第第23頁共23頁B51921，CarlRamsauer在爭論電子與氣體原子的碰撞中，覺察碰撞截面的大小與電子的速度有關。當電子能量較高時，電子與氬原子的碰撞散射截面隨著電子能量的降低而增大；當電子能量小于十幾個電子伏特后，覺察散射截面卻隨著電子的能量的降低而快速減小。在經典理論中,散射截面與電子的運動速度無關，而冉紹爾與湯森的試驗結果說明它們是相關的。這只能用量子力學才能作出滿足的解釋。【試驗理論及步驟】1.了解電子碰撞管的設計原則，把握電子與原子的碰撞規章和測量的原子散射截面的方法。Ps關系。Q系，測定散射截面最小時的電子能量。驗證冉紹爾-湯森效應，并學習用量子力學理論加以解釋。1〔0.75eV—1.1eV〕的平均自由程時，覺察氬氣中電子自由程比用氣體分子運動論計算出來的數值大得多。后來，把電子的能量擴展到一個較寬的范圍內進展觀看，覺察氬原子對電子的彈性散射總有效截面Q隨著電子能量的減小而增大，約在10eV四周到達一個極大值，而后開頭下降，當電子能量漸漸減小到1eV左右時，有效散射截面Q消滅一個微小值。也就是說，對于能量為1eV左右的電子，氬氣竟似乎是透亮的。電子能量小于1eV以后Q再度增大。此后，冉紹爾又對各種氣體進展了測量，覺察無論哪種氣體的總有效散射截面都和碰撞電子的速度有關。并且，構造上類似的氣體原子或分子，它們的總有效散射截面對電子速度的關系曲線Q=F()〔V為加速電壓值〕具有一樣的外形，稱為冉紹爾曲線。圖1為氙〔Xe〕，氪〔Ke〕，氬〔Ar〕三種惰性氣體的冉紹爾曲線。圖中橫坐標是與電子速度成正比的加速電壓平方根值，縱坐標是散射截面Q值，這里承受原子單位，其中a0為原子的玻爾半徑。圖中右方的橫線表示用氣體分子運動論計算出的Q值。明顯，用兩個鋼球相碰撞的模型來描述電子與原子之間的相互作用是無法解釋冉紹爾效應的，由于這種模型得出的散射截面與電子能量無關。要解釋冉紹爾效應需要用到粒子的波動性質，即把電子與原子的碰撞看成是入射粒子在原子勢場中的散射，其散射程度用總散射截面來表示。2、測量原理1氙，氪，氫的冉紹爾曲線以以下圖為測量氣體原子總散射截面的原理圖，當燈絲加熱后，就有電子自陰極逸出，設陰極電流為IK，電子在加速電壓的作用下，有一局部電子在到達柵極之前，被屏極接收，IS1I0，由于屏極上的矩形孔與板極P之間是一個等勢空間，所以電子穿越矩形孔后就以恒速運動，受到氣體原子散射的電子則IS2板極P，形成板流IP2和微電流計)，電子碰撞管，低溫容器,示波器四、試驗步驟1、溝通觀看圖3依據上圖所示連接電路，調整電子碰撞管陰極電源“Ef”至“2V”左右，，補償電壓“Ec”先調整至“0V”。示波器觸發源選“外接”，觸發耦合選擇“AC”，CH1，CH2“CH1“AC”耦合，“10mV”檔；置CH2為“AC”耦合，“20mV”檔。調整電位器“W1”可以轉變溝通加速電壓的幅度，調整電位器“W2”的大小，轉變示波器x軸的掃描幅度。這是可以在Ip和Is保溫杯中注入液氮，把碰撞管下部約1/2浸入液氮，示波器觀看S板和P2、直流測量依據圖2所示的儀器連接圖連接電路，翻開微電流計，調整微電流計Ip和Is的調零電位器，將示值全部調整為“0.000”〔留意此時應當將兩個換檔開關全部置于最小。翻開F電源組，將燈絲電壓Ef調至“2.000V”,直流加速電壓EaEc“0.000V”。調整直流加速電壓Ea旋鈕，等到微電流計主機上兩個表頭示值全部為“0.000”時，把1/2Ea個表頭是否同時有電流消滅。假設不是同時消滅電流，適當轉變補償電壓Ec的值，再調整直流加速電壓Ea旋鈕觀看此時是否兩個微電流計是否同時有電流〔留意此時保證電子碰撞管約1/2浸入液氮〕，假設同時有電流，記錄此時的補償電壓值的大小，后面測量中固定此補償電壓值。假設照舊不是同時有電流，重復以上過程，直至到達上述要求。液氮溫度下，從0～10V漸漸增加加速電壓〔2V以下每隔0.1V2V-3V0.2V0.5V〕，Ip*和Is*的大入大的液氮杜瓦瓶中，等到電子碰撞管恢復到室溫狀況，調整加速電壓為零，此時為保持陰極溫度不變，轉變燈絲電壓EfEa=1VIp+Is=Ip*+Is*，這是由于在加速電壓為1V空的狀況。