物理电子发射理论4

光电效应的物理工作原理解析光电效应是指当光照射到金属或者半导体的表面时，会引起电子的发射。

这一现象是经典物理学难以解释的，直到爱因斯坦的光量子假说提出，才得到了合理的解释。

本文将围绕光电效应的物理工作原理展开论述。

一、光电效应的经典物理学解释在经典物理学中，我们可以采用波动理论来解释光的行为。

根据波动理论，光的能量是连续分布在空间中的，而不是集中在某个位置。

因此，在此理论下，当光照射到金属表面时，电子会受到光的能量，若能量足够大，则电子会从金属中释放出来。

然而，这一解释与实验结果严重不符。

实验表明，即便用高强度的光照射金属，如果光的频率低于某个临界频率，仍然无法使电子发射。

这与波动理论的预测完全不同。

二、爱因斯坦的光量子假说爱因斯坦在1905年提出了光量子假说，他认为光是由一个个离散的能量元组成的。

根据这个假说，光的能量是以离散的量子形式存在的。

光量子的能量E与光的频率ν之间存在着简单的关系：E=hν，其中h被称为普朗克常数。

光量子假说为解释光电效应提供了新的视角。

根据这个假说，当光照射到金属表面时，单个光量子会与金属中的电子发生碰撞，将其能量传递给电子。

如果光量子的能量足够大，超过了金属中电子的束缚能，则电子会被释放出来。

这就是光电效应的基本原理。

三、光电效应的特性与实验观察通过实验观察，我们可以总结出光电效应的几个特性。

1. 频率与电流的关系：光电流的强度随着光的频率的增加而增加，但当频率达到一定值时，光电流突然变为零。

这个临界频率与金属的性质有关，称为截止频率。

2. 光强与光电流的关系：在光的频率大于临界频率的情况下，光强的增加会导致光电流的增加。

3. 光电子动能与光频率的关系：当光照射到金属时，释放出的光电子具有一定的最大动能。

实验发现，光电子的最大动能与光的频率呈线性关系，斜率为普朗克常数h。

以上特性进一步验证了光量子假说的正确性，并且与波动理论相矛盾。

四、光电效应的应用光电效应作为光与物质相互作用的重要现象，不仅在理论研究中具有重要意义，也有广泛的应用。

电子与场带电粒子在电场和磁场中运动是在近代科学技术应用的许多领域中都经常遇到的一种物理现象。

在下面的实验中，主要研究电子在各种电场和磁场中的运动规律。

在这个实验中，把电子看作是遵从牛顿运动定律的经典粒子。

因为在下面实验中，电子的运动速度总是远小于光速（3.00×108 m/s ），所以不必考虑相对论效应，而且由于实验中电子运动的空间范围远比原子的尺度要大，也可不必考虑量子效应。

【实验目的】1.了解示波管的构造和工作原理，研究静电场对电子的加速作用。

2.定量分析电子束在横向匀强电场作用下的偏转情况。

3.定量分析电子束在横向磁场作用下的偏转。

4.定量分析电子束在纵向磁场作用下螺旋运动，测定荷质比。

【实验仪器】DH4521电子束测试仪、电源线、10芯专用电缆、52尼康线。

【实验原理】1.小型电子示波管的构造阴极射线管中，电子示波管的构造如图1所示。

包括下面几个部分：电子枪，它的作用是发射电子，把它加速到一定速度并聚成一细束；偏转系统，由两对平板电极构成。

一对上下放置的Y 轴偏转板(或称垂直偏转板)，一对左右放置的X 轴偏转板(或称水平偏转板)；电子枪偏转系统H KG 1G 2YXA 1A 2V 2R 1R 2R 3Y XH调辉聚焦辅助聚焦荧光屏图 1 示波管结构图F -灯丝 K -阴极 G 1，G 2- 控制栅极 A 1-第一阳极A 2-第二阳极 Y -竖直偏转板 X -水平偏转板FF荧光屏，用以显示电子束打在示波管端面的位置。

