电子衍射实验报告.doc

1926年，美国物理学家戴维孙(Davisson)和革末(Germer)实现电子衍射实验经定量计算，证明了德布罗意波长公式的正确性　　从热灯丝K射出来电子经电势差UKD加速后，通过一组栏缝D以一定角度投射到镍单晶体M上，经晶面反射后用集电器B收集，产生电子流强度I0　　实验结果：　　在某一角度φ下，电子流强度I 不是随UKD 增大而单调增大，而只有当电势差为某些特定值时，电子流才有极大值　　理论分析：　　测量结果不能用粒子运动来说明，但可用X射线（波）对晶体衍射方法来分析 也就是把加速电子看成波面而不是粒子利用德布罗意公式，可得　　　　　( m0为电子静止质量)代入X射线晶体衍射布拉格公式 ，得　　　　　　　　　　(k =0,1,2,…)即电势差UKD满足上式时，电子流强度I 为最大值这意味着电子具有波动性实验10 电子衍射 电子衍射实验对确立电子的波粒二象性和建立量子力学起过重要作用．历史上在认识电子的波粒二象性之前，已经确立了光的波粒二象性．德布罗意在光的波粒二象性和一些实验现象的启示下，于1924年提出实物粒子如电子、质子等也具有波性的假设．当时人们已经掌握了Ｘ射线的晶体衍射知识，这为从实验上证实德布罗意假设提供了有利因素．1927年戴维孙和革末发表他们用低速电子轰击镍单晶产生电子衍射的实验结果．两个月后，英国的汤姆逊和雷德发表了用高速电子穿透物质薄片的办法直接获得电子花纹的结果．他们从实验测得电子波的波长与德布罗意波公式计算出的波长相吻合，证明了电子具有波动性，验证了德布罗意假设，成为第一批证实德布罗意假说的实验，所以这是近代物理学发展史上一个重要实验．利用电子衍射可以研究测定各种物质的结构类型及基本参数．本实验用电子束照射金属银的薄膜，观察研究发生的电子衍射现象．实 验目 的 (1) 拍摄电子衍射图样，计算电子波波长；(2) 验证德布罗意公式．实 验 原 理 1 德布罗意波的波长德布罗意认为粒子在某些情况下也呈现出波动的性质，其波长λ与动量p之间的关系与光子相同，即． (10.1)式中，h为普朗克常数，υ为波动频率，λ为电子波波长．设电子在电压为U的电场下加速从初速为零加速运动，得到速度v，则 　 ． 所以， 　 ． (10.2)式中，e为电子电荷，m为电子质量．当加速电压U不太高，v<

电子在与电磁场相互作用时表现为粒子性，在另一些相互作用过程中是否会表现出波动性？德布罗意从光的波粒二象性得到启发，在1923－1924年间提出电子具有波粒二象性的假设， E为电子的能量，为电子的动量，为平面波的圆频率，为平面波的波矢量，为约化普朗克常数；波矢量的大小与波长λ的关系为，称为德布罗意关系电子具有波粒二象性的假设，拉开了量子力学革命的序幕电子具有波动性假设的实验验证是电子的晶体衍射实验电子被电场加速后，电子的动能等于电子的电荷乘加速电压，即考虑到高速运动的相对论效应，电子的动量由德布罗意关系得真空中的光速，电子的静止质量，普朗克常数，当电子所受的加速电压为V伏特，则电子的动能，电子的德布罗意波长， （1）加速电压为100伏特，电子的德布罗意波长为要观测到电子波通过光栅的衍射花样，光栅的光栅常数要做到的数量级，这是不可能的晶体中的原子规则排列起来构成晶格，晶格间距在的数量级，要观测电子波的衍射，可用晶体的晶格作为光栅1927年戴维孙＿革末用单晶体做实验，汤姆逊用多晶体做实验，均发现了电子在晶体上的衍射，实验验证了电子具有波动性的假设普朗克因为发现了能量子获得1918年诺贝尔物理学奖；德布罗意提出电子具有波粒二象性的假设。

导致薛定谔波动方程的建立，而获得1929年诺贝尔物理学奖；戴维孙和汤姆逊因发现了电子在晶体上的衍射获得1935年诺贝尔物理学奖由于电子具有波粒二象性，其德布意波长可在原子尺寸的数量级以下，而且电子束可以用电场或磁场来聚焦，用电子束和电子透镜取代光束和光学透镜，发展起分辨本领比光学显微镜高得多的电子显微镜二）、晶体的电子衍射晶体对电子的衍射原理与晶体对x射线的衍射原理相同，都遵从劳厄方程，即衍射波相干条件为出射波矢时与入射波矢量之差等于晶体倒易矢量的整数倍设倒易空间的基矢为，倒易矢量在晶体中原子规则排成一层一层的平面，称之为晶面，晶格倒易矢量的方向为晶面的法线方向，大小为晶面间距的倒数的倍为晶面指数（又称密勒指数），它们是晶面与晶格平移基矢量的晶格坐标轴截距的约化整数，晶面指数表示晶面的取向，用来对晶面进行分类，标定衍射花样晶格对电子波散射有弹性的，弹性散射波在空间相遇发生干涉形成衍射花样，非弹性散射波则形成衍射花样的背景衬度入射波与晶格弹性散射，入射波矢量与出射波矢量大小相等，以波矢量大小为半径，作一个球面，从球心向球面与倒易点阵的交点的射线为波的衍射线，这个球面称为反射球（也称厄瓦尔德球），见图1所示，图中的格点为晶格的倒易点阵（倒易空间点阵）。

晶格的电子衍射几何以及电子衍射与晶体结构的关系由布拉格定律描述，两层晶面上的原子反射的波相干加强的条件为为衍射角的一半，称为半衍射角见图2所示，图中的格点为晶格点阵（正空间点阵）o为衍射级，由于晶格对波的漫反射引起消光作用，的衍射一般都观测不到三）、电子衍射花样与晶体结构晶面间距不能连续变化，只能取某些离散值，例如，对于立方晶系的晶体，a为晶格常数（晶格平移基矢量的长度），是包含晶体全部对称性的、体积最小的晶体单元——单胞的一个棱边的长度，图3为立方晶系的三个布拉菲单胞立方晶系单胞是立方体，沿hkl三个方向的棱边长度相。