亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        冉紹爾-湯森效應(yīng)實驗的拓展研究

        2022-06-20 02:44:38李明洋馬志遠(yuǎn)張志華
        物理實驗 2022年3期
        關(guān)鍵詞:紹爾燈絲湯森

        李明洋,馬志遠(yuǎn),張志華,關(guān) 佳,方 愷,赫 麗,沈 軍

        (同濟大學(xué) 物理科學(xué)與工程學(xué)院,上海 200092)

        物理學(xué)家冉紹爾與湯森在研究電子與氣體原子的碰撞中,發(fā)現(xiàn)碰撞截面的大小與電子速度有關(guān). 這種現(xiàn)象用經(jīng)典物理無法解釋,只能通過量子力學(xué)理論解釋[1]. 為驗證這種現(xiàn)象,利用電子碰撞管進(jìn)行實驗測量,通過加熱燈絲產(chǎn)生熱電子,并用加速電壓加速,使電子與氣體原子發(fā)生碰撞[2],分別被屏極和板極吸收形成電流;通過在液氮溫度和室溫下進(jìn)行實驗,得到屏極和板極電流值隨加速電壓的變化關(guān)系,計算散射概率Ps和總有效散射截面Q,驗證冉紹爾-湯森曲線. 同時做出幾何因子f和板極電流IP隨加速電壓的變化曲線,進(jìn)一步研究這種效應(yīng). 通過改變燈絲電壓測定不同的冉紹爾-湯森曲線,探討燈絲電壓對曲線和幾何因子f、板極電流IP的影響. 最后考慮到補償電壓的影響,探究了一種測量最佳補償電壓的方法.

        1 實驗原理

        冉紹爾-湯森效應(yīng)指電子散射概率和總有效散射截面與電子速度有關(guān)的現(xiàn)象,圖1為幾種惰性氣體的冉紹爾-湯森曲線[3],用加速電壓平方根表示電子速度. 這種效應(yīng)可以通過量子力學(xué)的分波帶法求解電子在氣體原子勢場中的波函數(shù)進(jìn)行解釋. 要想更精確地計算散射概率,可采用Hartree-Fock自洽場方法[3-4]. 本文重點研究了電子散射概率與電子速度的關(guān)系圖像,由于對散射概率的精確程度要求不高,因此采用測量散射電流占總電流的比值來表征電子散射概率.

        圖1 惰性氣體的冉紹爾-湯森曲線

        充Xe電子碰撞管的結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示. 屏極S為盒裝結(jié)構(gòu),被1片開有矩形孔的隔板分成左右2個區(qū)域. 左面區(qū)域的一端裝有圓柱形旁熱式氧化物陰極K,內(nèi)有螺旋式燈絲H(燈絲電壓為EH),陰極K與屏極S隔板之間有通道式柵極G,柵極與屏極連在一起形成加速極. 右面區(qū)域是等電位區(qū),通過屏極隔板孔的電子與Xe原子在該區(qū)域進(jìn)行彈性碰撞,該區(qū)內(nèi)的板極P收集未能被散射的透射電子.

        圖2 充Xe電子碰撞管的結(jié)構(gòu)示意圖

        圖3為測量氣體原子總散射截面的原理圖[3],當(dāng)燈絲加熱后,有電子自陰極K逸出,設(shè)陰極電流為IK,電子在加速電壓Ea的作用下,一部分電子被屏極S接收,形成電流IS1;一部分電子穿越屏極S上的矩形孔,形成電流I0,其中Ec為補償電壓.

        圖3 測量氣體原子總散射截面的原理圖

        由于屏極S上的矩形孔與板極P之間是等勢空間,所以電子穿越矩形孔后以恒速運動. 受到Xe氣體原子散射的電子到達(dá)屏極S,形成散射電流IS2;而未受到散射的電子則到達(dá)板極P,形成板極電流IP,因此有[3]

        IK=I0+IS1,

        (1)

        IS=IS1+IS2,

        (2)

        I0=IP+IS2,

        (3)

        電子在等勢區(qū)內(nèi)的散射概率為

        (4)

        因此只要測量出IP和I0即可求得散射概率Ps. 其中IP可以直接測得,而I0則需要通過間接方法測定. 由于陰極電流IK分成2部分:IS1和I0,二者均與IK成比例,同時二者之間存在一定的比例關(guān)系,其比值稱為幾何因子[3],

        (5)

        (6)

        由于陰極電流與加速電壓保持不變,因此有

        (7)

        另外,聯(lián)立式(2)~(3)可得

        (8)

        代入式(7),可得

        (9)

        故在實驗中可通過式(9)來測量散射概率Ps.

        電子總有效散射截面Q和散射概率Ps滿足如下關(guān)系:

        Ps=1-exp (-QL),

        (10)

        式中L為屏極隔離板矩形孔到板極之間的距離,對比式(9)和式(10),得到

        (11)

        2 實驗方法

        在直流條件下通過精確測量驗證冉紹爾-湯森曲線,按照圖3連接電路圖,液氮溫度下調(diào)節(jié)補償電壓Ec,使IP和IS同時出現(xiàn)以確定Ec. 測量液氮和常溫下IP,IS與加速電壓Ea的關(guān)系,計算出散射概率Ps和總有效散射截面QL與加速電壓的關(guān)系,驗證冉紹爾-湯森曲線.

        做出幾何因子f隨加速電壓Ea的變化曲線,探究f與Ea的變化規(guī)律,同時做出板極電流IP隨Ea的變化曲線,檢驗液氮溫度下氣體原子的散射是否可以忽略.

