[精品]冉绍尔-汤森

[精品]冉绍尔-汤森 中国石油大学 近代物理实验 实验报告 化学实验报告单总流体力学实验报告观察种子结构实验报告观察种子结构实验报告单观察种子的结构实验报告单 成 绩: 实验B-5 冉绍尔-汤森 【实验目的】 1、 了解电子碰撞管的 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 原则，掌握电子与原子的碰撞规则和测量的原子散射截面的方 法。 2、 测量低能电子与气体原子的散射几率Ps与电子速度的关系。 3、 测量气体原子的有效弹性散射截面Q与电子速度的关系，测定散射截面最小是的电子能 量。 4、 验证冉绍尔-汤森效应，并学习用量子力学理论加以解释。 【实验原理】 一、 理论原理 气体的总有效散射截面和碰撞电子的速度有关，氩原子对电子的弹性散射总有效截面Q随着电子能量的减小而增大，约在10eV附近达到一个极大值，而后开始下降，当电子能量减小到1eV左右时，有效散射截面Q出现一个极小值。 ,F(V)结构上类似的气体原子或分子，总的有效散射截面对电子速度的关系曲线Q具有相同的形状。图1为氙(Xe)，氪(Ke)，氩(Ar)三种惰性气体的冉绍尔曲线。 图1.Xe、Ke、Ar气体对电子的散射截面 图2.测量气体原子总散射截面的原理图 二、 测量原理 图2为测量气体原子总散射截面的原理图，当灯丝加热后，就有电子从阴极逸出。设阴极电流为I，电子在加速电压的作用下，一部分电子在到达栅极之前，被屏极接收，形成I;KS1一部分穿过屏极形成电流I，由于屏极上的矩形孔与板极P之间是一个等势空间，因此在这0 之间电子是恒速运动，受到气体原子散射的电子则到达屏极，形成散射电流I;未受到散射S2的电子到达板极P，形成半流I，因此有 P I=I+IS1 (B-5-1) K0 I=I+I (B-5-2) SS1S2 I=I+I (B-5-3) 0PS2 电子在等势区内散射概率为: IPPS=1- (B-5-4) I0 I0f, (B-5-5) IS1 II11PPP,1,,1,(1，) (B-5-6) SfIIIf，S1PS 其中f为几何因子，为了测量f ，把电子碰撞管的管端部分侵入温度为77K的液氮中，此时，几何因子 ,IPf, (B-5-7) ,IS ,IISPP,1, (B-5-8) S *IIS1P **(I，I)ISPP (B-5-9) P,1,S*(I，I)ISPP 电子总有效界面Q和散射几率的关系为: (B-5-10) P,1,exp(,QL)S 式中L为屏极隔离板矩形孔到板极之间的距离，并且 *I(I，I)PSP (B-5-11) QL,ln**I(I，I)PSP *I(I，I)PSP因为L为一个常数，所以做和的关系曲线，即可以得到电子总有效散lnEe**I(I，I)PSP 射截面与电子速度的关系。 【实验装置】 冉绍尔-汤森效应实验仪主机两台，电子碰撞管(包括管固定支架)，低温容器(盛放液氮用，液氮温度77K)，一台双踪示波器。 【实验内容】 1. 打开冉绍尔-汤森效应实验仪微电流计主机，打开电源组主机电源开关，将灯丝电压 E调至2.63V，直流加速电压Ea调至0.00V，补偿电压E调至0.34V。fc 2. 从0——9V逐渐增加加速电压E，列 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 记录 混凝土 养护记录下载土方回填监理旁站记录免费下载集备记录下载集备记录下载集备记录下载 每点对应的电流I和Is的大小，根据aP 公式 小学单位换算公式大全免费下载公式下载行测公式大全下载excel公式下载逻辑回归公式下载 (B-5-6)做P——E的关系曲线图，测量低能电子与气体原子的散射几率PSaS 随电子能量变化的关系。 3. 画出E=2.63V下几何因子f随加速电压E的变化期限，分析两者的关系。fa 4. 利用前面计算出P值，测量E=2.00V下的I和I并计算几何因子f随加速电压ESfPSa 的变化，画出曲线，并与E=2.63V下的f比较。 f 【注意事项】 **由于实验条件所限，没低温环境，因此，本实验忽略低温测量，即不需要测量和，IIPS 这里直接给出E=2.63V和各E下的值。 fa 【数据记录及处理】x 将补偿电压E调至0.34V和1.80V，灯丝电压E调至2.63V，测量电流I和Is的大小，数cfP据见表1 。 表1. 测量气体原子总散射截面数据 Is*(μ Ea Ip*(μA) A) Ip(μA) Is(μA) sqrt(Ea) Ps f(Ef=2.63V) Ip(μA) Is(μA) Ps 2011- 07-21 0.2 Ec=1.80 Ec=0.34v V Ef=2.6 3V Ef*=2.3V 0.20 0.04 0.74 0.008 4.95 0.00 0.969 0.0541 0.297 4.66 -0.168 0.30 0.12 2.20 0.024 9.36 0.32 0.951 0.0545 0.480 8.55 -0.028 0.40 0.22 4.71 0.060 15.15 0.45 0.912 0.0467 0.727 14.30 -0.084 0.50 0.35 8.00 0.120 31.86 0.55 0.910 0.0438 1.020 21.50 -0.081 0.60 0.51 13.4 0.219 30.00 0.63 0.802 0.0381 1.250 29.24 -0.118 0.70 0.68 18.5 0.359 39.00 0.71 0.743 0.0368 1.530 37.80 -0.097 0.80 0.92 25.9 0.550 48.76 0.77 0.675 0.0355 1.820 47.46 -0.077 0.90 1.16 32.4 0.796 59.20 0.84 0.616 0.0358 2.070 55.50 -0.040 1.0 1.43 39.9 1.09 70.30 0.89 0.559 0.0358 2.330 66.60 0.023 1.1 1.75 48.7 1.41 82.30 0.95 0.514 0.0359 2.550 