電子衍射 物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告公開課一等獎(jiǎng)?wù)n件省賽課獲獎(jiǎng)?wù)n件

電子衍射姓名：徐佳學(xué)號(hào)：20231338032023/10/101電子衍射第1頁(yè)電子衍射試驗(yàn)進(jìn)展概要光波粒二象性得到確立1924年得布羅意提出實(shí)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(gè)月后，湯姆遜和雷德用高速電子取得電子花紋試驗(yàn)得電子波長(zhǎng)與計(jì)算所得相吻合，電子波動(dòng)性得到證明2023/10/102電子衍射第2頁(yè)試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)：（1）：掌握電子衍射儀機(jī)構(gòu)和使用辦法：（2）：驗(yàn)證得布羅意公式，證明電子具有波動(dòng)性；（3）：計(jì)算電子波波長(zhǎng)和普朗克常量。2023/10/103電子衍射第3頁(yè)試驗(yàn)儀器 ＤＦ型電子衍射儀2023/10/104電子衍射第4頁(yè)試驗(yàn)原理１、得布羅意假設(shè)

式中h為普朗克常量，c為真空中光速，為得布羅意波長(zhǎng)，由上式可得：2023/10/105電子衍射第5頁(yè)試驗(yàn)中取得具有一定能量電子：2023/10/106電子衍射第6頁(yè)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(duì)論效應(yīng)。估電子質(zhì)量為2023/10/107電子衍射第7頁(yè)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(yè)最后解得電子波長(zhǎng)為：2023/10/109電子衍射第9頁(yè)２.電子波晶體衍射根據(jù)晶體學(xué)知識(shí)，晶體能夠看著三維光柵。這種光柵常數(shù)很小，當(dāng)高速電子束穿過(guò)晶體薄膜是發(fā)生衍射現(xiàn)象與Ｘ射線穿過(guò)多晶體時(shí)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(yè)晶體衍射圖2023/10/1011電子衍射第11頁(yè)本試驗(yàn)室觀測(cè)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(dāng)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(lái)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(yè)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(duì)應(yīng)掠角為‘C塔’，則入射波與反射波之間夾角為‘2C塔’。對(duì)于一種面心立方構(gòu)造晶體，如金、鋁等金屬，若晶體點(diǎn)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(xué)知識(shí)，有：2023/10/1013電子衍射第13頁(yè)2023/10/1014電子衍射第14頁(yè)代入化簡(jiǎn)得：2023/10/1015電子衍射第15頁(yè)3.標(biāo)定衍射環(huán)指數(shù)本試驗(yàn)任務(wù)是用已知構(gòu)造晶體樣品產(chǎn)生電子衍射，測(cè)出各衍射環(huán)直徑D，從而計(jì)算電子波長(zhǎng)。我們必須確認(rèn)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(biāo)定系數(shù)，才能正確計(jì)算波長(zhǎng)。

對(duì)于復(fù)晶胞，有些晶面族反射消失了，能觀測(cè)到反射及消失反射所對(duì)應(yīng)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(yè)點(diǎn)陣類型出現(xiàn)反射消失反射簡(jiǎn)單立方所有無(wú)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(yè)分析可知,在一定電壓下，熒光屏上所觀測(cè)到衍射環(huán)，各衍射環(huán)從里到外（直徑2R逐漸增大）依次對(duì)應(yīng)晶面指數(shù)（hkl）應(yīng)為(111),(200),(220),(311),(222),.....2023/10/1018電子衍射第18頁(yè)儀器介紹本試驗(yàn)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(yè)（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(yàn)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(diǎn)上，此點(diǎn)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(yè)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(yáng)極以及X、Y偏轉(zhuǎn)極均另有幾組電源供應(yīng)。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(yè)3.電子衍射儀面板控制機(jī)件作用介紹：（1）電源：開機(jī)前檢查是否旋至最低，啟動(dòng)后紅燈亮，預(yù)熱30秒正常工作；（2）聚焦：調(diào)整衍射管第二陽(yáng)極電壓，使衍射圖樣清楚；（3）輔助聚焦：調(diào)整衍射管第三陽(yáng)極電壓，使衍射愈加圖樣清楚；（4）X位移：X軸移動(dòng)電子束，使用時(shí)可根據(jù)需要變化衍射圖樣，以延長(zhǎng)電子管壽命；2023/10/1022電子衍射第22頁(yè)（5）Y位移：Y軸向移動(dòng)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(shí)針方向升高電壓，逆時(shí)針方向減少電壓。2023/10/1023電子衍射第23頁(yè)試驗(yàn)內(nèi)容（1）定性觀測(cè)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(dāng)增加加速電壓時(shí)，衍射環(huán)半徑變小；（2）對(duì)不一樣加速電壓用毫米刻度尺，從熒光屏上直接測(cè)量衍射環(huán)直徑2r;（3）將測(cè)量值分別代入算式，計(jì)算波長(zhǎng)。2023/10/1024電子衍射第24頁(yè)（4）驗(yàn)證得布羅意假設(shè)：以某一加速電壓對(duì)應(yīng)衍射環(huán)為例，計(jì)算誤差以及波長(zhǎng)誤差2023/10/1025電子衍射第25頁(yè)比較不一樣方式計(jì)算得到波長(zhǎng)；檢查得布羅意假說(shuō)正確性；（5）計(jì)算普朗克常量2023/10/1026電子衍射第26頁(yè)試驗(yàn)注意事項(xiàng)儀器周圍不應(yīng)有強(qiáng)磁場(chǎng)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(yàn)中，每測(cè)一次數(shù)據(jù)后，移動(dòng)光點(diǎn)位置不要用手觸摸腳連接線，注意安全操作時(shí)，遲緩調(diào)整高壓，若出現(xiàn)嚴(yán)重放電現(xiàn)象，可停頓或退回高壓，同步注意X射