微波布拉格衍射伍幻灯片.ppt

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1、微波布拉格衍射伍第1页，共17页，编辑于2022年，星期六 1913年英国物理学家布拉格父子研究x射线在晶面上的反射时，得到了著名的布拉格公式，奠定了用x射线衍射对晶体结构分析的基础，并荣获了1915年的诺贝尔物理学奖第2页，共17页，编辑于2022年，星期六实验目的1.了解晶体的结构、学习晶体分析原理和技术。2.建立对布拉格衍射公式的感性认识，加深对电磁波的波动性的理解。3.了解微波的发射、接收，掌握微波分光仪的使用第3页，共17页，编辑于2022年，星期六实验原理1.晶体晶体 其组成粒子（分子或原子等）按一定周期性排列的规则结构的固体称为晶体晶体。2.晶格常数晶格常数 任何一个晶面平行、等

2、距地重复排列，就可以得出全部晶体点阵。这些彼此平行等距的晶面称为晶面族晶面族。晶面族中任意两个相邻晶面间的距离称为晶面距晶面距d第4页，共17页，编辑于2022年，星期六晶面可以有不同的空间方向，通常用晶面在三个方向轴上(三个相交边方向)截距数值的倒数的互质整数比来表示，这三个互质整数称为晶面的密勒指数密勒指数。先找出晶面在X、Y、Z三个坐标轴上以晶格常数为单位的截距值立方晶体晶面的密勒指数111100面110面111111面第5页，共17页，编辑于2022年，星期六微波:微波的波长介于一米到一毫米的电磁波（频率范围在三百兆赫兹到三十万赫兹3102MHz3105MHz）。微波通常用谐振腔发射X

3、 射线的波长数量级在 左右,介于(20-0.06)10-8cm之间，二者波长相差5-6 个数量级。X 射线是由原子的内层跃迁所辐射，能量较大，在介质中穿透力较强，对实验者可能造成伤害。所以用微波进行晶体衍射模拟实验比 X射线更直观和安全微波和 x射线均为电磁波微波X射线第6页，共17页，编辑于2022年，星期六布拉格衍射公式晶体中射线衍射的基本关系布拉格衍射定律说的是若两个晶面的晶面距为两个晶面的晶面距为d，当一束X光波以掠射角入射于某晶面族时，晶面族产生反射，相邻晶面的光程差为2dsin，当满足时两相干波加强所以测量的关键是找到光被加强时的这个掠射测量的关键是找到光被加强时的这个掠射测量的关

4、键是找到光被加强时的这个掠射测量的关键是找到光被加强时的这个掠射角角角角，已知晶面距d就可求出波长。为入射光的波长晶面距晶面距d掠射角dsindsin只有波长 时才能发生衍射波干涉加强第7页，共17页，编辑于2022年，星期六实验仪器直流电源供电给微波发射器T的尾部的固体振荡器固体振荡器（直流电源和固体振荡器构成完整的固体信号发生器）体效应管在加约10伏直流电压说就会在谐振腔产生波长为3厘米左右的微波。振荡器产生的微波振荡通过耦合孔传至可调衰减器，调调节衰减器旋钮节衰减器旋钮可改变微波信号幅度大小。然后由喇叭天线喇叭天线发射出去。产生的微波照在晶体晶体上面发生反射，满足一定掠射角说发生衍射。微

5、波经模拟晶体衍射后进入微波接收器的喇叭天线微波接收器的喇叭天线；通过接收器尾部的晶体检波器晶体检波器检波变成直流信号，最后由直流微直流微安表安表指示。第8页，共17页，编辑于2022年，星期六0180145150160170170160150145102030454、微微波波接接收收器器的的喇喇叭叭天天线线喇喇叭叭天天线线1、固体振荡器、固体振荡器返回2、调节衰减器旋钮、调节衰减器旋钮3、晶体、晶体5、晶体检波器、晶体检波器A0501006、直流微安表、直流微安表第9页，共17页，编辑于2022年，星期六实验数据记录(新新)度度10.011.012.013.014.015.016.017.0(

6、旧)度15.016.017.018.019.020.021.022.0I(uA)100面；d=5.0cm(新)；d=4.0cm(旧)(新新)度度18.019.020.021.022.023.024.025.0(旧)度23.024.025.026.027.028.029.030.0I(uA)第10页，共17页，编辑于2022年，星期六(新新)10.025I(mA)11.0100面电流表的读数读取格子数分度值，记录和作图的时候用格子数分度值A角度第11页，共17页，编辑于2022年，星期六(新新)0.01.02.03.04.05.06.07.08.09.010.011.012.013.014.01

7、5.016.017.0I(mA)2.51.91.20.50.200.120.280.520.951.91.81.51.41.00.60.40.740.9218.019.020.021.022.023.024.025.026.027.028.029.030.031.032.033.034.035.00.860.540.480.260.180.20.320.300.360.220.160.120.100.060.060.060.040.04110110面面与与I I关系图（级数关系图（级数K K的含义）的含义）第12页，共17页，编辑于2022年，星期六数据不确定度计算(新新)度度10.011.0

8、12.013.014.015.016.017.018.019.020.0I(uA)11.015.020.018.012.06.04.06.015.017.014.0100面K=1,d=5.00.1cm,=12.0第13页，共17页，编辑于2022年，星期六不确定度公式推导过程不确定度公式推导过程第14页，共17页，编辑于2022年，星期六数据处理100面；d=5.0cm(新)；d=4.0cm(旧)100面已知d求；Sin10Sin100.17360.1736sin11sin110.19080.1908Sin 12Sin 120.20790.2079Sin 13Sin 130.22500.225

9、0Sin 14Sin 140.24190.2419Sin 15Sin 150.25880.2588Sin 16Sin 160.27560.2756Sin 17Sin 170.29240.2924Sin 180.30900.3090Sin 190.32560.3256Sin 20Sin 200.34200.3420Sin 210.35840.3584Sin 220.37460.3746Sin 230.39070.3907Sin 240.40670.4067Sin 250.42260.4226Ctg124.705Ctg134.331Ctg144.011Ctg153.732Ctg212.605Ctg

10、222.475Ctg232.356ctg242.246第15页，共17页，编辑于2022年，星期六实验步骤先将两喇叭口互相正对，两臂的指针分指分度盘的0和180，使模拟晶体正对发射喇叭口，这时与发射微波相平行的面就是100面（将模拟晶体下圆盘刻线与分度盘 对齐）。调节波长使输出为最大,再调节衰减使接收电流大约为100A。然后从10度度开始测量。旋转晶体模型1度度，对应旋转移动臂2度度（因为晶体模型转一度旋转臂就相对倒退一度或落后一度，故应转两度）。每转一度记一个电流值。做完后若没有电流极大值就重做一次。第16页，共17页，编辑于2022年，星期六0180140150160170170160150140102030401、将两喇叭口互相正对2、两臂的指针分指分度盘的0和180，使模拟晶体正对发射喇叭口3、调节衰减使接收电流大约为100AA0501004、从10度度开始测量.旋转晶体模型1度度，对应旋转移动臂2度，度，都顺时针顺时针或者都是逆时针逆时针旋转第17页，共17页，编辑于2022年，星期六