參照低溫下的狀況，漸漸增加加速電壓，列表記錄Ip和Is【試驗結果】直流測量試驗數據室溫下燈絲電壓Ef=2.27V，液氮溫度下燈絲電壓Ef=2.00V，補償電壓Ec=1.11V，初始加速電壓Ea0=-0.13VEa/VIp*/uAIs*/uAIp/uAIs/uAradic;(Ea-Ea0)PsQL-0.130.0000.000.0000.000.000-0.030.0010.030.0030.050.316-0.800-0.5880.030.0030.120.0040.160.4000.0000.0000.130.0150.320.0120.430.5100.4050.5190.230.0530.860.0351.150.6000.5060.7060.330.1392.030.0892.380.6780.4540.6050.430.2984.150.1974.780.7480.4260.5550.530.5427.520.3568.190.8120.3970.5060.630.81312.490.57713.120.8720.3240.3920.731.04118.020.82418.660.9270.2360.2690.831.30925.001.12725.850.9800.1670.1830.931.57832.361.43433.661.0300.1260.1351.031.85139.961.72241.751.0770.1100.1161.132.0848.221.99850.481.1220.0820.0861.232.3956.652.2459.171.1660.1030.1081.332.7366.022.4868.851.2080.1290.1381.433.0875.592.7078.601.2490.1570.1711.533.3984.252.8989.171.2880.1950.2161.633.7494.503.0699.811.3270.2250.2551.734.10105.363.21110.831.3640.2560.2951.834.44115.563.33122.351.4000.2920.3451.934.79126.753.44134.261.4350.3220.3892.035.13137.663.54146.721.4700.3530.4352.235.82160.853.68170.441.5360.4030.5162.436.55185.603.78195.831.6000.4530.6032.637.28209.603.86221.901.6610.4990.6912.838.02236.103.90248.301.7200.5380.7713.038.81263.303.92275.301.7780.5740.8543.5310.79331.503.93342.401.9130.6471.0424.0312.88403.003.91408.802.0400.7011.2064.5315.01478.203.88478.202.1590.7421.3535.0317.07555.903.88545.902.2720.7691.4635.5319.12637.903.91671.402.3790.8061.6386.0320.9722.503.99687.002.4820.7991.6066.5322.9810.504.13759.002.5810.8071.6477.0324.8898.504.33833.402.6760.8121.6707.5326.7987.904.59911.502.7680.8141.6808.0328.51075.004.90988.202.8570.8131.6768.5330.21162.505.261067.502.9430.8101.6629.0331.91248.005.661149.603.0270.8071.6479.5333.51330.506.111323.203.1080.8171.69610.0335.11411.206.621318.403.1870.7981.600由以上數據作圖：4是Ip、Ip*—radic;(Ea-Ea0)曲線，反映的是在室溫存液氮溫度下極板P的電流與電子速率的關系。由圖可以看出，室溫下，Ip隨電子速率的增大，先會增大一段，然后趨于穩定。這是由于電子散射截面與電子速率有關，所以Ip無法始終增大。而在液氮溫度下，氣體被凍結，電子的散射可以無視Ip*與電子速率近似呈線性正相關關系圖5、圖6分別是電子散射幾率與電子速率、電子散射截面與電子速率的關系曲線。radic;(Ea-Ea0)<0.5據點很分散，并且與其他數據有較大的趨勢差異，可以推想有兩個數據點的測量不準確，造成了誤差無視radic;(Ea-Ea0)<0.5radic;(Ea-Ea0)>1時，Ps、QL與電子速率呈正相關；在0.5<radic;(Ea-Ea0)<1，Ps、QL當radic;(Ea-Ea0)在1，Ps、QL一點的數據是：radic;(Ea-Ea0)=1.122，Ps=0.082，QL=0.086這時的1.2eV，符合冉紹爾效應。