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1、X X 光系列实验报告光系列实验报告本次共做了调校测角器的零点， 测定 LiF 晶体的晶面间距，测定 X 光在铝中的衰减系数， 并验证朗伯定律和普朗场常数h 的测定。通过做一系列的实验，从而对X 射线的产生、特点、原理和应用有较深刻的认识， 提高自己的实验能力并提高独立从事研究工作的能力。 本次分别写了 X 光在铝中的衰减系数，并验证朗伯定律和普朗克常数h 的测定的实验报告。实验一、测定 X 光在铝中的衰减系数，并验证朗伯定律一、实验的目的和意义通过本实验了解 X 射线的基础知识， 学习 X 射线仪的一般操作； 掌握 X 射线的衰减与吸收体材料和厚度的关系，训练实验技能和实验素养。二、实验原理
2、和设计思想X 射线穿过物质之后，强度会衰减，这是因为X 射线同物质相互作用时经历各种复杂的物理、化学过程，从而引起各种效应转化了入射线的部分能量。 X 射线穿过物质时要减弱， 减弱的大小取决于材料的厚度和密度。 在同一介质里不同波长的射线减弱的程度不同。d满足：I I0e本实验研究 X 射线衰减于吸收体材料和厚度的关系。假设入射线的强度为 R0，通过厚度dx 的吸收体后，由于在吸收体内受到“毁灭性”的相互作用，强度必然会减少，减少量dR 显然正比于吸收体的厚度dx，也正比于束流的强度R，若定义 为 X 射线通过单位厚度时被吸收的比率，则有-dR=Rdx考虑边界条件并进行积分，则得：R=R0e(
3、-x）透射率 T=R/R0,则得： T=e(-x)或 lnT=-x式中 称为线衰减系数，x 为试样厚度。我们知道，衰减至少应被视为物质对入射线的散射和吸收的结果，系数 应该是这两部分作用之和。但由于因散射而引起的衰减远小于因吸收而引起的衰减，故通常直接称 为线吸收系数，而忽略散射的部分。三、实验内容与步骤o设置高压 U=35KV,设置电流 I=0.02mA,设置步长 =0.1设置 t=3s,下限角为oo6，上限角为 70 。将铝板底板端部插入原来靶台的支架，置传感器于0 位，按下 TARGET键，然后再按 SCAN。四、数据处理和讨论d由于I I0eln改写为I0dII0与 d 成线性关系即可
4、，由于本实验未测出I0是多少，所以先去除I0，验I所以只需验证ln证ln1与 d 成线性关系。I758.787449.41271.7855168.304117.770.3I1 / 41lnId（mm）-6.63170.5-6.10791-5.60501.5-5.12582-4.76812.5-4.25283由 excel 拟合可得近似为一条直线，所以X 射线满足朗伯定律。下求 X 光在铝中的衰减系数 由I1 I0ed1I2 I0ed2I1I2得=d2d1ln分别带入上述数据可得i= 1.04,1.006，0.958，0.715,1.03 i=1,2,3,4,5= (1.04+1.006+0.9
5、58+0.715+1.03)/5=0.9478七实验结论以与误差分析。在衰减箔厚度对 X 射线衰减的影响的实验中，测得y=0.9367x-7.0545,符合朗伯定律，在误差允许的范围内，可以得到=0.9478.误差分析：误差可能来源于仪器的精度，实验器材的磨损和腐蚀，外界光的干扰等。实验建议：提高仪器精度和实验技术水平，采用更加完好的实验器材阻止外界光的干扰等。实验二 普朗克常数的测定一、 实验目的测定普朗克常数的大小，了解其原理，加深对 X 射线的认识，在实验中提高自己的实验能力，动手能力。二、实验原理X 光管发射的连续谱都有一个特征的短波限波长，其大小与x 光管的加速电压有关。由实验2 /
6、 4家发现的短波限波长与加速电压之间存在有反比例关系。因为短波限波长对应的是最大能量， 而 x 光光子能获得的最大能量是入射电子的全部动能， 所以我们可以得出短波限波长等于 hc/eu,其中 U 为 x 光管得加速电压，由此我们可以求得普朗克常数。三、实验内容和步骤o设置高压 U=35KV,设置电流 I=0.1mA,设置步长 =0.1,设置 t=3s,下限角为oo6，上限角为10 。按下COUPLED 键，然后按下SCAN 键，记录数据，然后分别记录管压等于 34KV、33KV26KV 的测量系列。四、实验方法和结果借助 NaCl 晶体测量不同 U 下min附近的衍射谱， 利用实验软件提供的功