以上这几部分都密封在一只玻璃壳之中。

玻璃壳内抽成高真空，以免电子穿越整个管长时与气体分子发生碰撞，故管内的残余气压不超过610-大气压。

电子枪的内部构造如图2所示。

电子源是阴极，图中用字母K 表示。

它是一只金属圆柱筒，里面装有加热用的灯丝，两者之间用陶瓷套管绝缘。

当灯丝通电时可把阴极加热到很高温度。

在圆柱筒端部涂有钡和锶氧化物，此材料中的电子在加热时较容易逸出表面，并能在阴极周围空间自由运动，这种过程叫热电子发射。

光电物理知识点总结大全1. 光电效应光电效应是光和电子之间的基本相互作用过程。

它是指当金属表面或半导体中的电子受到光的照射时，会被激发出来并形成光电流的现象。

光电效应是建立现代光电子学的基础，它揭示了光子的能量和动量对于材料中电子能级的激发影响。

光电效应有三种主要类型：外光电效应、内光电效应和光电发射效应。

2. 波粒二象性波粒二象性是指光和电子都具有波动性和粒子性。

在某些实验中，光和电子表现出波动特性，而在其他实验中，它们又表现出粒子特性。

这一概念的提出解决了红外灾变、飞行时间技术、光学和粒子散射中的许多问题。

波粒二象性的发现是量子力学的重要基础，它为光电物理的发展提供了关键的理论基础。

3. 光的波动性质光的波动性质是指光是一种电磁波，它在传播过程中表现出波动的特性。

光波动性质的研究揭示了光的干涉、衍射、偏振等现象，为光电物理的研究与应用提供了理论基础。

光的波动性质在光学、光电子学、光通信等领域具有重要的应用价值。

4. 光的粒子性质光的粒子性质也称为光子性质，是指光在相互作用过程中表现出粒子的特性。

光的粒子性质的研究揭示了光的能量、动量和频率对材料中电子的激发影响，为光电子学、半导体器件等领域的应用提供了理论支持。

5. 光电子发射光电子发射是指金属或半导体中的电子受到光照射时，把部分能量吸收，并运动到离开金属或半导体表面的位置。

光电子发射是光电效应的重要现象之一，它在光电子学、半导体器件和光学信息处理等领域具有重要的应用价值。

6. 光电晶体光电晶体是由光子晶体和电子晶体组成的一种新型功能材料。

它具有光学周期结构和电子周期结构的双重优势，能够在光电效应的基础上实现光与电子的相互转换和控制。

光电晶体在半导体器件、光通信、光电信息处理等领域具有重要的应用前景。

7. 光电导现象光电导现象是指当半导体材料受到光照射时，导电性能会发生变化的现象。

光电导现象的研究为半导体光电子器件的设计和应用提供了技术支持，包括太阳能电池、光电导光纤、光电探测器等。

实验04 金属逸出功的测量引 言金属中存在大量的自由电子，但电子在金属内部所具有的能量低于在外部所具有的能量，因而电子逸出金属时需要给电子提供一定的能量，这份能量称为电子逸出功。

研究电子逸出是一项很有意义的工作，很多电子器件都与电子发射有关，如电视机的电子枪，它的发射效果会影响电视机的质量，因此研究这种材料的物理性质，对提高材料的性能是十分重要的。

实验目的1 用里查逊(Richardson)直线法测定钨的逸出功2 学习图表法数据处理。

实验原理电子从金属中逸出，需要能量。

增加电子能量有多种方法，如用光照、利用光电效应使电子逸出，或用加热的方法使金属中的电子热运动加剧，也能使电子逸出。

本实验用加热金属，使热电子发射的方法来测量金属的逸出功。

图1所示的真空二极管阴极(用被测金属钨丝做成)通电流加热，并在阳极上加以正电压，在连接这二个电极的外电路中将有电流通过．这种电子从加热金属线发射出来的现象，称为热电子发射。

