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1、單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級(jí),第三級(jí),第四級(jí),第五級(jí),*,實(shí)驗(yàn)及應(yīng)用背景介紹,實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮徒虒W(xué)要求,實(shí)驗(yàn)原理,實(shí)驗(yàn)儀器和裝置,實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及數(shù)據(jù)處理要求,注意事項(xiàng),課堂思考,選做實(shí)驗(yàn)和有待深入研究的課題,參考文獻(xiàn),實(shí)驗(yàn)后思考題,1,實(shí)驗(yàn)及應(yīng)用背景介紹,1913年，英國(guó)物理學(xué)家布拉格父子在研究X射線在晶面上的反射時(shí)，得到了著名的布拉格公式。,本實(shí)驗(yàn)用一束波長(zhǎng)3cm的微波代替X射線，觀察它照射到人工制作的晶體模型時(shí)的衍射現(xiàn)象，用來(lái)模擬X光在真實(shí)晶體上的布拉格衍射，并驗(yàn)證布拉格公式。,微波是一種特定波段的電磁波，有自己的特點(diǎn)。,2,實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮徒虒W(xué)要求,1.了解微波特點(diǎn)，學(xué)習(xí)微

2、波器件的使用。,2.了解布拉格衍射原理，用模擬晶體使微,波發(fā)生布拉格衍射，驗(yàn)證布拉格公式，,認(rèn)識(shí)微波的光學(xué)性質(zhì)，學(xué)習(xí)X射線晶體結(jié)構(gòu)分析的基礎(chǔ)知識(shí)，并測(cè)定微波波長(zhǎng)。,3.通過(guò)微波的單縫衍射和邁克爾遜干涉實(shí)驗(yàn)，加深理解。,3,實(shí)驗(yàn)原理,晶體結(jié)構(gòu)：,幾個(gè)概念-晶體；晶格常數(shù)a；晶面以及相鄰晶面的間距為d。,為了區(qū)分晶體中無(wú)限多族的平行晶面的方位，可用晶面指數(shù)(密勒指數(shù))來(lái)描述，人們采用密勒指數(shù)標(biāo)記法。晶面指數(shù)用,表示。利用密勒指數(shù)可以很方便地求得一族平行晶面間的間距,其中最重要也是最常用的有三種，分別稱(chēng)為（100）面，（110）面，（111）面。,4,圖6-26 晶體的晶格結(jié)構(gòu) 圖6-27 晶面,5

3、,布拉格衍射（布拉格公式的解釋?zhuān)?研究衍射問(wèn)題最關(guān)心的問(wèn)題是衍射強(qiáng)度分布的極值位置。晶體對(duì)電磁波的衍射是三維的衍射，分為點(diǎn)間干涉和面間干涉。,先找到晶面的點(diǎn)間干涉的0極主極大位置，這個(gè)二維點(diǎn)陣衍射的0極主極強(qiáng)方向應(yīng)符合沿此方向所有衍射線間無(wú)光程差，也就是入射角等于衍（反）射角。,圖6-28 晶格的點(diǎn)間干涉,圖6-28 晶格的點(diǎn)間干涉,6,面間干涉,晶體衍射的布拉格條件2,d,sin,=,k,k,=1,2,3,如果按習(xí)慣使用的入射角 表示，布拉格條寫(xiě)為 2,d,cos,=,k,k,=1,2,3,只要測(cè)得衍射極大的方向角 （或 ）,，并且知,波長(zhǎng)，就可以從布拉格條件求出晶面間距,d,，,而確定晶

4、格常數(shù),a,。,圖6-29 面間干涉,7,實(shí)驗(yàn)儀器和裝置,微波分光儀,、,模擬晶體 a=4cm的立方點(diǎn)陣、單縫、反射板兩塊、分束板等。,圖6-32 微波分光儀裝置圖,1.固態(tài)微波振蕩器 2.可變,衰減器,3.發(fā)射喇叭天線 4.接受喇叭天線,5.檢波器 6.載物臺(tái) 7.指針 8.底座,8,實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及數(shù)據(jù)處理要求,1用,k,=1,2的（100）和（110）晶面驗(yàn)證布拉格衍射公式（要先計(jì)算理論值）。,2 已知晶格常數(shù),a,=4.00cm，利用,k,=1的（110）晶面測(cè)定波長(zhǎng)；已知波長(zhǎng)，利用,k,=1的（100）晶面測(cè)定晶格常數(shù)。,3對(duì)微波單縫實(shí)驗(yàn)，要求用坐標(biāo)紙畫(huà)出衍射分,布曲線，利用左、右兩側(cè)的第