7、能， 对各条谱线min附近区域进行直线拟合，从而得到不同的U 对应的min。实验中使用该方法在不同电压下进行多次测量，得到min=A/U-B，并由 A=hc/e，求出 h。U/KV35343332313038.52939.82841.427432644.5min/pm33.133.834.835.937拟合结果：y=1185x-0.1-34h=1185e/c=6.32x10 J/s-34理论值 h=6.62 x10 J/s相对误差：=6.62-6.32=4.536.62hc，即做min1/U 图应该过原点，实际上会有一个小量偏移，考虑eU相对误差约为 4.53%理论上来说，min调零偏差角，有
8、小角近似sin由min+=180hceU2d180得=2dsin 五、误差分析与影响实验结果的主要因素1、 由于分光仪的分辨本领不够高 ,往往把波长限的边界弄得模糊不清 ,无法作出精确估计;2、为了获得足够强的 X射线,电子投射的靶子有一定厚度,有可能每个电子不止发射一次韧致辐射,从而增加了边界的模糊;3、 边界附近的X光谱形状会有微小的不规则性,因此判定即使仪器分辨本领足够高,也得不到更精确的数据影响实验结果的主要因素1、 光缝宽度 光缝包括 X 射线出射光阑和传感器的入射狭缝，光缝宽度较大时， X 射线的发射角也较大，此时波长的单色性下降，min附近区域不规则明显变大，影响直3 / 4线拟
9、合确定min的效果，根据统计规律，计数率R 的相对不确定为 1/R,由此知光缝宽度不能太小；否则 R 值太低，相对不确定度增大，统计涨落明显，同样不利于选取min的拟合区域2、 光缝与靶台的距离 其对实验结果的影响的原因与光缝宽度相同。 距离太大会使计数率太低；距离太小，会降低角分辨本领。3、 管电压 U 仪器仪表的高压示数与真实值有差别，所用的U 不准。但是由于管电压量4级达到 10 KV，实验室中要检验如此高压并不容易。实验中尝试过利用Mo 靶的激发电压为 20KV 这一有效信息进行检验， 但是激发电压作为临界值， 实际上据此很难做出判断。4、 NaCl 晶体 本实验借助 NaCl 晶体分
10、辨不同的波长。长期使用的 NaCl 晶体会有破损，且表面沾附着各种杂质，这会影响分辨效果。5、 其他 测量时间可以适当增加，减少统计涨落对谱线的影响。六、结论-34本实验测出的 h=6.32x10 J/s， 用 X 射线谱短波限法测量 h 的关键在于如何准确的测量和确定min。由前面的分析知，要提高实验精度， 减小系统误差，就必须对光缝宽度等实验条件进行严格调整，使用新的晶体，同时保证电压U 和衍射角 的准确性。在现有的实验条件下，由于仪器分辨率有限， 谱线不可避免的展宽，在确定min时就必须进行修正。此时， 直线拟合法就不适用；而区域平均法则通过合理的修正，得到误差更小的结果。七、实验改进意
11、见由于谱线展宽直线拟合法给出的截距值与min的含义不符， 查阅资料得知， 由于谱线展宽影响实验结果的情况在精度不高的实验中比较普遍，如验证 Moseley 定律实验，吸收边k也存在类似的展宽，由此借鉴确定k的方法来确定min。确定k的方法为：选择透射谱中最低点和最高点之间的区域作为标志区域，软件给出该区域的的平均值作为k值，仿照此法，将直线拟合区域的平均值作为min值（称为区域平均法） ，区域平均法是一种比较合理的修正方法，从而更好的减小系统误差。新方法的关键之处在于如何选取平均区域。说明做了哪些 X 射线实验与这些实验的目的、意义。各实验的原理与设计思想的简要阐述。各实验的实验过程、数据记录、处理和讨论。实验中发现的各种问题与其解决方法；进一步实验的设想。对 X 射线系列实验的总评价、收获和改进意见。4 / 4