研究热电子发射的目的之一，是选择合适的阴极材料。

诚然，可以在相同加热温度下测量不同阳极材料的二极管的饱和电流，然后相互比较，加以选择。

通过对阴极材料物理性质的研究来掌握其热电子发射的性能，是带有根本性的工作，因而更为重要。

在常温下金属表面与外界(真空)之间存在一个势垒Wa ，所以电子要从金属中逸出必须至少具有能量Wa ，在绝对零度时电子逸出金属至少需要从外界得到的能量为Φ=-=e W W W f a 00W 称为金属电子的逸出功，其常用单位为电子伏特(eV)，它表征要使处于绝对零度下的金属中具有最大能量的电子逸出金属表面所需要给予的能量．Φ称为逸出电位，其数值等于以电子伏特表示的电子逸出功。

热电子发射就是用提高阴极温度的办法以改变电子的能量分布，使其中一部分电子的能量大于Wa ，使电子能够从金属中发射出来．因此，逸出功的大小对热电子发射的强弱具有决定性作用。

热电子发射公式根据费米－狄拉克能量分布公式，可以导出热电子发射的里查逊—杜什曼(Richar-dson-Dushman)公式：kT e eAST I Φ-=2 （1）式中 I 为热电子发射的电流强度，单位为A ；A 为和阴极表面化学纯度有关的系数，单位为22C cm A ⋅；S 为阴极的有效发射面积，单位为；k 为玻尔兹曼常数(k ＝1.38×J/K)。

光电效应原理光电效应原理是物理学中一个重要的概念，它涉及到光与电流之间的关系，以及光对一定物质的影响。

在这里，我们将深入了解光电效应的基本原理，以及其生物、化学和社会等多个领域的应用。

一、光电效应的定义光电效应是一种物理现象，它将光的能量转换为电能，描述的是光照射物质时会发生的一种电磁效应，常见的有热效应、光电效应和导电效应。

其中，光电效应是指光的能量被物质发射或消散时，由物质电荷因而产生的电场及电势。

二、光电效应的原理所有物质都会受到光照射，而受到照射的物质都有电子，电子在受到光照射后会产生自由电子，这就是光电效应的实质，也就是光照射物质时，物质表面的电荷会随之改变，导致电流的产生。

光电效应的原理可用四步来描述：首先，光照射物质表面；其次，光照射物质表面的电子会受到激发，光子和电子之间发生作用，使得电子由原子内被激发出来；紧接着，被激发出来的电子会被电场拖动，形成电流；最后，被拖动的电子经过电路向电子接收器输出电能。

三、光电效应的应用光电效应的应用十分广泛，它不仅能在物理学和电机学中应用，还可以在生物、化学等学科中以不同的形式给人们带来许多便利。

1.物学应用在生物学应用中，光电效应可以用于检测细菌、病毒等病原体，以及研究生物分子的动态变化。

例如，利用光电效应，可以对蛋白质的表达进行实时监测，从而获取细胞基因组信息，进而获得更多生物学知识。

2.学应用在化学领域，光电效应可用于表面活性物质的快速检测和分析，例如，使用光电效应可以快速检测食品中的抗生素、重金属、抗药性菌等成分。

同时，光电效应还可以用于研究某些物质的发光特性，从而揭示和解析该物质的化学机理。

3.会应用在社会应用中，光电效应可用于安全检测、自动控制系统、洪水检测和计算机等领域。

例如，光电效应可以用于安全检测，通过光电装置对某种对象进行检测，以便及时发现和监测可疑信息。

此外，它还可以用于自动控制系统，采用光电元件，自动识别信息，达到自动控制的效果。

第五章 场致电子发射场致发射：依靠外加强电场压抑物体表面势垒，使势垒高度降低，势垒宽度变窄，这样物体内的电子通过隧道效应穿透过表面势垒而逸出。

优点：电流密度大，107A/cm 2，热发射，几百A/cm 2；冷阴极（无须加热阴极）问题：发射的稳定性，阴极寿命还未完全解决产生强电场的方法：1、 提高电压，发射体做成曲率半径很小的尖端形式。

