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1、国际教育学院实验报告操作性实验）课程名称：电磁场与电磁波实验题目：布拉格衍射实验指导教师：-班级：-学号：-学生姓名：-、实验目的和任务1、观察微波通过晶体模型的衍射现象。 2、验证电磁波的布拉格方程。二、实验仪器及器件分度转台 1 台，喇叭天线 1 对，三厘米固态信号发生器 1 台，晶体检波器 1 个， 可变衰减器 1 个，读数机构 1 个，微安表 1 个， 模拟晶体架一个。三、实验内容及原理1、晶体结构与密勒指数 任何的真实晶体，都具有自然外形和各向异性的性质，这和晶体的离子、原子或分 子在空间按一定的几何规律排列密切相关。 晶体内的离子、原子或分子占据点阵的结构，两相邻结点的距离叫晶体的
2、晶格常数。真实晶体的晶格常数约在10-8厘米的数量级，X射线的波长与晶体的常数属于同一数量 级。因此对于X射线来说实际上晶体是起着衍射光栅的作用，因此可以利用X射线在晶 体点阵上的衍射现象来研究晶体点阵的间距和相互位置的排列，以达到对晶体结构的了 解。图 1 立方晶格最简单的晶格是立方体结构 2、微波布拉格衍射本实验是仿造 X 射线入射真实晶体发生衍射的基本原理，人为制造一个方形点阵的 模拟晶体，以微波代替 X 射线，使微波向模拟晶体入射，观察从不同晶面上点阵的反射 波产生干涉应符合的条件，这个条件就是布拉格方程。当波长为九的平面波射到间距为a的晶面上，入射角为9当满足nk = 2acos。的
3、条件时 （n为整数）发生衍射，衍射线在所考虑的晶面反射线方向。在布拉格衍射实验中采用入 射线与晶面的夹角（即通称的入射角），是为了在实验时方便。因为当被研究晶面的法线 与分光仪上度盘的 00刻线一致时，入射线与反射线的方向在度盘上有相同的示数，不容 易搞错，操作方便。本实验使用的简立方点阵模拟晶体，晶格格点上的粒子由小铝球组成，小铝球是微波 的散射中心，能获得几个级次的反射，取决于所研究的平面族。四、实验步骤步骤1：根据图2 理论示意图，连接仪器，调整系统。实物图如图3所示。要注意的是模拟晶体球应用模片调得上下左右成为一方形点阵，模拟晶体架上的中心孔插在支架 上与度盘中心一致的一个销子上。图
4、2 理论示意图图 3 实验实物图步骤 2：当把模拟晶体及晶体架放在中心轴上的分度转盘时，要调整发射喇叭和接 收喇叭对准模拟晶体架中部的高度，并使两喇叭口在一条通过载物台转轴的直线上，两 臂分,别对准度盘的 00和 1800的位置。开启信号发生器的电源，调整发射喇叭，使与接收 喇叭相连的微安表指示达到相对最大值。步骤 3： 模拟晶体架下面圆盘的刻线要与模拟晶体（100）晶面的方向一致，并且指向度盘的Oo刻度。测量（loo）面衍射的一级与二级极大的掠射角0和e，测角从某12一角度开始，每旋转分度转台1。，记录一次微安表的示数。先测出一侧的0和0，再用l2 同样的方法测出另一侧的0 和0 。l2步骤
5、 4：根据布拉格衍射实验的数据绘制曲线。五、实验测试数据表格记录表 1 布拉格衍射实验的数据记录表衍射角电流 衍射角3031.2513131.1523230.7533328543426.5553523563622.3573721.458电流24.324.225.226.327.728.328.5283822.15927.939216029.8402161314120.66234.242206335.14319.86436.44419.76534.3452066334621.26736.34721.96837.44822.16938492370385024在表1中，所列变量衍射角 的单位是度（o
6、）,电流的单位为卩A。六、实验数据分析及处理将表 1 中的数据绘制曲线如下：图 4 布拉格衍射实验的数据曲线由实验数据可得，两侧发生衍射的角度大约在34。和65。附近。根据布拉格方程n九=2a cos0，将九=32mm， a =40mm带入布拉格方程，经计算得：当 n =1 时，0 =66.42。；当 n =2 时，0 =36.87。； 实验测得的数据与计算出的理论值比较接近，因此可以验证布拉格方程。另外，在本次实验中可能造成误差的原因有：模拟晶体与实际晶体的差距，其他实验组 干扰，以及读数误差等。七、实验结论与感悟（或讨论）（总结实验；对实验的感受和领悟；以及对实验中某些问题、现象、方法、数据、结果 等等内容的讨论。）通过进行本次布拉格衍射实验，我了解了所涉及仪器的原理和构造，学会了运用该仪 器。在实验中，由于模拟晶体架中金属小球所形成的立方空间并不是严格标准排列，布 拉格装置侧壁的木头外框对电磁波也有影响。在读数过程中极易受到相邻组的干扰，以 至于难以观察精确的现象并精准读数。为缩小误差，我们组首先进行调零操作，并等待 仪器示数稳定在某一区域后，取平均值记录，以减少读数误差。
