冉绍尔-汤森效应

1921年,Carl Ramsauer在研究电子与气体原子的碰撞中,发现碰撞截面的大小与电子的速度有关。当电子能量较高时,电子与氩原子的碰撞散射截面随着电子能量的降低而增大;当电子能量小于十几个电子伏特后,发现散射截面却随着电子的能量的降低而迅速减小。在经典理论中,散射截面与电子的运动速度无关,而冉紹尔与汤森的实验结果表明它们是相关的。这只能用量子力学才能作出满意的解释。

该实验教材为《近代物理实验》,第二版,戴乐山,戴道宣. 高等教育出版社,2006.7。实验二 冉绍尔-汤森效应。

实验室位于物理楼161.

实验教师:姚红英,杨新菊老师

  • R-T实验仪
  • 液氮
  • 示波器

r-t.jpg

  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P_S与电子速度的关系。
  3. 计算气体原子的有效弹性散射截面Q;测定散射几率或散射截面最小时的电子能量Emin。
  4. 验证冉绍尔-汤森效应,并用量子力学理论加以解释。

电子与原子或亚原子碰撞时,经过路程x散射概率为

P_s(x)=1-e^{-nσx} 在经典物理中,我们定义粒子的平均自由程为

λ=1/nσ 这时有 P_s(x)=1-e^{x/λ}

碰状管有四部分组成:阴极,加速极,等势空间,收集极.其基本结构如图所示

碰撞管结构图.jpg

测量气体原子总散射截面原理图.jpg

r-t曲线.jpg

  1. 写明本实验的目的和意义。
  2. 阐述实验的基本原理、设计思路和研究过程。
  3. 记下所用仪器、材料的规格或型号、数量等。
  4. 记录实验的全过程,包括实验步骤、各种实验现象和数据处理等。
  5. 分析实验结果,讨论实验中出现的各种问题。
  6. 得出实验结论,并提出改进意见。
  1. The FranckHertz Experiment and the RamsauerTownsend Effect: Elastic andInelastic Scattering of Electrons by Atoms f-h_r-t.pdf
  2. Kukolich S G. Demonstration of the Ramsauer-Townsend effect in a xenon thyratron, Am.J.Phys.,1986,36:701-703 ajp000701.pdf
  3. 曾谨言.量子力学.下册.北京:科学出版社,1989
  4. 吴思诚,王祖铨.近代物理实验I(基本实验).北京:北京大学出版社,1986
  5. Mott N F,Massey H S W. The theory of atomic collisions.3rd ed.London:Oxford University Press,1986
  6. O'Malley T F. Extrapolation of electron-rare gas atom cross sections to zero energy, Phys. Rev.,1963,130:1020-1029 physrev.130.1020.pdf
为什么实测出来在低温下极板电流Ip和加速电压EA的关系是呈线性的呢?如果总电子数不变,那么电子速度与电压的根号成正比,电流又与电子速度成正比,那么Ip就应该是和加速电压EA的根号呈线性关系啊 ——psh
浦升华同学:极板电流Ip和加速电压Ea不应该呈线性关系,但也不是简单的和Ea的根号呈线性关系。当电子与稀有气体原子发生碰撞时,散射截面有一极小值,这是Ramsauer-Townsend效应的关键。你可以把你的实验结果拿来,我们再作进一步讨论。以上几篇文章,可供你参考。谢谢提问。 — xinyi zhang 2009/05/24 16:35
  • exp/r-t.txt
  • 最后更改: 2020/12/03 22:15
  • 由 yaohy