2、 采用薄膜技术，缩短阴阳极间距离。

5.1 金属场致发射理论一、与经典理论的矛盾 加速场：肖特基效应||'εϕϕke e −=，)||44.0exp(0εT j j a = 1、 E 较强时，实验结果得出的电流大于上式2、 E 较强时，低温时（T<1000K ），电流与温度无关二、场致发射的定性解释 场致发射：)exp(2EB AE j E −= A ，B 是与φ有关的常数 E x 大于Wa 的电子，仍有可能被势垒反射回金属内部 E x 小于Wa 的电子，也可能“穿透势垒”而逸出――隧道效应势垒曲线a ：零场，理查生－德施曼方式（势垒无限宽，考虑偶电层力，镜像力） 曲线b ： 弱电场，肖特基效应（势垒高度降低，宽度变窄，只考虑了势垒高度的降低，是弱电场的热发射。

温度对发射的影响远大于电场对发射的影响）微粒性 势垒很宽：热反射电子数目》遂穿电子数目曲线c ：低温、强电场，隧道效应（势垒高度进一步降低，宽度变窄到电子波长数量级，隧道效应起主要作用，隧穿电子数目）热反射电子数目，j 可达108A/cm 2，T<1000K 场致发射，温度对发射的影响则不大。

）波动性 曲线d ：极强电场，成本高，没有必要隧道效应粒子能穿透比动能更高的势垒的现象，隧道效应是微观粒子具有波动性的表现，隧道效应对势垒宽度十分敏感如一个α粒子穿过一个势垒：V 0－E 势垒宽度a 透射系数|T|21MeV ~10-14m 10−41MeV ~10-13m ~10-38对于宏观物体，隧道效应在实际上已经没有意义。

雷达原理简介首先，大家必须先了解雷达的基本原理，因为雷达仍是目前用来侦测移动物体最普遍的方法．雷达英文为RADAR,是Radio Detection And Ranging的缩写．所有利用雷达波来侦测移动物体速度的原理，其理论基础皆源自于“多谱勒效应”,其应该也是一般常见的多谱勒雷达(Doppler Radar），此原理是在19世纪一位澳地利物理学家所发现的物理现像，后来世人为了纪念他的贡献，就以他的名字来为该原理命名．都卜勒的理论基础为时间．波是由频率及振幅所构成，而无线电波是随着波而前进的．当无线电波在行进的过程中，碰到物体时,该无线电波会被反弹，而且其反弹回来的波，其频率及振幅都会随着所碰到的物体的移动状态而改变．若无线电波所碰到的物体是固定不动的，那么所反弹回来的无线电波其频率是不会改变的．然而，若物体是朝着无线电线发射的方向前进时，此时所反弹回来的无线电波会被压缩，因此该电波的率频会随之增加；反之，若物体是朝着远离无线电波方向行进时,则反弹回来的无线电波，其频率则会随之减小．速度侦测装置（即台湾警方所使用的测速雷达)所应用的原理，就是可以侦测到发射出现的无线电波,及反弹回来的无浅电波其间的频率变化．由这两个不同频率的差值,便可以依特定的比例关系，而计算是该波所碰撞到物体的速度．当然，此种速度侦测装置可以将所侦测到的速度，转换为「公里/小时」或是「英哩/小时」．也许大家还是无法体会什么是「都卜勒效应」，但每个人在日常生活中应该都有「听」过「都卜勒效应」．例如：当火车鸣笛或救护车的警报声一直朝着你接近时，会发现声音会一直在变化,这就是所谓的「都卜勒效应」，此例子是生活中最常见的例子，因为当声波一直朝着你接近时，该声波的频率会一直增加，所以听到的声音才会一直变．这跟测速雷达所用到的原理是一样的,只不过测速雷达所使用的不是声波，而是无线电波．由于警方的测速雷达总是侦测到一个较强的反单电波后，才决定该移动物体(车子)的速度;而通常体积较大的物体其反弹的电波也较强；另外，离发射电波较近的物体，其所反弹的电波也会较强．根据这个原理，若有两辆大小相同的车子，同样都是超速时，测速雷达只会侦测到开在较前面车子的速度；若有一辆未超速的大卡车开在前方，而另一辆已超速的小客车开在后方时，测速雷达是无法侦测出该小客车已超速，除非该小客车已经超越了大卡车而继续超速．这告诉我们,利用雷达波来侦测车速时,是无法在车阵中，侦测到特定车辆的速度，而只能侦测到开在车阵最前面，且体积较大的车子的速度．雷达（radar)原是“无线电探测与定位”的英文缩写。

