微波布拉格衍射實(shí)驗(yàn)

1、第卷第期中國(guó)海洋大學(xué)學(xué)報(bào)43（5）；001~0052013年5月PERIODICALOFOCEANUNIVERSITYOFCHINAjun2013微波布拉格衍射微波布拉格衍射摘要：本實(shí)驗(yàn)用一束微波代替X射線，觀察微波照射到人工制作的晶體模型時(shí)發(fā)生的衍射現(xiàn)象，并驗(yàn)證著名的布拉格公式。通過(guò)微波的單縫衍射和邁克爾遜干涉實(shí)驗(yàn)，加深對(duì)波動(dòng)理論的理解。本文對(duì)微波實(shí)驗(yàn)和布拉格衍射的原理、步驟、儀器進(jìn)行了簡(jiǎn)要介紹，在此基礎(chǔ)上用圖表法，列表法及一元線性回

2、歸法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和誤差分析，并且在最后提出和驗(yàn)證了對(duì)于實(shí)驗(yàn)儀器方面的幾點(diǎn)改進(jìn)方案。關(guān)鍵詞：微波布拉格衍射；X射線；晶體結(jié)構(gòu)分析；微波分光儀中圖法分類(lèi)號(hào)中圖法分類(lèi)號(hào):O433文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A引言引言1913年英國(guó)物理學(xué)家布拉格父子研究X射線在晶面上的反射時(shí)，得到了著名的布拉格公式，奠定了用X射線衍射對(duì)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(jiǎng)。衍射現(xiàn)象是所有波的共性，所以微波同樣可以產(chǎn)生布拉格衍射。微波的波長(zhǎng)較x射線的波長(zhǎng)長(zhǎng)7個(gè)

3、數(shù)量級(jí)，產(chǎn)生布拉格衍射的“晶格”也比X衍射晶格大7個(gè)數(shù)量級(jí)。通過(guò)“放大了的晶體”模擬晶體研究微波的布拉格衍射現(xiàn)象，使我們可以更直觀地觀察布拉格衍射現(xiàn)象，認(rèn)識(shí)波的本質(zhì)，也可以幫助我們深入理解x射線的晶體衍射理論。本實(shí)驗(yàn)用一束波長(zhǎng)為3.202厘米的微波來(lái)代替x射線進(jìn)行布拉格衍射的模擬實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)原理晶體結(jié)構(gòu)晶體結(jié)構(gòu)晶體中的原子按一定規(guī)律形成高度規(guī)則的空間排列，稱(chēng)為晶格。最簡(jiǎn)單的晶格是所謂的簡(jiǎn)單立方晶格，它由沿3個(gè)垂直方向x、y、z等距排列的格

4、點(diǎn)所組成。間距a稱(chēng)為晶格常數(shù)（如圖所示）晶格在幾何上的這種對(duì)稱(chēng)性也可以用晶面來(lái)描述。把格點(diǎn)看成是排列在一層層平行的平面上，這些平面稱(chēng)為晶面，用晶面指數(shù)來(lái)標(biāo)志。確定晶面指數(shù)的具體辦法如下：先找出晶面在3個(gè)晶格坐標(biāo)軸上的截距，并處以晶格常數(shù)，再找出它們的倒數(shù)的最小整數(shù)比，就構(gòu)成了該晶面的晶面指數(shù)。一個(gè)格點(diǎn)可以沿不同方向組成晶面，如下圖1給出了3中最常用的晶面：（100）面、（110）面、（111）面。晶面取法不同，則晶面間距不同。相鄰兩個(gè)（

5、100）面的間距等于晶格常數(shù)a，相鄰兩個(gè)（110）面的間距為，相鄰兩個(gè)2a（111）面的間距為。對(duì)立方晶系而言，3a晶面指數(shù)為（n1n2n3）的晶面族，其相鄰兩個(gè)晶面的間距為d=。2n2n2n321a中國(guó)海洋大學(xué)學(xué)報(bào)2013年6月3實(shí)驗(yàn)儀器介紹：實(shí)驗(yàn)儀器介紹：1.微波發(fā)生器2.隔離器3.發(fā)射喇叭4.模擬晶體5.接收喇叭6.晶體檢波器7.顯示儀器8.底座9.分光臺(tái)圖3實(shí)驗(yàn)裝置示意圖驗(yàn)證布拉格衍射公式：驗(yàn)證布拉格衍射公式：(1)估算理論值由

6、a、?估算面衍射極大入射角?。(2)調(diào)整儀器調(diào)整儀器使發(fā)射喇叭和接收喇叭正對(duì)，并使電流輸出接近但不超過(guò)電流表的滿度，用間距均勻的梳形叉檢查晶格位置上的模擬鋁球。(3)測(cè)量峰值入射角轉(zhuǎn)動(dòng)模型使（100）面或（110）面的法線與載物臺(tái)刻度盤(pán)0o重合，調(diào)整入射角等于入射角，找到?，測(cè)出各級(jí)衍射極大的入射角?。根據(jù)已知晶格常數(shù)測(cè)波長(zhǎng)。根據(jù)已知波長(zhǎng)測(cè)晶格常數(shù)a。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理：實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理：表1實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（100）面β(k=1)30323436384