布拉格衍射實驗

1、成績國際教育學(xué)院實驗報告（操作性實驗）課程名稱：電磁場與電磁波實驗題目：布拉格衍射實驗 指導(dǎo)教師：-班級：- 學(xué)號：- 學(xué)生姓名：-1、 實驗?zāi)康暮腿蝿?wù)1、觀察微波通過晶體模型的衍射現(xiàn)象。 2、驗證電磁波的布拉格方程。2、 實驗儀器及器件分度轉(zhuǎn)臺 1 臺，喇叭天線 1 對，三厘米固態(tài)信號發(fā)生器 1 臺，晶體檢波器 1 個，可變衰減器 1 個，讀數(shù)機構(gòu) 1 個，微安表 1 個， 模擬晶體架一個。3、 實驗內(nèi)容及原理1、晶體結(jié)構(gòu)與密勒指數(shù)任何的真實晶體，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)點陣的結(jié)構(gòu)，

2、兩相鄰結(jié)點的距離叫晶體的晶格常數(shù)。真實晶體的晶格常數(shù)約在 10-8厘米的數(shù)量級，X 射線的波長與晶體的常數(shù)屬于同一數(shù)量級。因此對于X射線來說實際上晶體是起著衍射光柵的作用，因此可以利用 X 射線在晶體點陣上的衍射現(xiàn)象來研究晶體點陣的間距和相互位置的排列，以達到對晶體結(jié)構(gòu)的了解。 圖1 立方晶格最簡單的晶格是立方體結(jié)構(gòu)2、微波布拉格衍射本實驗是仿造X射線入射真實晶體發(fā)生衍射的基本原理，人為制造一個方形點陣的模擬晶體，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陣的反射波產(chǎn)生干涉應(yīng)符合的條件，這個條件就是布拉格方程。當(dāng)波長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（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。在布拉格衍射實驗中采用入射線與晶面的夾角（即通稱的入射角），是為了在實驗時方便。因為當(dāng)被研究晶面的法線與分光儀上度盤的00刻線一致時，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，操作方便。本實驗使用的簡立方點陣模擬晶體，晶格格點上的粒子由小鋁球組成，小鋁球是微波的散射中心，能獲得幾個級次的反射，取決于所研究的平面族。4、 實驗步驟步驟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銷子上。圖2 理論示意圖圖3 實驗實物圖 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，要調(diào)整發(fā)射喇叭和接收喇叭對準模擬晶體架中部的高度，并使兩喇叭口在一條通過載物臺轉(zhuǎn)軸的直線上，兩臂分,別對準度盤的00和1800的位置。開啟信號發(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到相對最大值。 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。測量（100）面衍射的一級與二級極大的掠射角和，測角從某一角度開始，每旋轉(zhuǎn)分度轉(zhuǎn)臺1o，記錄一次微安表的示數(shù)。先測出一側(cè)的和，再用同樣的方法測出另一側(cè)的和。 步驟 4：根據(jù)布拉格衍射實驗的數(shù)據(jù)繪制曲線。5、 實驗測試數(shù)據(jù)表格記錄表

5、1 布拉格衍射實驗的數(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、 實驗數(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 布拉格衍射實驗的數(shù)據(jù)曲線由實驗數(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)計算得：當(dāng)=1時，=66.42o；當(dāng)=2時，=36.87o；實驗測得的數(shù)據(jù)與計算出的理論值比較接近，因此可以驗證布拉格方程。另外，在本次實驗中可能造成誤差的原因有：模擬晶體與實際晶體的差距，其他實驗組干擾，以及讀數(shù)誤差等。7、 實驗結(jié)論與感悟（或討論）（總結(jié)實驗；對實驗的感受和領(lǐng)悟；以及對實驗中某些問題、現(xiàn)象、方法、數(shù)據(jù)、結(jié)果等等內(nèi)容的討論。）通過進行本次布拉格衍射實驗，我了解了所涉及儀器的原理和構(gòu)造，學(xué)會了運用該儀器。在實驗中，由于模擬晶體架中金屬小球所形成的立方空間并不是嚴格標準排列，布拉格裝置側(cè)壁