实验13X光透视与食盐晶体结构分析

1、“物理实验基础”教案- 实验 7-13物理教学实验中心实验 7-13X 光透视与食盐晶体结构分析1、实验沿革：2002 年下半年选为“大这个实验是先买了一台仪器，做小课题实验，让少数同学作了二学期，理科平台”普通物理实验。该实验能使学生直观地认识到X 光的产生机制及其基本性质，并可了解晶体衍射的初步知识。2、实验目的：1）了解 X 光产生机理及其基本性质。2）浅尝晶体结构分析。3、实验原理补充：1）韧致辐射的强度、波长与工作电压、电流的大小有关。2）X 光特征谱的强度、波长与工作电压、电流的关系。3）晶体衍射初步：处在格点上是原子或离子，其内部的电子在外来的电磁场的作用下做受迫振动，成为一个新

2、的波源，向各个方向发射电磁波。即 X 射线照射下，晶体中的每个格点成为一个散射中心。它们发出的电磁波频率与外来 X 射线频率相同，而且这些散射是彼此相干的，将在空间发生干涉。晶体中的衍射可以分为点间干涉和面间干涉。从点间干涉考虑得到每个晶面衍射主极强方向的条件是 = ，即沿反射方向。从面间干涉考虑得到光程差必须是 的整数倍， 2dSin = k ，这就是布拉格条件。4、实验前的准备：1）检查实验所用晶体是否齐全，一次性手套是否备好。2）打印机正常及打印纸。5、预习要求及质疑：1）通读讲义，了解实验目的、原理及步骤。对不懂的问题，准备好问老师。2）写预习报告，包括实验名称、原理简述及电路图。3）

3、质疑：X 光是如何产生的？高速运动的电子达到一定的金属靶上，使金属内层电子电离或激发，外层电子跃迁到内层，便会发出相应的X光。 X 光为何可做晶体结构分析？因为X 光波长与晶格常数相当，可使晶体产生干涉和衍射。6、实验内容：1）观察 X 光透射现象。2）测出 NaCl 的衍射谱并记下各峰的值。7、实验中常见的问题及解决办法：“物理实验基础”教案- 实验 7-13物理教学实验中心设置好了高压、管流，可为什么看不到透射像呢？（荧光屏防护罩是否已打开，光缝是否已卸下？）如何记录实验现象呢？（注意不要同时改变两个变量）拿取 NaCl 晶体时，一定要小心轻放、爱惜样品，使用完毕，放入干燥缸。为何反射曲线

4、跟书上的例图有如此大差距？（提示：检查实验条件的设置、样品的放置、仪器零点的调节等）如何调零？（参照课本选做内容二）为何反射曲线上峰是一对一对出现的呢？（钼有两条特征谱线）为何不直接取反射曲线上的各峰值点计算 NaCl 的晶面间距？ （作图软件不是曲线拟合数据）研究 X 光的吸收与材料厚度关系时，应采用什么样的扫描模式呢？如何设置实验条件？（ target 模式扫描，高压设置为25kV，管流设置为0.3mA）8、典型数据：（ 1）透射现象U /KVI / mA透射象的强度透射象的清晰度351强清晰31.51减弱清晰281减弱清晰24.51减弱不清晰211近无没有透射象，只有模糊黑影350.9强

5、清晰350.8强清晰350.7减弱清晰350.6减弱清晰350.5减弱清晰350.4减弱次清晰350.3减弱次清晰350.2很弱模糊350.1很弱模糊黑影对实验现象的分析：K系标识谱线的强度与管压和管流的关系：I KKi V VK，由该式可知，()n产生 X 光的强度与管压成指数关系，与管流成线性关系，且当管压小于一定值时，将无法打出钼靶内层电子产生 x 光。（ 2）测定 NaCl 的晶面间距第一个峰值第二个峰值第三个峰值第四个峰值第五个峰值第六个峰值/ oR / s-1/ oR / s-1/ oR / s-1/ oR / s-1/ oR / s-1/ oR / s-16.2886.67.01

