資源描述：
《微波實驗和布喇格衍射.ppt》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內容在教育資源-天天文庫。
1、實驗及應用背景介紹微波是一種特定波段的電磁波，有自己的特點。1913年，英國物理學家布拉格父子研究X射線與材料相互作用時，得到了著名的布拉格公式。本實驗用一束波長約為3cm的微波代替X射線，觀察它照射到人工制作的簡立方晶體模型時的衍射現象，用來模擬X光在真實晶體上的布拉格衍射，并驗證布拉格公式。實驗目的和教學要求1.了解微波的特點，學習微波器件的使用；2.了解布喇格衍射原理，利用微波在模擬晶體上的衍射驗證布喇格公式并測定微波波長；3.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。微波實驗和布喇格衍射微波是一種特定波段的電磁波，其波長范圍大約
2、為1mm～1m（對應的頻率范圍在300GHz～300MHz左右）。微波也存在反射、折射、干涉、衍射和偏振等現象。電磁波波長通常電磁波按照波長的長短分成各個波段：超長波、長波、中波、短波、超短波、微波、紅外線、可見光、紫外線、X射線、γ射線等。微波波段介于超短波和紅外線之間，波長范圍大約為1mm～1m（即頻率為300GHz～300MHz），它還可以進一步細分為“分米波”（波長1～10dm）、“厘米波”（波長1～10cm）和“毫米波”（波長1～10mm）。波長在1mm以下至紅外線之間的電磁波稱為“亞毫米波”或“超微波”。微波的應用微波的波長比普通電磁波短得多
3、，因此微波具有似光性——直線傳播、反射和折射等，利用這一特點可制成方向性極強的天線、雷達等；微波能暢通無阻地穿過高空電離層，為宇宙通訊、導航、定位以及射電天文學的研究與發(fā)展提供了廣泛的前景?？傊?，微波技術在電視、通訊、雷達、乃至醫(yī)學、能源等領域都有廣泛的應用。X射線與晶體結構—微波模擬X射線是波長處于紫外線與γ射線之間的電磁波，其波長范圍大約為10-15～10-7m。而晶體的晶格常數～10-10m，它正好落在X射線的波長范圍內，因此常用晶體對X光的衍射來研究晶體的結構。1913年，英國物理學家布喇格父子在研究X射線在晶面上的反射時，得到了著名的布喇格公式
4、，從而奠定了X射線結構分析的基礎。但是X光衍射儀價格昂貴，晶格結構的尺度如此微小，眼睛看不見?？紤]到微波的波長比X光長得多，本實驗用一束波長≈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的衍射現象，用來模擬X光在真實晶體上的布喇格衍射，并驗證布喇格公式。晶體結構—晶格、晶格常數圖6-26晶體的晶格結構圖6-27晶面對立方晶系而言，晶面指數為（n1n2n3）的晶面族其相鄰兩個晶面的間距為：布喇格衍射圖6-28晶格的點間干涉圖6-29面間干涉2dsinθ=kλk=1,2,3…2dcosβ=kλk=1,2,3…單縫衍射u=(πasinθ)/λ±1級
5、強度為0時，λ=a?sinθ微波邁克爾遜干涉實驗圖6-31微波邁克爾遜干涉儀微波分光儀圖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7.指針8.底座三厘米固態(tài)振蕩器操作注意事項實驗內容和操作提示1．驗證布喇格衍射公式2．單縫衍射實驗單縫垂直入射：轉動單縫使輸出電流最大測量暗紋附近θ～I曲線，并由圖確定?1級暗紋處的衍射角θ。3．邁克爾遜干涉實驗記錄全部干涉極小時反射板的位置，用一元線性回歸法處理數據。思考及課堂討論題1．微波的一般知識2．微波的產生、傳輸和接收3．晶體結構和布喇格衍射4．實驗
6、裝置和操作注意事項晶體中心與載物臺中心要一致。接受喇叭和發(fā)射喇叭要水平正對，下邊要水平，保證偏振化方向，保證接受微波強度最強。檢波器易壞，接受喇叭對發(fā)射喇叭時（保證入射角等于衍（反）射角，衍射強度最強處，微波強度不能超過微安表頭的滿量程。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）盤上的刻線重合。（100）面的法線有刻線標志），其他面自己找。只要保證晶面的法線與度盤上的刻線重合即可，便于保證入射角等于衍（反）射角。信號源輸出不穩(wěn)定，也影響衍射強度的分布。各組會相互干擾，也影響衍射強度的分布，最好錯開。因單逢本身對稱性不好，所以采用對稱測量求
7、平均的辦法求。單縫衍射裝置的一側，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極大衍射強度峰的峰形，所以放置時要注意。另外要注意使用衰減器調節(jié)靈敏度，保證測角準確。晶體固態(tài)振蕩器的開啟見書。思考及課堂討論題1．微波的一般知識（1）微波處于電磁波的什么頻段？與可見光波和普通的無線電波相比，它有什么特點？（2）從波長的特點來看，為什么微波在雷達、通訊、電視、加熱及原子分子結構等方面有重要的應用？（3）研究間距為10-4～10-5cm的光柵衍射，要用什么波長的光？研究間距為10-8cm的晶格衍射，要用什么波長的“光”？
8、研究間距為1cm的“晶格”衍射，要用什么波長的“光”？（4）用3cm的微波為什么