光电效应定义及分类一、引言光电效应是指当金属或半导体表面受到光照射时，会发生电子的发射现象。

这一现象是量子物理学的重要研究对象之一，不仅在理论上有着深刻的意义，而且在实际应用中也具有广泛的应用价值。

本文将对光电效应进行全面详细的定义及分类。

二、基本概念1. 光电效应：当金属或半导体表面受到光照射时，会发生电子的发射现象。

2. 光电子：被光激发出来的自由电子。

3. 光阴极：能够产生大量光电子的材料。

通常使用碱金属和合金作为光阴极材料。

4. 入射光强度：单位时间内入射在单位面积上的能量。

5. 逸出功：当一个自由电子从固体表面逸出所需能量。

它是固体材料特性之一。

三、分类根据不同条件下产生光电效应，可以将其分为以下几类：1. 外光电效应：即经过真空或气体后照射到金属表面产生的光电效应。

这种光电效应的实验条件非常苛刻，需要使用真空或极低压气体环境。

2. 内光电效应：即在半导体中发生的光电效应。

这种效应与半导体材料的能带结构有关，可以通过控制半导体材料的能带结构来调节其性质。

3. 前向光电效应：即在PN结或PNP结中正向偏置时，经过照射产生的光电流现象。

前向光电效应是太阳能电池等器件中最常见的一种现象。

四、影响因素1. 入射光强度：入射光强度越大，产生的光电子数目越多。

2. 入射光频率：入射光频率越高，产生的光电子动能越大。

3. 材料逸出功：逸出功越小，产生的光电子数目越多。

4. 材料表面状态：表面平整度、清洁度等都会影响到产生的光电子数目和动能。

五、实际应用1. 光阴极：利用外部激励源（如激光）照射在金属或半导体表面，产生大量的光电子，从而实现高亮度电子束的发射。

2. 光电探测器：利用光电效应的原理，将入射光转化为电信号，实现对光信号的检测和测量。

3. 太阳能电池：利用前向光电效应原理，将太阳能转化为电能，实现太阳能的利用。

六、结论综上所述，光电效应是一种重要的物理现象，在科学研究和实际应用中都具有广泛的意义和价值。

光电效应的原理及其应用1. 光电效应的定义光电效应是指当光照射到金属或其他物质表面时，会发生电子发射的现象。

这种电子发射只有在光的频率超过金属的某个特定值时才会发生，而且电子的动能与光的频率有关。

光电效应的发现对于理解光和电之间的关系具有重大意义，也为现代物理学的发展做出了重要贡献。

2. 光电效应的原理光电效应的原理可以用以下三个要点来概括：2.1 光的粒子性质光既可以被看作是一种波动，也可以被看作是由光子组成的粒子。

根据量子理论，光的能量以离散的方式存在，所以它的粒子性质也被称为光子。

2.2 光子与物质的相互作用当光照射到金属表面时，光子与金属中的自由电子发生碰撞。

根据能量守恒定律，光子的能量会转移给自由电子，如果光子的能量足够大，那么自由电子就可以从金属表面逸出。

2.3 能级结构与电子逸出金属中的电子存在不同能级，处于最低能级的电子被束缚在金属内部，称为内层电子。

而位于较高能级的电子被称为自由电子，它们可以随着外界的作用逸出金属表面。

当光的能量大于金属内部电子的束缚能时，光子与金属发生碰撞会导致电子从金属表面逸出。

3. 光电效应的应用光电效应在许多领域都有广泛的应用，并为相关技术的发展提供了基础。

以下列举了一些常见的光电效应应用：3.1 光电池光电池利用光的能量将其转化为电能，用于储存和供应电力。

