微波布拉格衍射伍

微波布拉格衍射伍第一頁，共十七頁，2022年，8月28日1913年英國物理學(xué)家布拉格父子研究x射線在晶面上的反射時，得到了著名的布拉格公式，奠定了用x射線衍射對晶體結(jié)構(gòu)分析的基礎(chǔ)，并榮獲了1915年的諾貝爾物理學(xué)獎第二頁，共十七頁，2022年，8月28日實驗?zāi)康?.了解晶體的結(jié)構(gòu)、學(xué)習(xí)晶體分析原理和技術(shù)。2.建立對布拉格衍射公式的感性認(rèn)識，加深對電磁波的波動性的理解。3.了解微波的發(fā)射、接收，掌握微波分光儀的使用第三頁，共十七頁，2022年，8月28日實驗原理1.晶體其組成粒子（分子或原子等）按一定周期性排列的規(guī)則結(jié)構(gòu)的固體稱為晶體。

2.晶格常數(shù)

任何一個晶面平行、等距地重復(fù)排列，就可以得出全部晶體點陣。這些彼此平行等距的晶面稱為晶面族。晶面族中任意兩個相鄰晶面間的距離稱為晶面距d第四頁，共十七頁，2022年，8月28日晶面可以有不同的空間方向，通常用晶面在三個方向軸上(三個相交邊方向)截距數(shù)值的倒數(shù)的互質(zhì)整數(shù)比來表示，這三個互質(zhì)整數(shù)稱為晶面的密勒指數(shù)。先找出晶面在X、Y、Z三個坐標(biāo)軸上以晶格常數(shù)為單位的截距值立方晶體晶面的密勒指數(shù)1∞∞11100面110面∞111111面第五頁，共十七頁，2022年，8月28日微波:微波的波長介于一米到一毫米的電磁波（頻率范圍在三百兆赫茲到三十萬赫茲3×102MHz~3×105MHz）。微波通常用諧振腔發(fā)射X射線的波長數(shù)量級在

?左右,介于(20-0.06)×10-8cm之間，二者波長相差5-6個數(shù)量級。X射線是由原子的內(nèi)層躍遷所輻射，能量較大，在介質(zhì)中穿透力較強，對實驗者可能造成傷害。所以用微波進(jìn)行晶體衍射模擬實驗比

X射線更直觀和安全微波和

x射線均為電磁波微波X射線第六頁，共十七頁，2022年，8月28日布拉格衍射公式

晶體中射線衍射的基本關(guān)系布拉格衍射定律說的是若兩個晶面的晶面距為d，當(dāng)一束X光波以掠射角θ入射于某晶面族時，晶面族產(chǎn)生反射，相鄰晶面的光程差為2dsinθ，當(dāng)滿足時兩相干波加強所以測量的關(guān)鍵是找到光被加強時的這個掠射角，已知晶面距d就可求出波長。λ為入射光的波長晶面距d掠射角θdsinθdsinθ只有波長時才能發(fā)生衍射波干涉加強第七頁，共十七頁，2022年，8月28日實驗儀器直流電源供電給微波發(fā)射器T的尾部的固體振蕩器（直流電源和固體振蕩器構(gòu)成完整的固體信號發(fā)生器）體效應(yīng)管在加約10伏直流電壓說就會在諧振腔產(chǎn)生波長為3厘米左右的微波。振蕩器產(chǎn)生的微波振蕩通過耦合孔傳至可調(diào)衰減器，調(diào)節(jié)衰減器旋鈕可改變微波信號幅度大小。然后由喇叭天線發(fā)射出去。產(chǎn)生的微波照在晶體上面發(fā)生反射，滿足一定掠射角說發(fā)生衍射。微波經(jīng)模擬晶體衍射后進(jìn)入微波接收器的喇叭天線；通過接收器尾部的晶體檢波器檢波變成直流信號，最后由直流微安表指示。第八頁，共十七頁，2022年，8月28日0°180°145°150°160°170°170°160°150°145°10°20°30°45°4、微波接收器的喇叭天線喇叭天線1、固體振蕩器返回2、調(diào)節(jié)衰減器旋鈕3、晶體5、晶體檢波器μA0501006、直流微安表第九頁，共十七頁，2022年，8月28日實驗數(shù)據(jù)記錄θ(新)度10.011.012.013.014.015.016.017.0θ(舊)度15.016.017.018.019.020.021.022.0I(uA)100面；d=5.0cm(新)；d=4.0cm(舊)θ(新)度18.019.020.021.022.023.024.025.0θ(舊)度23.024.025.026.027.028.029.030.0I(uA)第十頁，共十七頁，2022年，8月28日θ(新)10.025I(mA)11.0100面電流表的讀數(shù)讀取格子數(shù)×分度值，記錄和作圖的時候用格子數(shù)分度值μA角度θ第十一頁，共十七頁，2022年，8月28日

θ(新)0.01.02.03.04.05.06.07.08.09.010.011.012.013.014.015.016.017.0I(mA)2.51.91.20.50.200.120.280.520.951.91.81.51.41.00.60.40.740.9218.019.020.021.022.023.024.025.026.027.028.029.030.031.032.033.034.035.00.860.540.480.260.180.20.320.300.360.220.160.120.100.060.060.060.040.04110面θ與I關(guān)系圖（級數(shù)K的含義）第十二頁，共十七頁，2022年，8月28日數(shù)據(jù)不確定度計算θ(新)度10.011.012.013.014.015.016.017.018.019.020.0I(uA)11.015.020.018.012.06.04.06.015.017.014.0100面K=1,d=5.0±0.1cm,θ=12.0°第十三頁，共十七頁，2022年，8月28日不確定度公式推導(dǎo)過程第十四頁，共十七頁，2022年，8月28日數(shù)據(jù)處理100面；d=5.0cm(新)；d=4.0cm(舊)100面已知d求λ；Sin100.1736sin110.1908Sin120.2079Sin130.2250Sin140.2419Sin150.2588Sin160.2756Sin170.2924Sin180.3090Sin190.3256Sin200.3420Sin210.3584Sin220.3746Sin230.3907Sin240.4067Sin250.4226Ctg124.705Ctg134.331Ctg144.011Ctg153.732Ctg212.605Ctg222.475Ctg232.356ctg242.246第十五頁，共十七頁，2022年，8月28日實驗步驟先將兩喇叭口互相正對，兩臂的指針分指分度盤的0和180，使模擬晶體正對發(fā)射喇叭口，這時與發(fā)射微波相平行的面就是100面（將模擬晶體下圓盤刻線與分度盤

對齊）。調(diào)節(jié)波長使輸出為最大,再調(diào)節(jié)衰減使接收電流大約為100μA。然后從10度開始測量。旋轉(zhuǎn)晶體模型1度，對應(yīng)旋轉(zhuǎn)移動臂2度（因為晶體模型轉(zhuǎn)一度旋轉(zhuǎn)臂就相對倒退一度或落后一度，故應(yīng)轉(zhuǎn)兩度）。每轉(zhuǎn)一度記一個電流值。做完后若沒有電流極大值就重做一次。第十六頁，共十七頁，2022年，8月28日0°180°140°150°160°170°170°160°150°140°10°20°30°4