不要移动晶体模型中的晶体 1913年英国物理学家布拉格父子研究x射线在晶面上的反射时 得到了著名的布拉格公式 奠定了用x射线衍射对晶体结构分析的基础 并荣获了1915年的诺贝尔物理学奖 实验原理 1 晶体其组成粒子 分子或原子等 按一定周期性排列的规则结构的固体称为晶体 2 晶格常数任何一个晶面平行 等距地重复排列 就可以得出全部晶体点阵 这些彼此平行等距的晶面称为晶面族 晶面族中任意两个相邻晶面间的距离称为晶面距 d 晶面可以有不同的空间方向 通常用晶面在三个方向轴上 三个相交边方向 截距数值的倒数的互质整数比来表示 这三个互质整数称为晶面的密勒指数 先找出晶面在X Y Z三个坐标轴上以晶格常数为单位的截距值 立方晶体晶面的密勒指数 1 1 1 100面 110面 1 1 1 111面 微波 微波的波长介于一米到一毫米的电磁波 频率范围在三百兆赫兹到三十万赫兹3 102MHz 3 105MHz 微波通常用谐振腔发射X射线的波长数量级在 左右 介于 20 0 06 10 8cm之间 二者波长相差5 6个数量级 X射线是由原子的内层跃迁所辐射 能量较大 在介质中穿透力较强 对实验者可能造成伤害 所以用微波进行晶体衍射模拟实验比X射线更直观和安全 微波和x射线均为电磁波 微波 X射线 布拉格衍射公式晶体中射线衍射的基本关系 布拉格衍射定律说的是若两个晶面的晶面距为d 当一束X光波以掠射角 入射于某晶面族时 晶面族产生反射 相邻晶面的光程差为2dsin 当满足时两相干波加强所以测量的关键是找到光被加强时的这个掠射角 已知晶面距d就可求出波长 为入射光的波长 晶面距d 掠射角 dsin dsin 只有波长时才能发生衍射波干涉加强 实验仪器 直流电源供电给微波发射器T的尾部的固体振荡器 直流电源和固体振荡器构成完整的固体信号发生器 体效应管在加约10伏直流电压说就会在谐振腔产生波长为3厘米左右的微波 振荡器产生的微波振荡通过耦合孔传至可调衰减器 调节衰减器旋钮可改变微波信号幅度大小 然后由喇叭天线发射出去 产生的微波照在晶体上面发生反射 满足一定掠射角说发生衍射 微波经模拟晶体衍射后进入微波接收器的喇叭天线 通过接收器尾部的晶体检波器检波变成直流信号 最后由直流微安表指示 4 微波接收器的喇叭天线 喇叭天线 1 固体振荡器 返回 2 调节衰减器旋钮 3 晶体 5 晶体检波器 100 6 直流微安表 实验数据记录 100面 d 5 0cm 新 d 4 0cm 旧 100面 电流表的读数读取格子数 分度值 记录和作图的时候用格子数 分度值 A 角度 110面 与I关系图 级数K的含义 数据不确定度计算 100面 K 1 d 5 0 0 1cm 12 0 不确定度公式推导过程 数据处理 100面 d 5 0cm 新 d 4 0cm 旧 100面已知d求 实验步骤 先将两喇叭口互相正对 两臂的指针分指分度盘的0和180 使模拟晶体正对发射喇叭口 这时与发射微波相平行的面就是100面 将模拟晶体下圆盘刻线与分度盘对齐 调节波长使输出为最大 再调节衰减使接收电流大约为100 A 然后从10度开始测量 旋转晶体模型1度 对应旋转移动臂2度 因为晶体模型转一度旋转臂就相对倒退一度或落后一度 故应转两度 每转一度记一个电流值 做完后若没有电流极大值就重做一次 1 将两喇叭口互相正对 2 两臂的指针分指分度盘的0和180 使模拟晶体正对发射喇叭口 3 调节衰减使接收电流大约为100 A 4 从10度开始测量 旋转晶体模型1度 对应旋转移动臂2度 都顺时针或者都是逆时针旋转 注意 可变衰减器不可以拧的过紧 拧不动的时候 反向转动 否则会造成螺丝滑丝不要移动晶体模型中的晶体 做完实验请关闭插座的开关实验过程中不要频繁走动 会影响测量结果 不要踩踏地上的电线槽板 关机处理数据