光电池广泛应用于太阳能电池板、光电传感器等设备中，并在可再生能源技术中发挥着重要作用。

3.2 光电二极管光电二极管是一种能够将光转化为电信号的电子器件。

它被广泛用于光通信、遥控器、光电传感器等领域，可以将光信号转换为电信号以实现信息传输。

3.3 光电放大器光电放大器也被称为光电倍增管，是一种能够将光信号转化为强电信号的电子器件。

它在科学研究、医学成像、光电检测等领域中发挥着重要作用。

3.4 光电控制器光电控制器利用光电效应以及相关的光敏元件，用于光控开关、光控制调节等应用场景。

它具有高精度、快速响应和低能耗的特点，在自动化控制系统中得到广泛应用。

能级理论和光的发射和吸收在物理学中，能级理论是一种重要的概念，它解释了原子、分子和固体材料的光谱，即它们发射和吸收光的过程。

在本文中，我们将探讨能级理论与光发射和吸收的关系。

首先，我们来介绍一下能级理论。

原子和分子中的电子拥有不同的能量，这些能量被称为能级。

一个原子或分子的能级可以看作是一系列互相接近的能量状态。

一般来说，这些状态按能量的高低排列成一组能级，最低的一个能级称为基态，其余的能级称为激发态。

当物体吸收能量时，其内部电子的能级会上升到更高的激发态，而当物体释放能量时，则会返回到较低的能级，这个过程就是光的发射和吸收。

然后我们来看一下光的发射和吸收过程。

当物质中的电子从高能级向低能级跃迁时，它们会释放出能量。

这些能量以光的形式传递出去，并被称为光子。

因此，光的发射实际上是电子从高激发态返回到低激发态的过程，同时释放出光子。

与光的发射对应的是光的吸收，即当光子碰撞到物质中的电子时，电子会被激发到高能级状态，而光子被吸收，从而减少了光子的数量。

此时物质吸收的光的能量就等于电子跃迁的能量。

在上述过程中，原子、分子和固体材料中的电子都受到能级限制。

只有当光子与物质中电子状态的差距恰好相等时，光才能被吸收或发射。

这也是为什么物质只能在特定频率范围内发射和吸收光子的原因。

这个频率差距等于电子移动的能量差距，而这种能量差距又决定材料进行光发射和吸收的颜色和波长。

在实际应用中，我们可以利用能级理论来解释和预测不同物质的光谱特性。

例如，我们可以根据能级理论来解释太阳光的成分，并通过测量不同波长的光的强度来确定不同元素的存在。

能级理论也是激光技术的基础，它解释了激光光谱的特性，并被广泛应用于光电子学和光学器件的设计中。

总之，能级理论对于理解光的发射和吸收过程具有重要意义。

通过理解物质中电子的能级状态，我们可以预测光谱的特性，并设计新的光电子和光学器件。

光电效应与电子发射光电效应：令人瞩目的物理现象光电效应，是一种非常令人瞩目的物理现象。

它是指当光照射到某些金属表面时，会产生电子发射的现象。

这个现象曾经给人类带来了巨大的惊喜和震撼，也为人们打开了一个通向电子学领域更广阔天地的大门。

光电效应是怎么发生的呢？具体来说，当光子通过金属表面时，会与金属表面上的电子相互作用。

当光子的能量大于金属表面上电子的停止电位时，就会发生电子发射现象。

这种发射的电子被称为光电子，而发射电子的过程被称为光电效应。

在实践应用中，光电效应的物理原理和相关技术都极为重要。

设想一下，如果没有光电效应这样一个物理现象，我们今天还能有电视、计算机、太阳能电池、激光等这些技术奇迹吗？电子发射：深入了解光电效应光电效应并不是唯一一种有关电子发射的现象。