78.50 0.093 1.2 2.07 58.0 1.63 91.60 1.00 0.493 0.0357 2.740 90.80 0.150 1.3 2.39 67.9 1.91 104.50 1.05 0.472 0.0352 2.910 103.60 0.196 1.4 2.68 76.5 2.13 117.70 1.10 0.475 0.0350 3.050 118.10 0.256 1.5 3.04 88.0 2.29 131.50 1.14 0.487 0.0345 3.150 131.50 0.299 1.6 3.40 100 2.40 145.40 1.18 0.506 0.0340 3.240 145.70 0.338 1.7 3.70 112 2.48 160.40 1.22 0.524 0.0330 3.300 159.30 0.365 1.8 4.11 126 2.54 175.50 1.26 0.548 0.0326 3.350 174.60 0.404 1.9 4.48 139 2.58 190.30 1.30 0.572 0.0322 3.380 189.50 0.439 2.0 4.81 151 2.61 206.50 1.34 0.596 0.0319 3.400 206.00 0.474 2.2 5.58 180 2.64 238.10 1.41 0.635 0.0310 3.410 238.10 0.530 2.4 6.35 207 2.63 271.30 1.48 0.677 0.0307 3.390 268.50 0.581 2.6 7.21 238 2.61 303.50 1.55 0.710 0.0303 3.350 301.40 0.626 2.8 8.06 269 2.58 335.20 1.61 0.737 0.0300 3.310 334.50 0.663 3.0 8.93 300 2.55 368.30 1.67 0.770 0.0298 3.270 368.00 0.695 3.5 11.3 380 2.47 450.60 1.82 0.815 0.0297 3.180 451.50 0.758 4.0 13.5 470 2.42 522.00 1.95 0.835 0.0287 3.150 524 0.786 4.5 15.6 560 2.42 605.00 2.07 0.850 0.0279 3.180 603 0.806 5.0 17.8 658 2.47 690.00 2.19 0.859 0.0271 3.260 691 0.822 5.5 20.0 766 2.57 782.00 2.30 0.863 0.0261 3.420 781 0.829 6.0 22.3 873 2.74 864.00 2.41 0.863 0.0255 3.660 865 0.831 6.5 24.7 981 2.96 961.00 2.51 0.863 0.0252 3.970 956 0.832 1060.0 7.0 27.1 1084 3.24 0 2.61 0.862 0.0250 4.340 1058 0.833 1165.0 7.5 29.8 1199 3.57 0 2.70 0.860 0.0249 4.750 1163 0.832 1266.0 8.0 32.6 1302 3.97 0 2.79 0.857 0.0250 5.220 1265 0.832 1379.0 8.5 35.5 1406 4.43 0 2.88 0.854 0.0252 5.810 1378 0.830 1186.0 9.0 38.3 1502 4.96 0 2.97 0.833 0.0255 6.590 1486 0.822 III11PP0由公式求出f的值，再利用公式P,1,,1,(1，)f,SIfIIIf，S1S1PS 1(作P——E的关系曲线图。 Sa 1.0 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 Ps0.3 0.2 0.1 0.0 -0.1 -0.2012345678910 Ea/V 图4. P——E的关系曲线 Sa 图中黑色曲线为Ec=0.34V，红色曲线为Ec=1.80V时的曲线。从图中看出补偿电压Ec不同，散射几率的分布也不同，且补偿电压为0.34V的散射因子比补偿电压为1.80V的散射因子大。当补偿电压Ec=0.34V时，在加速电Ea为1.25V左右时，散射因子最小，当加速电压减小或增加时，散射因子都增加;当补偿电压Ec=1.80V时，在加速电压Ea为0.75左右时，散射因子为极小值，随着加速电压的增加，散射因子也增加，并且两条曲线的间隔逐渐减小，在大于9V时，两条曲线几乎重合。 2(f与Ea的变化曲线 根据表1 中数据，作几何因子f随加速电压Ea的变化曲线。如图5 。 0.10 0.09 0.08 0.07 0.06 0.05f 0.04 0.03 0.02 0.01 0.00012345678910 Ea/V 图5. f——Ea曲线 从图中看出，在电子能量在7V左右时几何因子最小，当Ea减小时，几何因子f随这电子能量的增加而减小，，在1V左右时，几何因子f的变化较大。总体上几何因子的变化较平缓。进行线性拟合后得到 Y = A + B1*X + B2*X^2 Parameter Value Error ------------------------------------------------------------ A 0.03927 2.91874E-4 B1 -0.00385 1.78551E-4 B2 2.60179E-4 1.95524E-5 【思考与讨论】 1( 影响电子加速电压值的因素有哪些,有什么修正方法, 答:由图2可以看出，影响电子加速电压的因素有:阴极管反射电子时电子具有的初速度， 外界磁场和电场，SP之间为非等势电压，加速极与阴极之间的电势差。 修正的方法是在SP之间加一个补偿电压Ec，电子在到达S极时已经加速完，使SP之间为一个等势空间，电子穿过矩形孔后恒速运动。 【实验总结】