電子衍射 物理實驗報告公開課一等獎課件省賽課獲獎課件

電子衍射姓名：徐佳學號：20231338032023/10/101電子衍射第1頁電子衍射試驗進展概要光波粒二象性得到確立1924年得布羅意提出實物粒子也有波性1927年戴維孫和革末用低速電子轟擊鎳單晶產(chǎn)生電子衍射2個月后，湯姆遜和雷德用高速電子取得電子花紋試驗得電子波長與計算所得相吻合，電子波動性得到證明2023/10/102電子衍射第2頁試驗目標：（1）：掌握電子衍射儀機構(gòu)和使用辦法：（2）：驗證得布羅意公式，證明電子具有波動性；（3）：計算電子波波長和普朗克常量。2023/10/103電子衍射第3頁試驗儀器 ＤＦ型電子衍射儀2023/10/104電子衍射第4頁試驗原理１、得布羅意假設

式中h為普朗克常量，c為真空中光速，為得布羅意波長，由上式可得：2023/10/105電子衍射第5頁試驗中取得具有一定能量電子：2023/10/106電子衍射第6頁上式中e為電子質(zhì)量，U為加速電壓，m為電子質(zhì)量。整頓得：由于這里電子速度很大，得考慮相對論效應。估電子質(zhì)量為2023/10/107電子衍射第7頁式中Ｍｏ是電子靜止質(zhì)量，ｃ是光速，整頓上式得2023/10/108電子衍射第8頁最后解得電子波長為：2023/10/109電子衍射第9頁２.電子波晶體衍射根據(jù)晶體學知識，晶體能夠看著三維光柵。這種光柵常數(shù)很小，當高速電子束穿過晶體薄膜是發(fā)生衍射現(xiàn)象與Ｘ射線穿過多晶體時所發(fā)生衍射現(xiàn)象相類似。均滿足布拉格方程：

2023/10/1010電子衍射第10頁晶體衍射圖2023/10/1011電子衍射第11頁本試驗室觀測多晶體樣品（靶）金電子衍射。多晶樣品是取向雜亂小晶粒集合體。電子衍射圖像能夠當作是這些小晶粒電子衍射圖像重合。由于這些小晶粒取向是完全雜亂，因此靶衍射圖像是與入射電子來向?qū)ΨQ許多同心圓環(huán)，也就是在熒光屏上所看到光環(huán)，如下列圖：2023/10/1012電子衍射第12頁上圖為電子衍射示意圖。靶到屏幕距離為D，某衍射環(huán)半徑為r，對應掠角為‘C塔’，則入射波與反射波之間夾角為‘2C塔’。對于一種面心立方構(gòu)造晶體，如金、鋁等金屬，若晶體點陣常數(shù)（晶格常數(shù)）為a，晶面指數(shù)為（hkl）晶面族晶面間距為d，根據(jù)晶體學知識，有：2023/10/1013電子衍射第13頁2023/10/1014電子衍射第14頁代入化簡得：2023/10/1015電子衍射第15頁3.標定衍射環(huán)指數(shù)本試驗任務是用已知構(gòu)造晶體樣品產(chǎn)生電子衍射，測出各衍射環(huán)直徑D，從而計算電子波長。我們必須確認某衍射環(huán)是由哪一組晶面指數(shù)晶面族布拉格反射所形成，即所謂標定系數(shù)，才能正確計算波長。

對于復晶胞，有些晶面族反射消失了，能觀測到反射及消失反射所對應晶面指數(shù)存在一定消光規(guī)律，見下表：2023/10/1016電子衍射第16頁點陣類型出現(xiàn)反射消失反射簡單立方所有無體心立方h+k+l為偶數(shù)h+k+l為奇數(shù)面心立方h,k,l全為奇數(shù)或偶數(shù)h,k,l奇偶混雜2023/10/1017電子衍射第17頁分析可知,在一定電壓下，熒光屏上所觀測到衍射環(huán)，各衍射環(huán)從里到外（直徑2R逐漸增大）依次對應晶面指數(shù)（hkl）應為(111),(200),(220),(311),(222),.....2023/10/1018電子衍射第18頁儀器介紹本試驗采?。模菩碗娮友苌鋬x，主要由電子衍射管、電源系統(tǒng)兩部分組成。1電子衍射管電子衍射管是其心臟部分，外形類似陰極射線管，如下列圖2023/10/1019電子衍射第19頁（１）電子槍：由陰極、燈絲、調(diào)制板、加速極、聚焦極、輔助聚焦極和Ｘ、Ｙ電偏轉(zhuǎn)組成。（２）晶體薄膜（樣品、靶）：本試驗采取多晶金薄膜厚度約為１０~~２０納米，晶格常數(shù)為０.４０７８６納米。（３）熒光屏：電子衍射管外殼為玻璃制成，它事先被抽成真空后封閉，靶周圍玻璃殼部分涂有石墨層，并和熒光屏、靶連接在同一點上，此點與２~~１５KV可調(diào)高壓直流電源輸出端連接。D=（23.5+/-0.1）cm.2023/10/1020電子衍射第20頁2.電源部分加在晶體薄膜與陰極之間電壓連續(xù)可調(diào)。燈絲電源為6.3V。而陰極和各組陽極以及X、Y偏轉(zhuǎn)極均另有幾組電源供應。本儀器要求高壓可調(diào)電源有較小波紋，以確保被反射電子波穩(wěn)定性。不然，將影響衍射環(huán)清楚度。2023/10/1021電子衍射第21頁3.電子衍射儀面板控制機件作用介紹：（1）電源：開機前檢查是否旋至最低，啟動后紅燈亮，預熱30秒正常工作；（2）聚焦：調(diào)整衍射管第二陽極電壓，使衍射圖樣清楚；（3）輔助聚焦：調(diào)整衍射管第三陽極電壓，使衍射愈加圖樣清楚；（4）X位移：X軸移動電子束，使用時可根據(jù)需要變化衍射圖樣，以延長電子管壽命；2023/10/1022電子衍射第22頁（5）Y位移：Y軸向移動電子束，功能同X位移；（6）亮度：調(diào)整熒光屏上衍射圖樣亮度；（7）高壓：順時針方向升高電壓，逆時針方向減少電壓。2023/10/1023電子衍射第23頁試驗內(nèi)容（1）定性觀測電子衍射圖樣調(diào)整裝置，在熒光屏上能夠看到清楚電子衍射圖像。當增加加速電壓時，衍射環(huán)半徑變?。唬?）對不一樣加速電壓用毫米刻度尺，從熒光屏上直接測量衍射環(huán)直徑2r;（3）將測量值分別代入算式，計算波長。2023/10/1024電子衍射第24頁（4）驗證得布羅意假設：以某一加速電壓對應衍射環(huán)為例，計算誤差以及波長誤差2023/10/1025電子衍射第25頁比較不一樣方式計算得到波長；檢查得布羅意假說正確性；（5）計算普朗克常量2023/10/1026電子衍射第26頁試驗注意事項儀器周圍不應有強磁場存在變化高壓和偏轉(zhuǎn)圖像后，需重新調(diào)整亮度、聚焦、輔助聚焦試驗中，每測一次數(shù)據(jù)后，移動光點位置不要用手觸摸腳連接線，注意安全操作時，遲緩調(diào)整高壓，若出現(xiàn)嚴重放電現(xiàn)象，可停頓或退回高壓，同步注意X射