中国石油大学近代物理实验实验报告成绩：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。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1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IK，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IS1；一部分穿过屏极形成电流I0，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IS2;未受到散射的电子到达板极P，形成半流IP，因此有IK=I0+IS1（B-5-1）IS=IS1+IS2（B-5-2）I0=IP+IS2（B-5-3）电子在等势区内散射概率为：PS=1-（B-5-4）（B-5-5）（B-5-6）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(B-5-7)（B-5-8）（B-5-9）电子总有效界面Q和散射几率的关系为：2（B-5-10）式中L为屏极隔离板矩形孔到板极之间的距离，并且（B-5-11）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Ef调至2.63V，直流加速电压Ea调至0.00V，补偿电压Ec调至0.34V。2.从0——9V逐渐增加加速电压Ea，列表记录每点对应的电流IP和Is的大小，根据公式（B-5-6）做PS——Ea的关系曲线图，测量低能电子与气体原子的散射几率PS随电子能量变化的关系。3.画出Ef=2.63V下几何因子f随加速电压Ea的变化期限，分析两者的关系。4.利用前面计算出PS值，测量Ef=2.00V下的IP和IS并计算几何因子f随加速电压Ea的变化，画出曲线，并与Ef=2.63V下的f比较。【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，这里直接给出Ef=2.63V和各Ea下的值。【数据记录及处理】将补偿电压Ec调至0.34V和1.80V，灯丝电压Ef调至2.63V，测量电流IP和Is的大小，数据见表1。表1.测量气体原子总散射截面数据EaIp*(μA)Is*(μA)Ip(μA)Is(μA)sqrt(Ea)Psf(Ef=2.63V)Ip(μA)Is(μA)Ps2011-07-210.2Ec=0.34vEc=1.80VEf=2.63VEf*=2.3V0.200.040.740.0084.950.000.9690.05410.2974.66-0.1680.300.122.200.0249.360.320.9510.05450.4808.55-0.0280.400.224.710.06015.150.450.910.04670.72714.30-0.084320.500.358.000.12031.860.550.9100.04381.02021.50-0.0810.600.5113.40.21930.000.630.8020.03811.25029.24-0.1180.700.6818.50.35939.000.710.7430.03681.53037.80-0.0970.800.9225.90.55048.760.770.6750.03551.82047.46-0.0770.901.1632.40.79659.200.840.6160.03582.07055.50-0.0401.01.4339.91.0970.300.890.5590.03582.33066.600.0231.11.7548.71.4182.300.950.5140.03592.55078.500.0931.22.0758.01.6391.601.000.4930.03572.74090.800.1501.32.3967.91.91104.501.050.4720.03522.910103.600.1961.42.6876.52.13117.701.100.4750.03503.050118.100.2561.53.0488.02.29131.501.140.4870.03453.150131.500.2991.63.401002.40145.401.180.5060.03403.240145.700.3381.73.701122.48160.401.220.5240...
