微波的衍射一模拟晶体

〖实验三十八〗微波的布拉格衍射报告时201541日周二下午第3一、模拟晶体的微波布拉格衍〖目的要求〗1、了解并学习微波器件的使用2格。〖仪器用具〗微波分光仪，微波信号发生器，衰减器，模拟晶体〖实验原理〗1mm1m范围的电磁波，通常由能够使电子产生高频集体振荡的器件如速调管或固态微波信号发生器等)产生。微波的检测可用检波二极管将微波信号转变流信号并直接由指示。本实验的重点是观察微波照射到人工制作的晶体模型时的衍射现拟X。组成晶体的原子或分子按一定规律在空间周期性排列.其中最简单的结构，是组成晶体的原子在直角坐标中沿x,y,z距离a在空间依序重复排列，形成简单的立方点阵，如图所示，原子间距a称为晶格常数。组成晶体的原子可以看成分别处在一系列相互平行而且间距一定100][10面和1面，方，3d 电磁波入射到晶体要受到晶体的衍射。处在同一晶面上的原子组成一个镜面，它们的反射波相干叠加的结果遵从反射定律，反射角等于入射角，如图所示。d的相邻两个晶面反射的两束波的程差为2dsinθ为入射波与晶面的夹角。满2dikk为整数。这个方程称为晶体衍射的布拉格条件，如果改用通常习惯使用的入射角β表示，布拉格条件可写为2dokk为整数。验上测得衍射极大的方向角β，结合波长，从布拉格条件可求出晶面间距daa，可。实际晶体的晶格常数为10-10mX射线的波XX射线衍射仪价格昂贵，实际晶体衍射结果的分析处理也比较复杂，因此本实验用比较简单而且直观的晶体模型代替看不见的实际晶体的复杂X射线衍射仪模拟晶体对X射线的衍射，学射线射的原和法。由于不同晶面族的取向不同，晶面间距也不同，因此当入射波的方向及波长固定、晶体的取向也固定时，不同取向的晶面不能同时满足布拉格条件，甚至没有一族晶面能够满足布拉格条件。为了观测到尽可能的实际工作中，采用几种不同的办法：转动晶体、采用多晶或粉末样品(二者都包含大量取向不同的微小晶体代替单晶、采用包含波长连续变XX射线。在我们的模拟实验中使用入射方向固定、波长单一的微波以及单晶模型，从而采用转动晶体模型和接收喇叭的方法，类似布拉格父子当初1913年采用的方法。〖实验内容〗计算其半高全宽。简单立方晶体的模型由穿在尼龙绳上的铝球做成，晶格常数a=.cm。不要随意挪动小球的位置。小球的位置可用中备有的铁叉进行校准。由已知的晶格常数a微波波长，根据可以估算出10]面和11]面衍射极大的入射角β。测量并画出这些入射角附近的布拉格衍射即满足入射角=反射角条件强度随β变化的曲线，定出衍射极大的入射角与理论结果进行比较。〖数据表格〗46.5μA位置⑴[100]

d k166.4556955699275299⑵[110]面d a22cm〖数据处理及结果〗⑴[100]面测量的衍射极大方向为两者的测量值均偏大了约2.5°。⑵[110]面测量的衍射极大方向为两者的测量值均偏大了约0.6°。〖讨论及思考问：为什么衍射极大位置的测量值和理论计算值有偏差凸起；因此衍射极大并不在微波中心形成时达到，而是在微波束略有偏心的地方形成时才达到；所以测量的衍射极大方向与理论计算值存在少许偏离。二、单缝衍射〖目的要求〗加深对微波衍射现象的了解〖仪器用具〗微波分光仪，微波信号发生器，衰减器，单缝（约7cm）〖实验原理〗沿θ方向衍射的微波强度为sinu II0

,u 在一级暗纹处有：asin1，利 可以知二求一〖实验内容〗180°度已调节好的单缝安放在载物台上使单缝所在平面与入射方向垂直，单缝衍射装置的一侧，贴有微波吸收材料，用以减弱衍射波在微波及单缝装置的金属表面发生多次反射而对零级极大衍射强度峰的峰形的影响。利用弹簧压片把单缝的底座固定在载物台上转动接收臂使其指针指向载物台的零刻线，打开振荡器的电源并调节衰减器搏接收的指示接近满度而略小于满度，记下衰减器和5求出微波的波长，与根据λ=c/f算出的数值比较。〖数据表格〗狭缝宽度a：7cm电流I随衍射角θ的变化02345678968431减小衰减系数，测量一级暗纹（=0）起始位置：2.53.5。〖数据处理及结果〗~30.01.5°a(7.00由asin1，得(sin)2(acos(sin)2(acos1

(3.50.2)

理论计算λ=c/f=3.199cm〖讨论及思考观察测得的单缝衍射图像，图线在中心旁并没有完全依照理论计算0理论计算有偏差的分析。三、迈克尔逊实〖目的要求〗加深对微波干射现象的了解〖仪器用具〗微波分光仪，微波信号发生器，衰减器，玻璃片（分束板）〖实验原理微波的迈克尔孙实验装置如图所示，在微波前进方向上放置一与方向成45角的分束板，将入射波分成一束向板A、一束向B方向的两列波。由于A、B板的全反射作用，两列波又经分束板收处生当列差为2k，k=12、±3…，信号的强度最大；当相位差为(2k+1)π时，信号的强度最一次极大（小）变到另一次极大（小）B移动过的距离为λ/2，测量B移动过的距离即可求出微波的波长。〖实验内容〗位置从一端移动到另一端，同时观察接收信号的变化并依序记录下出现极大和极小时B板的位置。利用其线性关系求出微波波长，并与根据λ=c/f算出的数值比较。〖数据表格〗极值所在位置（带'的是极小值n12345〖数据处理及结果〗