另外还有一个非常重要的现象，它被称为热电发射。

热电发射与光电效应有些类似，但也有一定的不同。

具体来说，热电发射是指当某些物质受热时，会发射出电子的现象。

热电发射的电子大多数都是能量比较低的，而光电效应产生的电子则有可能具有非常高的能量。

这是因为，光能所带的能量足以将金属表面上的电子击穿，并将其加速到非常高的能级。

这就是为什么，光电效应可以产生具有很高动能的电子。

虽然光电效应和热电发射都是关于电子发射的现象，但它们发生的物理过程却截然不同。

例如，光电效应产生的电子发射是个瞬时过程，而热电发射通常需要一定的时间才能完成。

在实际应用中，这些差异对于电子发射技术的研究和发展都有着重要的意义。

电子发射：从光电二极管到电子显微镜有了对电子发射的基本认识之后，我们就可以更深入地了解电子发射技术的应用了。

实际上，电子发射技术早已应用于各个领域，并且发挥了极为重要的作用。

光电二极管是一个非常典型的应用光电效应的器件。

它被广泛应用于光电传感器等领域。

在光电二极管中，光子被感光材料吸收，并将其转换为电子，从而产生电流。

这个电流可以用来检测光强度、光频率等，从而实现对光信号进行控制和处理。

金属电子逸出功的测量一、实验目的1．了解热电子的发射规律，掌握逸出功的测量方法。

2．了解费米—狄拉克量子统计规律，并掌握数据分析处理的方法。

二、实验原理（一）电子逸出功及热电子发射规律热金属内部有大量自由运动电子，其能量分布遵循费米－狄拉克量子统计分布规律，当电子能量高于逸出功时，将有部分电子从金属表面逃逸形成热电子发射电流。

电子逸出功是指金属内部的电子为摆脱周围正离子对它的束缚而逸出金属表面所需的能量。

逸出功为0a f W W W =- ，其中为a W 位能势垒，f W 为费米能量。

由费米—狄拉克统计分布律，在温度0T ≠，速度在~v dv 之间的电子数目为：2()/12()1f W W kT m dn dv h e -=+ （1）其中h 为普朗克常数，k 为波尔兹曼常数。

选择适当坐标系，则只需考虑x方向上的情形，利用积分运算22/2/21/22()y z mv kTmv kT y z kT edv e dv mπ∞∞---∞-∞==⎰⎰ (2) 可将（1）式简化为22//234f x W kT mv kTx m kT dn e e dv hπ-=⋅ (3) 而速度为x v 的电子到达金属表面的电流可表示为x dI eSv dn = （4）其中S 为材料的有效发射面积。

只有x v ≥将（3）代入（4~∞范围积分，得总发射电流kT e s e AST I /2ϕ-= (5)其中234/A emk h π=，(5)式称为里查逊第二公式。

（二）数据测量与处理里查逊直线法：将(5)式两边同除以T 2后取对数，得()32lg lg 5.03910s I AS T Tϕ=-⨯ (6)由（6）知2lg(/)s I T 与1/T 成线性关系，只需测量不同温度T 下的s I ，由直线斜率可求得φ值，从而避免了A 和S 不能准确测量的困难。

