微波布拉格衍射實驗

1、第卷第期中國海洋大學學報43（5）；001~0052013年5月PERIODICALOFOCEANUNIVERSITYOFCHINAjun2013微波布拉格衍射微波布拉格衍射摘要：本實驗用一束微波代替X射線，觀察微波照射到人工制作的晶體模型時發(fā)生的衍射現象，并驗證著名的布拉格公式。通過微波的單縫衍射和邁克爾遜干涉實驗，加深對波動理論的理解。本文對微波實驗和布拉格衍射的原理、步驟、儀器進行了簡要介紹，在此基礎上用圖表法，列表法及一元線性回

2、歸法進行數據處理和誤差分析，并且在最后提出和驗證了對于實驗儀器方面的幾點改進方案。關鍵詞：微波布拉格衍射；X射線；晶體結構分析；微波分光儀中圖法分類號中圖法分類號:O433文獻標志碼：A引言引言1913年英國物理學家布拉格父子研究X射線在晶面上的反射時，得到了著名的布拉格公式，奠定了用X射線衍射對晶體結構分析的基礎，并榮獲了1915年的諾貝爾物理學獎。衍射現象是所有波的共性，所以微波同樣可以產生布拉格衍射。微波的波長較x射線的波長長7個

3、數量級，產生布拉格衍射的“晶格”也比X衍射晶格大7個數量級。通過“放大了的晶體”模擬晶體研究微波的布拉格衍射現象，使我們可以更直觀地觀察布拉格衍射現象，認識波的本質，也可以幫助我們深入理解x射線的晶體衍射理論。本實驗用一束波長為3.202厘米的微波來代替x射線進行布拉格衍射的模擬實驗。實驗原理晶體結構晶體結構晶體中的原子按一定規(guī)律形成高度規(guī)則的空間排列，稱為晶格。最簡單的晶格是所謂的簡單立方晶格，它由沿3個垂直方向x、y、z等距排列的格

4、點所組成。間距a稱為晶格常數（如圖所示）晶格在幾何上的這種對稱性也可以用晶面來描述。把格點看成是排列在一層層平行的平面上，這些平面稱為晶面，用晶面指數來標志。確定晶面指數的具體辦法如下：先找出晶面在3個晶格坐標軸上的截距，并處以晶格常數，再找出它們的倒數的最小整數比，就構成了該晶面的晶面指數。一個格點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（

5、100）面的間距等于晶格常數a，相鄰兩個（110）面的間距為，相鄰兩個2a（111）面的間距為。對立方晶系而言，3a晶面指數為（n1n2n3）的晶面族，其相鄰兩個晶面的間距為d=。2n2n2n321a中國海洋大學學報2013年6月3實驗儀器介紹：實驗儀器介紹：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.分光臺圖3實驗裝置示意圖驗證布拉格衍射公式：驗證布拉格衍射公式：(1)估算理論值由

6、a、?估算面衍射極大入射角?。(2)調整儀器調整儀器使發(fā)射喇叭和接收喇叭正對，并使電流輸出接近但不超過電流表的滿度，用間距均勻的梳形叉檢查晶格位置上的模擬鋁球。(3)測量峰值入射角轉動模型使（100）面或（110）面的法線與載物臺刻度盤0o重合，調整入射角等于入射角，找到?，測出各級衍射極大的入射角?。根據已知晶格常數測波長。根據已知波長測晶格常數a。實驗數據處理：實驗數據處理：表1實驗數據（100）面β(k=1)30323436384