同济大学 物理自选试验报告模板.docx
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1、20 自选试验报告实验名称:X光实验姓名:_ 学号:_ 成绩:_合作者:_ 指导老师:_ 实验编号:_【实验目的】1.学习与了解 X 光的产生与特性2.进行 X 光基本实验与实验设计3.测量并验证X光的布拉格衍射4.观察并记录X光与物质相互作用的现象【实验原理】1.认识X光:X 光是1985德国物理学家伦琴(W.C.Rontgen,1845-1923)在实验中发现的。X光的发现开创了人类探索微观物质世界的新纪元。X光也叫X射线,它是波长在_的电磁波。它在医学(如X光诊断)、工业(如X光探伤)、材料科学(如X光分析)、天文学(如X光望远镜)、生物学(如X光显微镜)等方面的应用十分广泛。X射线和物
2、质相互作用时,会发生与可见光类似的反射、折射、偏振、吸收、散射等各种物理现象。2.X光的产生:当具有一定能量的电子和原子碰撞时,可把原子的外层电子撞击到高能态(称为激发)甚至击出原子(称为电离)。如果电子的能量很高(高达几万电子伏:1014焦耳)时,它就可能把原子的内层电子撞击到高能态,甚至击出原子。这时,原子的外层电子就会向内层跃迁,其所发出的光子能量较大,即波长较短,通常称为X光。【实验仪器】【实验步骤与具体原理分析】 X光的布拉格衍射:【原理】当X光射入原子有序排列的晶体时,会发生类似于可见光入射到光栅时的衍射现象1913年,英国科学家布拉格父子证明了X光在晶体上衍射的基本规律为:_。公
3、式中的d是晶体的晶面间距,即相邻晶面之间的距离,为掠射角(X射线与晶面的夹角),是X光的波长,n是一个整数,为衍射级次。实验利用特征X光谱线和已知d的晶体,测量验证衍射光的角。X光衍射实验测量采用NaCl单晶(晶格常数d的理论值为 282pm。)和LiF单晶(理论值 d=201Pm)作样品。【步骤】1.由X射线通过NaCl单晶的布拉格衍射调校测角器的零点。(1).打开X光实验仪电源。按ZERO键,使测角器归零。(2).按住玻璃门下方的按钮,将准直器安装在X光出射孔处(如已安装好可不必动),NaCl单晶样品放置在样品台上(为防样品潮解,拿取样品时需戴上手套),调节样品到准直器与传感器的距离各为5
4、CM左右。关上玻璃门。启动“X-ray Apparatus”软件。按F4键清除所有已存的数据。软件设置:X轴为角度。Y轴为X光粒子数单位时间强度,表示为R-1/S。(3).进行X光实验参数设置:管电压U=35.0kv、管电流1.0mA、测量时间步长t=5s、角步长=0.1、控制测量下限角2.5、上限角为12。(4)按下COUPLED键,打开SCAN(On/Off开启/关闭自动扫描)进行自动扫描。计算机上实时地测出X射线通过NaCl单晶的布拉格衍射的数据与绘出曲线。实验进行时,NaCl晶体放在样品平台上,随测角器转动,从而改变X射线的掠射角,GM计数器与测角器以2:1 转速耦合转动。反射X射线进
5、入GM 计数器。如实验测出的一级最大衍射角不在7.2,则需对仪器零度重新定位。定位方式是:在COUPLED模式下,用手转动b2寻找:计数率最大的角度减去7.2位置,此时应为真正的零点位置。同时按下TARGET、COUPLED和-LLMIT三个键,从而确认该位置为新的零点位置。零点调校好后,可将测量上限角扩展到 30,再一次对NaCl晶体进行自动扫描。可测得三级衍射角,计算与分析各衍射角的实验误差。并将实验数据与图线保存下来。2.测量 X 射线通过 LiF 单晶的布拉格衍射曲线:在以上实验完成的基础上,将样品换成LiF单晶。实验参数设置基本与以上实验同(上限角扩展到35)。就可测绘出X射线通过L
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