微波实验与布拉格衍射.docVIP

微波实验和布拉格衍射 【实验目的】 1、了解微波的特点，学习微波器件的使用 2、了解布拉格衍射的原理，利用微波在模拟晶体上的衍射验证布拉格公式并测定微波波长 3、通过微波的单缝衍射和迈克尔逊干涉实验，加深对波动理论的解释 【实验原理】 （1）单缝衍射 与光波波一样，微波的夫琅禾费衍射的强度分布式，可由下式计算：其中 ，a是狭缝宽度，是微波波长。 当时为衍射的极大。 单缝衍射示意图 （2）双缝衍射 微波遵守光波的干涉定律，当一束微波垂直入射到金属板的两条狭缝上，则每条狭缝就是次波源，由两缝发出的次波是干涉波，因此金属板的背面空间中，将产生干涉现象设缝宽为 a,，两缝间距为b，则利用光学的双缝衍射的结果得到 ，K=0、1、2... 分别为中央极大，一级极大，二级极大... ，K=1,2,3... 分别为一级极小，二极极小.... （2）布拉格衍射 如图示，从间距为d的相邻两个晶面反射的两束波的程差为2dsinθ ，θ为入射波与晶面的折射角，显然，只有满足下列条件的θ，即 ，k =1，2，3… 才能形成干涉极大，上式称为晶体衍射的布拉格条件。 布拉格衍射示意图 【实验仪器】 本实验的实验装置由微波分光仪，模拟晶体，单缝，反射板（两块），分束板等组成。 【实验内容】 （1）单缝衍射实验 （i）仪器连接时，按需要先调整单缝衍射板的缝宽，转动载物台，使其上的180°刻线与发射臂的指针一致。 （ii）把单缝衍射板放到载物台，并使狭缝所在平面与入射方向垂直，把单缝的底座固定在载物台上。 （iii）转动接收臂使其指针指向载物台的0°刻线，打开振荡器的电源，并调节衰减器，使接收电表的指示接近90μA，记下衰减器和电表的读数。 （iv）转动接收臂，每隔2°记下一次接收信号的大小。做到50°为止，左右各一次。 双缝衍射 将（1）中的单缝换成双缝，重复（1）中的操作。 （3）布拉格衍射 （i）用间距均匀的梳形叉从上到下逐层检查晶格位置上的模拟铝球，使球进入叉槽中，形成方形点阵。 （ii）模拟晶体架的中心孔插在支架上，支架插入与度盘中心一致的销子上，同时使模拟晶体架下面小圆盘的某一条刻线与度盘上的0°刻线重合。 （iii）转动圆盘，使固定臂指针指在某一角度即入射角，将活动臂转至反射角方向，使反射角等于入射角，读出μA表读数。 【实验数据】 单缝衍射 角度（°） 0 2 4 6 8 10 12 14 16 电流（A) 104 80 73 59 45 39 36 31 17 角度（°） 18 20 22 24 26 28 30 32 34 电流（A) 7 1.5 0 0 0 0.5 1.8 2 2 角度（°） 36 38 40 42 44 46 48 50 电流（A) 0.5 0 0.5 2.1 2 0.5 0.5 0 角度（°） -50 -48 -46 -44 -42 -40 -38 -36 -34 电流（A) 0 2 5 7 2.4 0 0 1 1.8 角度（°） -32 -30 -28 -26 -24 -22 -20 -18 -16 电流（A) 1 0 0.5 0 0.5 2 9 20 30 角度（°） -14 -12 -10 -8 -6 -4 -2 电流（A) 34 48 73 73 50 75 102 得到的衍射强度角分布为： 图1 单缝衍射强度的角分布 从中读出 衍射级数 理论值 实验值 相对误差 极大（°） 极小（°） 极大（°） 极小（°） 极大（°） 极小（°） 1 27 43 22 34 18% 20% -1 -27 -43 -26 -35 3.70% 18% 角度（°） -46 -44 -42 -40 -38 -36 -34 -32 -30 电流（A) 12 3 2 8 24 28 16 7 2.5 角度（°） -28 -26 -24 -22 -20 -18 -16 -14 -12 电流（A) 3 14 43 69 65 56 40 3 0 角度（°） -10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 电流（A) 0 10 50 76 78 81 85 80 50 角度（°） 8 10 12 14 16 18 20 22 24 电流（A) 10 1 0 10 35 47 67 63 41 角度（°） 26 28 30 32 34 36 38 40 42 电流（A) 13 4 2 3 8 16.5 20 7.8 1 角度（°） 44 46 电流（A) 2 8 得到的衍射强度的角分布为： 图2 双缝衍射强度的角分布 从图中可以读出 衍射级数 理论值 实