6、192.012.7166.614.3160.019.578.222.0108.26.31185.67.12226.212.8245.414.4413.219.694.822.1161.66.41299.07.22511.012.9299.814.5698.419.759.022.2156.66.5997.67.31817.613.0206.214.6599.019.844.622.398.86.6731.07.4966.013.1132.614.7297.819.944.822.451.0作图处理数据：“物理实验基础”教案- 实验 7-13物理教学实验中心1-s/R-1s/Ro6.371300

7、1200110010009008007006.26.36.46.56.6320o12.88280240200o7.1824002000-1s/160012008007.07.17.27.37.4o14.537006005001-s/400R1- s/R16012012.712.812.913.013.1100o19.5790807060504019.419.519.619.719.8o1- s/R30020010014.314.414.514.614.722.14 o16014012010022.022.122.222.3计算：由公式 2dSin= k ，可计算出食盐的晶面间距d。k11223

8、3/ nm0.06310.07110.06310.07110.06310.0711角度 /6.377.1812.8814.5319.5722.14d / nm0.28440.28440.28310.28340.28260.2830d = (0.2844 + 0.2844+ 0.2831 + 0.2834 + 0.2826 + 0.2830)1/6 = 0.2835/nm9、选做内容简述：可做 LiF 的衍射谱。10、思考题解答：（ 1）X 光的特征谱是这样产生的：高速运动的电子打到金属靶上，使其内层电子被打到最外层或电离掉。其他各层的电子向此内层跃迁，发出X 光特征谱。如果改变电压，其波长不变

9、，而强度会随电压减小而减小。X 光的连续谱是这样产生的：高速运动的电子打到金属靶上，因“物理实验基础”教案- 实验 7-13物理教学实验中心受原子核的库仑场的作用而减速，产生连续的电磁波。如果改变电压，其波长会随电压减小而增加，其强度随电压减小而减小。（ 2）因为 X 光穿透能力强，利用X 光能看到密封容器内的物体。但并非能看到任何容器内的物体，比如金属等。（ 3）在实验内容（一）中，管端电压降低到2/3 左右时，已差不多看不到X 光透射象，是因为电子速度不足以打出内层电子，没有 X 光产生； 而电流降低到 1/10 左右还能看到 X 光投射象，是因为还有 X 光产生。4） COUPLED （

10、偶合）扫描模式是靶台与探测器同时在一定角度下转动。保证出射角等于入射角。5） X 光能进行晶体经过分析，因其波长与晶格常数相当，可产生干涉和衍射。6） X 光管的阳极要散热，因为电子打到靶上会产生热量而烧坏阳极金属靶。11、评分标准：1）预习报告： 2 分实验目的： 0.4分、实验原理：0.6 分（包括 X光的产生机理，对透射像的观察及布拉格公式）、实验内容或步骤0.4 分、数据表格0.6 分（包括对实验现象观察的半定量表格，和衍射曲线数据记录的表格）以上要素每缺少1 个扣相应分数，不合要求的酌减，上课迟到10 分钟以内扣 0.2 分，超过 10分钟扣 0.5 分。若预习报告原封不动照抄课本则

11、预习分数减半。2）实验操作：4分独立操作无明显失误： 1 分实验仪器的记录：0.5 分实验现象的记录：1 分（包括对实验条件的记录和现象的详细描述）实验数据： 1 分（包括对实验条件的记录）其它： 0.5 分（比如记录实验中的问题和想法、能正确回答老师提问、能独立地解决实验中出现的问题等）3）实验报告：4分对实验现象的解释： 0.8 分（高压、管流的作用各0.4 分）作图： 0.6 分（ 6个小图，每个0.1 分）d 的计算： 0.6 分（每个 0.1 分，包括单位及有效数字）实验结果与讨论：1 分有自己独到的见解： 1 分4）其它：、以上实验，若学生做了选作内容，可加0.5 分左右，不超过1 分，相当于占用“有自己独到的见解”部分的分值。、实验数据处理或实验讨论发现有抄袭现象，不管是抄袭者还是被抄袭者，实验报告部分的分数全部扣除，并在发报告是给与警告。、若实验报告非常不整洁，难以辨认，可扣