布拉格衍射實(shí)驗(yàn)

1、成績(jī)國(guó)際教育學(xué)院實(shí)驗(yàn)報(bào)告（操作性實(shí)驗(yàn)）課程名稱：電磁場(chǎng)與電磁波實(shí)驗(yàn)題目：布拉格衍射實(shí)驗(yàn) 指導(dǎo)教師：-班級(jí)：- 學(xué)號(hào)：- 學(xué)生姓名：-1、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮腿蝿?wù)1、觀察微波通過(guò)晶體模型的衍射現(xiàn)象。 2、驗(yàn)證電磁波的布拉格方程。2、 實(shí)驗(yàn)儀器及器件分度轉(zhuǎn)臺(tái) 1 臺(tái)，喇叭天線 1 對(duì)，三厘米固態(tài)信號(hào)發(fā)生器 1 臺(tái)，晶體檢波器 1 個(gè)，可變衰減器 1 個(gè)，讀數(shù)機(jī)構(gòu) 1 個(gè)，微安表 1 個(gè)， 模擬晶體架一個(gè)。3、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及原理1、晶體結(jié)構(gòu)與密勒指數(shù)任何的真實(shí)晶體，都具有自然外形和各向異性的性質(zhì)，這和晶體的離子、原子或分子在空間按一定的幾何規(guī)律排列密切相關(guān)。晶體內(nèi)的離子、 原子或分子占據(jù)點(diǎn)陣的結(jié)構(gòu)，

2、兩相鄰結(jié)點(diǎn)的距離叫晶體的晶格常數(shù)。真實(shí)晶體的晶格常數(shù)約在 10-8厘米的數(shù)量級(jí)，X 射線的波長(zhǎng)與晶體的常數(shù)屬于同一數(shù)量級(jí)。因此對(duì)于X射線來(lái)說(shuō)實(shí)際上晶體是起著衍射光柵的作用，因此可以利用 X 射線在晶體點(diǎn)陣上的衍射現(xiàn)象來(lái)研究晶體點(diǎn)陣的間距和相互位置的排列，以達(dá)到對(duì)晶體結(jié)構(gòu)的了解。 圖1 立方晶格最簡(jiǎn)單的晶格是立方體結(jié)構(gòu)2、微波布拉格衍射本實(shí)驗(yàn)是仿造X射線入射真實(shí)晶體發(fā)生衍射的基本原理，人為制造一個(gè)方形點(diǎn)陣的模擬晶體，以微波代替X射線，使微波向模擬晶體入射，觀察從不同晶面上點(diǎn)陣的反射波產(chǎn)生干涉應(yīng)符合的條件，這個(gè)條件就是布拉格方程。當(dāng)波長(zhǎng)為的平面波射到間距為的晶面上，入射角為當(dāng)滿足的條件時(shí)（為整數(shù)）

3、發(fā)生衍射，衍射線在所考慮的晶面反射線方向。在布拉格衍射實(shí)驗(yàn)中采用入射線與晶面的夾角（即通稱的入射角），是為了在實(shí)驗(yàn)時(shí)方便。因?yàn)楫?dāng)被研究晶面的法線與分光儀上度盤的00刻線一致時(shí)，入射線與反射線的方向在度盤上有相同的示數(shù)，不容易搞錯(cuò)，操作方便。本實(shí)驗(yàn)使用的簡(jiǎn)立方點(diǎn)陣模擬晶體，晶格格點(diǎn)上的粒子由小鋁球組成，小鋁球是微波的散射中心，能獲得幾個(gè)級(jí)次的反射，取決于所研究的平面族。4、 實(shí)驗(yàn)步驟步驟1：根據(jù)圖2理論示意圖，連接儀器，調(diào)整系統(tǒng)。實(shí)物圖如圖3所示。要注意的是模擬晶體球應(yīng)用模片調(diào)得上下左右成為一方形點(diǎn)陣，模擬晶體架上的中心孔插在支架上與度盤中心一致的一個(gè)銷子上。圖2 理論示意圖圖3 實(shí)驗(yàn)實(shí)物圖 步

4、驟 2：當(dāng)把模擬晶體及晶體架放在中心軸上的分度轉(zhuǎn)盤時(shí)，要調(diào)整發(fā)射喇叭和接收喇叭對(duì)準(zhǔn)模擬晶體架中部的高度，并使兩喇叭口在一條通過(guò)載物臺(tái)轉(zhuǎn)軸的直線上，兩臂分,別對(duì)準(zhǔn)度盤的00和1800的位置。開啟信號(hào)發(fā)生器的電源，調(diào)整發(fā)射喇叭，使與接收喇叭相連的微安表指示達(dá)到相對(duì)最大值。 步驟 3： 模擬晶體架下面圓盤的刻線要與模擬晶體（100）晶面的方向一致，并且指向度盤的 00刻度。測(cè)量（100）面衍射的一級(jí)與二級(jí)極大的掠射角和，測(cè)角從某一角度開始，每旋轉(zhuǎn)分度轉(zhuǎn)臺(tái)1o，記錄一次微安表的示數(shù)。先測(cè)出一側(cè)的和，再用同樣的方法測(cè)出另一側(cè)的和。 步驟 4：根據(jù)布拉格衍射實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)繪制曲線。5、 實(shí)驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)表格記錄表

5、1 布拉格衍射實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)記錄表衍射角𝜑電流𝜤衍射角𝜑電流𝜤3031.25124.33131.15224.23230.75325.233285426.33426.55527.735235628.33622.35728.53721.458283822.15927.939216029.8402161314120.66234.242206335.14319.86436.44419.76534.3452066334621.26736.34721.96837.44822.16938492370385024在表1中，所列變量衍射角⼛

6、3;的單位是度（o），電流𝜤的單位為。6、 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析及處理將表1中的數(shù)據(jù)繪制曲線如下：圖4 布拉格衍射實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)曲線由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可得，兩側(cè)發(fā)生衍射的角度大約在34o和65o附近。根據(jù)布拉格方程，將=32mm，=40mm帶入布拉格方程，經(jīng)計(jì)算得：當(dāng)=1時(shí)，=66.42o；當(dāng)=2時(shí)，=36.87o；實(shí)驗(yàn)測(cè)得的數(shù)據(jù)與計(jì)算出的理論值比較接近，因此可以驗(yàn)證布拉格方程。另外，在本次實(shí)驗(yàn)中可能造成誤差的原因有：模擬晶體與實(shí)際晶體的差距，其他實(shí)驗(yàn)組干擾，以及讀數(shù)誤差等。7、 實(shí)驗(yàn)結(jié)論與感悟（或討論）（總結(jié)實(shí)驗(yàn)；對(duì)實(shí)驗(yàn)的感受和領(lǐng)悟；以及對(duì)實(shí)驗(yàn)中某些問題、現(xiàn)象、方法、數(shù)據(jù)、結(jié)果等等內(nèi)容的討論。）通過(guò)進(jìn)行本次布拉格衍射實(shí)驗(yàn)，我了解了所涉及儀器的原理和構(gòu)造，學(xué)會(huì)了運(yùn)用該儀器。在實(shí)驗(yàn)中，由于模擬晶體架中金屬小球所形成的立方空間并不是嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)排列，布拉格裝置側(cè)壁