        測量條件為:室溫下燈絲電壓EH=2.28 V,液氮下燈絲電壓EH=2.00 V,補償電壓Ec=0.70 V. 初始加速電壓Ea0=-0.30 V,逐漸增加至10.00 V. 為了節(jié)省測量時間且盡量不影響測量結(jié)果的精確度,在2.00 V以下每隔0.10 V記錄1次數(shù)據(jù),2.00~3.00 V每隔0.20 V記錄1次數(shù)據(jù),3.00~5.00 V每隔0.50 V記錄1次數(shù)據(jù),5.00~10.00 V每隔1.00 V記錄1次數(shù)據(jù).

        改變燈絲電壓EH,測量條件為:室溫下EH=4.97 V,液氮下EH=4.30 V,Ec=0.40 V.Ea0=-0.90 V,逐漸增加至10 V. 測量不同燈絲電壓下的冉紹爾-湯森曲線,進(jìn)一步研究該效應(yīng)的規(guī)律.

        3 實驗結(jié)果及討論

        3.1 驗證冉紹爾-湯森效應(yīng)

        圖4 低能電子散射概率Ps與關(guān)系

        圖5 總有效散射截面QL與關(guān)系

        圖6 幾何因子f與關(guān)系

        圖7 板極電流IP與關(guān)系

        3.2 不同燈絲電壓對電子散射概率的影響

        圖8 不同燈絲電壓下Ps與的關(guān)系

        圖9 不同燈絲電壓下QL與的曲線

        圖10 板極電流與加速電壓的關(guān)系

        3.3 研究最佳補償電壓的測量方法

        本實驗中因考慮到柵極G與接收板極P間的散射,有接觸電勢差的存在,因此加補償電壓Ec消除其影響. 但實驗中難以得到最佳補償電壓,若補償電壓偏小,冉紹爾-湯森曲線會向右平移,補償電壓偏大,冉紹爾-湯森曲線向左平移,如圖11所示,這會導(dǎo)致測量電子對氣體原子散射截面最小值的加速電壓出現(xiàn)較大偏差[7].

        圖11 補償電壓對冉紹爾-湯森曲線的影響

        教材中測最佳補償電壓的方法是通過測得不同補償電壓下的冉紹爾-湯森曲線,并進(jìn)行對比,得到最佳值. 這需測較多數(shù)據(jù),且均為重復(fù)性測量,效率不高. 因此本文對實驗進(jìn)行了如下改進(jìn).

        1)將加速電壓調(diào)至Ea0,補償電壓調(diào)至比最佳補償電壓稍低的值(若不確定最佳補償電壓,可從較小值開始調(diào)節(jié)),這時由于補償電壓并非最佳,導(dǎo)致冉紹爾-湯森曲線偏離標(biāo)準(zhǔn)曲線.

        2)測量該補償電壓下液氮與室溫環(huán)境下的IP,IS,求出散射概率Ps.

        3)不斷增加補償電壓的值,求出散射概率PS,直到補償電壓高于最佳值.

        4)畫出Ps-Ec曲線,理論上曲線先下降后上升,存在最小值,而Ec的最小值對應(yīng)的補償電壓即為最佳補償電壓. 這是因為隨著補償電壓增加,冉紹爾-湯森曲線由右向左移動,與標(biāo)準(zhǔn)曲線重合時Ps最小.

        4 結(jié) 論

        猜你喜歡
        紹爾燈絲湯森
        為什么燈泡是鴨梨狀的?
        西格紹爾名槍匯
        混血“幫派”西格紹爾
        誰殺了他的情人
        國產(chǎn)500kW發(fā)射機燈絲UPS電源保障系統(tǒng)
        電子制作(2017年9期)2017-04-17 03:00:38
        德國總理默克爾的“賢內(nèi)助”——“第一先生”約阿希姆·紹爾
        僑園(2016年5期)2016-12-01 05:23:34
        誰殺了他的情人
        伴侶(2016年9期)2016-09-07 10:44:46
        約阿希姆·紹爾:德國第一先生
        莫愁(2016年14期)2016-06-03 09:25:53
        倒裝LED燈絲燈的光學(xué)性能詳解
        中國照明(2016年4期)2016-05-17 06:16:24
        微機控制系統(tǒng)在TBH522型廣播發(fā)射機燈絲邏輯控制中的應(yīng)用
        亚洲av无码专区在线亚| 亚洲人成精品久久久久| 欧美一区二区三区红桃小说 | 久久国产精彩视频| 国产青青草自拍视频在线播放| 日本精品免费看99久久| 亚洲精品成人av在线| 极品熟妇大蝴蝶20p| 日本精品久久性大片日本| 日本精品一区二区三区在线观看 | 女同一区二区三区在线观看| 国产乱码卡二卡三卡老狼| 破了亲妺妺的处免费视频国产 | 蜜桃一区二区三区在线视频| 久久综合噜噜激激的五月天| 成人免费看吃奶视频网站| 天天干夜夜躁| 国产一区二区三区四区在线视频| 中文字幕人妻在线中字| 激情久久av一区av二区av三区| 欧美人与动牲交片免费| 国产精品自产拍在线18禁| 国产啪亚洲国产精品无码| 国产乱人视频在线看| 一个人看的在线播放视频| 精品国产sm最大网站| 中文字幕av无码一区二区三区| 69天堂国产在线精品观看| 国产尤物自拍视频在线观看 | 在线天堂中文一区二区三区| 特级国产一区二区三区| 宅男666在线永久免费观看| 欧美自拍区| 日本一区二区日韩在线| 狠狠躁天天躁无码中文字幕图| 亚洲欧美日韩精品久久亚洲区| 精品一区二区三区影片| 加勒比日韩视频在线观看 | 永久免费毛片在线播放| 国产精品国产av一区二区三区| 成年无码av片在线|