點(diǎn)的數(shù)據(jù)是：√(EaEa 0)=，Ps=，QL= ，符合冉紹爾效應(yīng)。這是由于電子散射截面與電子速率有關(guān)，所以Ip無(wú)法一直增大?！緦?shí)驗(yàn)結(jié)果】直流測(cè)量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 室溫下燈絲電壓Ef=，液氮溫度下燈絲電壓Ef=，補(bǔ)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(diǎn)對(duì)應(yīng)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(fù)到室溫情況，調(diào)節(jié)加速電壓為零，此時(shí)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?yàn)樵诩铀匐妷簽? V時(shí)的散射幾率最小，最接近真空的情況。如果不是同時(shí)出現(xiàn)電流，適當(dāng)改變補(bǔ)償電壓Ec的值，再調(diào)節(jié)直流加速電壓Ea旋鈕觀察此時(shí)是否兩個(gè)微電流計(jì)是否同時(shí)有電流（注意此時(shí)保證電子碰撞管約1/2浸入液氮），如果同時(shí)有電流，記錄此時(shí)的補(bǔ)償電壓值的大小，后面測(cè)量中固定此補(bǔ)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(bǔ)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(cè)量原理圖1 氙，氪，氫的冉紹爾曲線下圖為測(cè)量氣體原子總散射截面的原理圖，當(dāng)燈絲加熱后，就有電子自陰極逸出，設(shè)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(dá)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(gè)等勢(shì)空間，所以電子穿越矩形孔后就以恒速運(yùn)動(dòng)，受到氣體原子散射的電子則到達(dá)屏極，形成散射電流 I S2 ；而未受到散射的電子則到達(dá)板極P，形成板流 I P圖 2 三、實(shí)驗(yàn)儀器 冉紹爾湯森效應(yīng)實(shí)驗(yàn)儀(包括電源組和微電流計(jì))，電子碰撞管，低溫容器,示波器四、實(shí)驗(yàn)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(bǔ)償電壓“Ec”先調(diào)節(jié)至“0V”。顯然，用兩個(gè)鋼球相碰撞的模型來(lái)描述電子與原子之間的相互作用是無(wú)法解釋冉紹爾效應(yīng)的，因?yàn)檫@種模型得出的 散射截面與電子能量無(wú)關(guān)。圖中橫坐標(biāo)是與電子速度成正比的加速電壓平方根值，縱坐標(biāo)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(duì)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(lái)，把電子的能量擴(kuò)展到一個(gè)較寬的范圍內(nèi)進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)氬原子對(duì)電子的彈性散射總有效截面
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