布拉格衍射实验.doc
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1、成绩国际教育学院实验报告（操作性实验）课程名称：电磁场与电磁波实验题目：布拉格衍射实验 指导教师：-班级：- 学号：- 学生姓名：-1、 实验目的和任务1、观察微波通过晶体模型的衍射现象。2、验证电磁波的布拉格方程。2、 实验仪器及器件分度转台 1 台，喇叭天线 1 对，三厘米固态信号发生器 1 台，晶体检波器 1 个，可变衰减器 1 个，读数机构 1 个，微安表 1 个， 模拟晶体架一个。3、 实验内容及原理1、晶体结构与密勒指数任何的真实晶体，都具有自然外形和各向异性的性质，这和晶体的离子、原子或分子在空间按一定的几何规律排列密切相关。晶体内的离子、 原子或分子占据点阵的结构，两相邻结点的距离叫晶体的晶格常数。真实晶体的晶格常数约在 10-8厘米的数量级，X 射线的波长与晶体的常数属于同一数量级。因此对于X射线来说实际上晶体是起着衍射光栅的作用，因此可以利用 X 射线在晶体点阵上的衍射现象来研究晶体点阵的间距和相互位置的排列，以达到对晶体结构的了解。 图1 立方晶格最简单的晶格是立方体结构2、微波布拉格衍射本实验是仿造X射线入射真实晶体发生衍射的基本原理，人为制造一个方形点阵的模拟
2、晶体，以微波代替X射线，使微波向模拟晶体入射，观察从不同晶面上点阵的反射波产生干涉应符合的条件，这个条件就是布拉格方程。当波长为的平面波射到间距为的晶面上，入射角为当满足的条件时（为整数）发生衍射，衍射线在所考虑的晶面反射线方向。在布拉格衍射实验中采用入射线与晶面的夹角（即通称的入射角），是为了在实验时方便。因为当被研究晶面的法线与分光仪上度盘的00刻线一致时，入射线与反射线的方向在度盘上有相同的示数，不容易搞错，操作方便。本实验使用的简立方点阵模拟晶体，晶格格点上的粒子由小铝球组成，小铝球是微波的散射中心，能获得几个级次的反射，取决于所研究的平面族。4、 实验步骤步骤1：根据图2理论示意图，连接仪器，调整系统。实物图如图3所示。要注意的是模拟晶体球应用模片调得上下左右成为一方形点阵，模拟晶体架上的中心孔插在支架上与度盘中心一致的一个销子上。图2 理论示意图图3 实验实物图 步骤 2：当把模拟晶体及晶体架放在中心轴上的分度转盘时，要调整发射喇叭和接收喇叭对准模拟晶体架中部的高度，并使两喇叭口在一条通过载物台转轴的直线上，两臂分,别对准度盘的00和1800的位置。开启信号发生器的电源，调
3、整发射喇叭，使与接收喇叭相连的微安表指示达到相对最大值。 步骤 3： 模拟晶体架下面圆盘的刻线要与模拟晶体（100）晶面的方向一致，并且指向度盘的 00刻度。测量（100）面衍射的一级与二级极大的掠射角和，测角从某一角度开始，每旋转分度转台1o，记录一次微安表的示数。先测出一侧的和，再用同样的方法测出另一侧的和。 步骤 4：根据布拉格衍射实验的数据绘制曲线。5、 实验测试数据表格记录表1 布拉格衍射实验的数据记录表衍射角电流衍射角电流3031.25124.33131.15224.23230.75325.233285426.33426.55527.735235628.33622.35728.53721.458283822.15927.939216029.8402161314120.66234.242206335.14319.86436.44419.76534.3452066334621.26736.34721.96837.44822.16938492370385024在表1中，所列变量衍射角的单位是度（o），电流的单位为。6、 实验数据分析及处理将表1中的数据绘制曲线如下：图4 布拉格衍射实验的数据曲线由实验数据可得，两侧发生衍射的角度大约在34o和65o附近。根据布拉格方程，将=32mm，=40mm带入布拉格方程，经计算得：当=1时，=66.42o；当=2时，=36.87o；实验测得的数据与计算出的理论值比较接近，因此可以验证布拉格方程。另外，在本次实验中可能造成误差的原因有：模拟晶体与实际晶体的差距，其他实验组干扰，以及读数误差等。7、 实验结论与感悟（或讨论）（总结实验；对实验的感受和领悟；以及对实验中某些问题、现象、方法、数据、结果等等内容的讨论。）通过进行本次布拉格衍射实验，我了解了所涉及仪器的原理和构造，学会了运用该仪器。在实验中，由于模拟晶体架中金属小球所形成的立方空间并不是严格标准排列，布拉格装置侧壁的木头外框对电磁波也有影响。在读数过程中极易受到相邻组的干扰，以至于难以观察精确的现象并精准读数。为缩小误差，我们组首先进行调零操作，并等待仪器示数稳定在某一区域后，取平均值记录，以减少读数误差。
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