微波实验和布喇格衍射.ppt

微波实验和布喇格衍射
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实验及应用背景介绍
微波是一种特定波段的电磁波，有自己的特点。
1913年，英国物理学家布拉格父子研究X射线与材料相互作用时，得到了著名的布拉格公式。
本实验用一束波长约为3cm的微波代替X射线，观察它照射到人工制作的简立方晶体模型时的衍射现象，用来模拟X光在真实晶体上的布拉格衍射，并验证布拉格公式。
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实验目的和教学要求
，学习微波器件的使用；
，利用微波在模拟晶体上的衍射验证布喇格公式并测定微波波长；
，加深对波动理论的理解。
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微波实验和布喇格衍射
微波是一种特定波段的电磁波，其波长范围大约为1mm～1m（对应的频率范围在300GHz～300MHz左右）。
微波也存在反射、折射、干涉、衍射和偏振等现象。
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电磁波波长
通常电磁波按照波长的长短分成各个波段：超长波、长波、中波、短波、超短波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ 射线等。
微波波段介于超短波和红外线之间，波长范围大约为1mm～1m（即频率为300GHz～300MHz），它还可以进一步细分为“分米波”（波长1～10dm）、“厘米波”（波长1～10cm）和“毫米波”（波长1～10mm）。波长在1mm以下至红外线之间的电磁波称为“亚毫米波”或“超微波”。
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微波的应用
微波的波长比普通电磁波短得多，因此微波具有似光性——直线传播、反射和折射等，利用这一特点可制成方向性极强的天线、雷达等；
微波能畅通无阻地穿过高空电离层，为宇宙通讯、导航、定位以及射电天文学的研究与发展提供了广泛的前景。
总之，微波技术在电视、通讯、雷达、乃至医学、能源等领域都有广泛的应用。
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X射线与晶体结构—微波模拟
X射线是波长处于紫外线与γ 射线之间的电磁波，其波长范围大约为10-15～10-7m。而晶体的晶格常数～10-10m，它正好落在X射线的波长范围内，因此常用晶体对X光的衍射来研究晶体的结构。
1913年，英国物理学家布喇格父子在研究X射线在晶面上的反射时，得到了著名的布喇格公式，从而奠定了X射线结构分析的基础。
但是X光衍射仪价格昂贵，晶格结构的尺度如此微小，眼睛看不见。考虑到微波的波长比X光长得多，本实验用一束波长≈3cm的微波代替X射线，观察它照射到人工制作的晶体模型时的衍射现象，用来模拟X光在真实晶体上的布喇格衍射，并验证布喇格公式。
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晶体结构—晶格、晶格常数
图6-26 晶体的晶格结构 图6-27 晶面
对立方晶系而言，晶面指数为（n1 n2 n3）的晶面族其相邻两个晶面的间距为：
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布喇格衍射
图6-28 晶格的点间干涉 图6-29 面间干涉
2dsinθ =kλ k=1,2,3…
2dcosβ =kλ k=1,2,3…
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单缝衍射
u= (πa sinθ )/λ ±1级强度为0时，λ=asinθ
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