同济物理实验报告.docx

同济物理实验报告　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、工业、材料科学、天文学、生物学等方面的应用十分广泛。X射线和物质相互作用时，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。　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】　①X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：________________。公式中的d是晶体的晶面间距，即相邻晶面之间的距离，θ为掠射角，λ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θ角。X光衍射实验测量采用NaCl单晶和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，NaCl单晶样品放置在样品台上，调节样品到准直器与传感器的距离各为5CM左右。关上玻璃门。启动“X-rayApparatus”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=、管电流、测量时间步长△t=5s、角步长△?=°、控制测量下限角、上限角为12°。　(4)按下COUPLED键，打开SCAN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θ，GM计数器与测角器以2：1转速耦合转动。反射X射线进入GM计数器。　如实验测出的一级最大衍射角不在，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位置,此时应为真正的零点位置。同时按下TARGET、COUPLED和零点调校好后，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。就可测绘出X射线通过LiF单晶的布拉格衍射曲线，根据测出的各级衍射角，计算LiF晶体的晶格常数d，与其理论值d=201Pm)比较百分误差。　②X射线与物质的相互作用：　【原理】　X射线穿过物质时，具有一定的穿透能力，但由于物质的吸收作用，使射线强度要衰减，一束强度为___的X射线垂直入射到吸收介质上，入射的X射线强度将由于和吸收物质的相互作用而衰减。X光的入射强度与穿过物质后的透射强度___之比_______称为透射因数。透射击因数越大，则吸收衰减越小。衰减的程度与物质的厚度成指数关系，如下式：_______________，也可以写___________。引起衰减的原因主要是物质对X射线的吸收和散射，因此线衰减系数μ是由吸收系数τ和散射系数σ构成___________________　对于X射线来说,其线吸收系数τ比散射系数σ大得多,所以一般散射系数σ可略去，近似有：_________________。可理解为主要由于光电效应所引起的入射X光通过单位厚度(cm)介质时吸收衰减率的大小。另外，吸收系数是不连续的，它随入射波长的变化在某些入值处,会出现突变，称为吸限，也叫吸收沿。吸收限的产生是由于入射X光子能量恰使吸收体的原子在某壳层能吸收该能量后产生电离，物质的吸收作用突然增加而形成的。同时应注意，各种物质对同一波长的X射线吸收不同，同一物质对波长不同的X射线吸收也各异。射线的波长愈短时,吸收系数也越小，即X射线对物质的穿透