5、一個(gè)衍射極小位置,和 的平均值和公式,=,a,sin,，,求出微波的 波長(zhǎng)，與根據(jù)公式=,c,/,f,算出的數(shù)值比較。,9,微波單縫實(shí)驗(yàn),10,4.對(duì)微波邁克爾遜干涉實(shí)驗(yàn)，應(yīng)由B板的干涉極小時(shí)位置,xn,，列表作,xn,n,的關(guān)系圖，求出微波波長(zhǎng)，與理論值（=,c,/,f,）進(jìn)行比較。,11,注意事項(xiàng),晶體中心與載物臺(tái)中心要一致。接受喇叭和發(fā)射喇叭要水平正對(duì)，下邊要水平，保證偏振化方向，保證接受微波強(qiáng)度最強(qiáng)。,檢波器易壞，接受喇叭對(duì)發(fā)射喇叭時(shí)（保證入射角等于衍（反）射角，衍射強(qiáng)度最強(qiáng)處，微波強(qiáng)度不能超過(guò)微安表頭的滿量程。,放上晶體架，使架下面的某一刻度線（與所選的晶面的法線一致）盤(pán)上的刻線重合

6、。（100）面的法線有刻線標(biāo)志），其他面自己找。只要保證晶面的法線與度盤(pán)上的刻線重合即可，便于保證入射角等于衍（反）射角。,12,信號(hào)源輸出不穩(wěn)定，也影響衍射強(qiáng)度的分布。,各組會(huì)相互干擾，也影響衍射強(qiáng)度的分布，最好錯(cuò)開(kāi)。,因單逢本身對(duì)稱(chēng)性不好，所以采用對(duì)稱(chēng)測(cè)量求平均的辦法求。,單縫衍射裝置的一側(cè)，貼有微波吸收材料，用以減弱衍射波在微波接受器和單縫裝置的金屬表面發(fā)生多次反射而影響零級(jí)極大衍射強(qiáng)度峰的峰形，所以放置時(shí)要注意。另外要注意使用衰減器調(diào)節(jié)靈敏度，保證測(cè)角準(zhǔn)確。,晶體固態(tài)振蕩器的開(kāi)啟見(jiàn)書(shū)。,13,課堂思考,晶體的布拉格衍射與多縫光柵有什么區(qū)別？,什么叫做點(diǎn)間干涉，什么叫做面間干涉？布拉格

7、衍射的衍射極大位置與它們有什么關(guān)系？,布拉格衍射為什么要讓入射角=反射角，在實(shí)驗(yàn)中是怎樣來(lái)保證的？為什么說(shuō)當(dāng)入射波的方向及波長(zhǎng)固定、晶體的取向也固定時(shí)，不同取向的晶面不能同時(shí)滿足布拉格條件，甚至沒(méi)有一族晶面能夠滿足布拉格條件？,本實(shí)驗(yàn)中用什么辦法來(lái)測(cè)得晶格的衍射極大位置？,晶體的晶面是怎樣定義的？由此對(duì)立方晶體（110）和（111）晶面作出解釋?zhuān)瑢?dǎo)出在（110）晶面和（111）晶面的布拉格條件中,d,=？,14,選做實(shí)驗(yàn)和有待深入研究的課題,結(jié)合學(xué)過(guò)的物理知識(shí)，利用本實(shí)驗(yàn)提供的設(shè)備，自行設(shè)計(jì)一個(gè)微波的干涉或衍射實(shí)驗(yàn)并完成數(shù)據(jù)測(cè)量，對(duì)自制的元件應(yīng)討論尺寸選擇的依據(jù)。,電磁波是橫波，你能確定喇叭天線輻射的電場(chǎng)的極化（偏振）方向嗎？,15,參考文獻(xiàn),趙凱華 鐘錫華，光學(xué)（下冊(cè)），北京大學(xué)出版社，1984,呂斯驊 段家忯，基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)，北京大學(xué)出版社，2002,朱生傳，微波實(shí)驗(yàn)，近代物理實(shí)驗(yàn)（吳思誠(chéng) 王祖銓?zhuān)本┐髮W(xué)出版社，1986,16,精品課件,！,17,精品課件,！,18,實(shí)驗(yàn)后思考題,思考題：1，2，4。,19,