发射电流s I 的测量：为有效收集从阴极材料发射的电子，必须在阴极与阳极之间加一加速电场E a 。

实验1-4 逸出功的测定【实验目的】1、了解热电子发射规律。

2、掌握逸出功的测量方法。

3、学习一种数据处理方法。

【实验原理】若真空二极管的阴极(用被测金属钨做成)通以电流加热，并在阳极上加正电压，则在连结两个电极的外电路中就有电流通过，如图1-4-1所示。

这种电子从加热金属中发射出来的现象，称热电子发射。

研究热电子发射的目的之一，就是要选择合适的阴极材料。

逸出功是金属的电子发射的基本物理量。

1、 电子的逸出功根据固体物理学中金属电子理论，金属中传导电子的能量分布按费米-狄拉克(Fermi-Dirac )分布，即：1)2(421233＋π＝－kTW W FeW m hdWdN (1-4-1)式中W F 称费米能级。

在绝对零度时，电子的能量分布如图1-4-2中的曲线(1)所示。

此时电子所具有的最大动能为W F 。

当温度升高时，电子的能量分布如图1-4-2中的曲线(2)所示。

其中少数电子具有比W F 高的能量，并以指数规律衰减。

由于金属表面与外界(真空)之间存在势垒W b ，如图1-4-3。

电子要从金属逸出，必须至少有能量W b 。

从图1-4-3可看出，在绝对零度时，电子逸出金属表面，至少需要得到能量W 0＝W b 一W F ＝e φ （1-4-2）W 0(e φ)称为金属电子的逸出功，常用单位为电子伏特(eV)。

它表征要使处于绝对零度下的具有最大能量的电子逸出金属表面所需给予的能量。

e 为电子电荷，φ称逸出电位。

近代物理实验报告 材料物理08--2班 宋永成 学号：08132220图1-4-1真空二极管工作原理图1-4-2 费米能量分布曲线 图1-4-3 金属表面势垒可见，热电子发射，就是利用提高阴极温度的办法，改变电子的能量分布，使其中一部分电子的能量大于W b ，从金属中发射出来。

因此逸出功的大小，对热电子发射的强弱具有决定性的作用。

2、热电子发射公式根据费米-狄拉克能量分布公式(1-4-1)，可以推导出热电子发射公式，称里查逊-杜什曼(Richardson-Dushman )公式。

光电发射第二定律光电发射是指在光照射下，金属表面会发射出电子的现象。

这一现象在19世纪末被发现，并由德国物理学家赫兹进一步研究和解释。

光电发射第二定律是描述光电发射现象的一个重要定律，它与光的频率和光电子的动能之间的关系密切相关。

光电发射第二定律可以用数学公式来表达，但在本文中，我们将避免使用公式，而是通过文字来描述其基本原理和相关概念。

首先，我们需要了解光电发射的基本原理。

光电发射的基本原理是，当光照射到金属表面时，光子与金属表面上的电子发生相互作用。

如果光子的能量足够高，它将能够将金属表面上的电子从束缚状态中解放出来，使其成为自由电子。

这个过程中，光子的能量会转移给电子，使其具有一定的动能。

根据光电发射第二定律，光电子的动能与光的频率有关，而与光的强度无关。

具体来说，光的频率越高，光电子的动能就越大；而光的强度只会影响光电子的数量，而不会影响其动能。

这一定律的实验结果与理论预测非常吻合，为光电发射现象的解释提供了重要的支持。

实际上，在赫兹的实验中，他发现无论光的强度如何变化，只要光的频率保持不变，光电流的强度也保持不变。

这一实验结果直接印证了光电发射第二定律。

光电发射第二定律的发现和解释对于量子力学的发展起到了重要的推动作用。

它揭示了光和物质之间的微观相互作用，为之后的波粒二象性理论提供了重要的实验证据。

这一定律也被广泛应用于光电子技术和相关领域的研究和应用中。

总结起来，光电发射第二定律是描述光电发射现象的一个基本定律，它告诉我们光电子的动能与光的频率有关，而与光的强度无关。

这一定律的发现和解释为量子力学的发展做出了重要贡献，也在光电子技术中起到了重要的应用作用。

通过对光电发射第二定律的研究，我们可以更深入地了解光和物质之间的微观相互作用，推动科学技术的发展。