文档介绍：微波实验和布拉格衍射
摘要
本实验以布拉格衍射为研究对象,介绍了微波特性并简单介绍了实验原理和过程,对实验数据进行了处理,用一元线性回归和图示法进行分析并求不确定度,验证了布拉格衍射公式,加深了对实验原理的理解,并谈了实验的收获和体会。
实验目的
1、了解微波特点,学****微波器件的使用。
2、了解布拉格衍射原理,验证布拉格公式并测量微波波长。
3、通过微波的单缝衍射和迈克尔逊干涉实验理解波动理论。
实验原理
微波简介
微波是一种特定波段的的电磁波,其波长在1mm~1m之间,频率为3´108 ~ 3´1011Hz,它波长短,频率高,穿透性强的特点,并且具有似光性-直线传播,反射和折射。产生微波需要采用微波谐振腔和微波电子管或微波晶体管。
布拉格衍射原理
在电磁波的照射下,晶体中每个格点上的原子或离子,其内部电子在外来电场的作用下做受迫振动,成为一个新的波源,向各方向发射电磁波,这些电磁波彼此相干,将在空间发生干涉。干涉分为点间干涉和面间干涉
从间距为d的相邻两个晶面反射的两束波的波程差为2d,θ为入射波与镜面的夹角,由图知,当满足公式
时,形成干涉极大上面的式子称为布拉格条件布拉格公式的完整表述为:波长为λ的平面入射波入射到间距为d的晶面族上,掠射角为θ,当满足条件时形成衍射极大,衍射线在所考虑的晶面反射方向上。
单缝衍射
微波的夫琅禾费衍射的强度分布可由公式
I=
计算,其中为狭缝宽度,λ为微波波长。
微波的迈克尔逊干涉实验
如图
在微波前进方向上反之一个与传播方向成45度的半透射半反射的分束板和A(固定反射板),B(移动反射板)两块反射板,分束板将入射波分成两列分别沿A,B传播,两列波经分束板和并发生干涉,喇叭可给出干涉信号的强度指示。若A固定,B可动,则B在移动中从一次极小变成另一次极小时B移动过的距离为
λ∕2。
实验步骤
验证布拉格衍射公式
估算理论值,已知晶格常数a和微波波长λ,算出(100)和(110)面的衍射极大时的入射角β。
调整仪器,使微波分光仪发射喇叭和接收喇叭对正(转动接收喇叭微安表示数最大),梳理立方体模型,使形成方形点阵。
测量峰值入射角,安放模型,使所选取的晶面的法线与载物盘  0度重合,此时发射臂方向指针读书为入射角,当接收臂转至指向0度线另一侧的相同刻度时,反射角等于入射角,改变入射角,找到反射角等于入射角而且电流最大处的入射角β。对其取平均值,计算出微波波长(晶格常数a=).
2﹑单缝衍射实验
调整单缝宽度为70mm,使狭缝所在平面与入射方向垂直,单缝衍射装置的另一侧贴有微波吸波材料,使接受臂指向载物台的0刻度线,打开电源调节衰减器使接受电表的指示略小于满度,记录衰减器和电表的读数,每隔2度记下一次接收信号的大小。
3﹑迈克尔逊干涉
安装并调节好迈克尔逊干涉仪,转动丝杠使B板的位置从一端移动到另一端,观察电表接收信号一次记录干涉极大和干涉极小时板的位置x。
实验仪器
微波分光仪
数据处理
(一)、1、验证布拉格衍射公式
实验原始数据:
100面:
K=1
70°
68°
68°
76°
平均:68°
K=2
38°
36°
34°
34°
平均:°
110面:
K=1
58°
58°