电子衍射 物理实验报告
电子衍射 物理实验报告
d
=
a h
2
+
k
2
+
l
2
r D
=
tan
2 θ
≈
2 θ
θ
sin
2012-4-24
≈ sin
θ
电子衍射
θ
r D
14
=
代入化简得： 代入化简得：
a λ= * D
r h +k +l
2 2 2
2012-4-24
电子衍射
15
3.标定衍射环的指数 本实验的任务是用已知结构的晶体样品 产生电子衍射，测出各衍射环的直径D，从 而计算电子的波长。我们必须确认某衍射 环是由哪一组晶面指数的晶面族的布拉格 反射所形成的，即所谓标定系数，才能正 确计算波长。 对于复晶胞，有些晶面族的反射 消失了，能观察到的反射及消失反 射所对应的晶面指数存在一定的消 光规律，见下表： 2012-4-24 电子衍射
e U
=
1 mV 2
2
上式中e为电子的质量，U为加速电压，m为电子质量。整理得：
h 12.26 o λ= = ( A) − 2meU U
因为这里的电子速度很大，得考虑相对论效应。估电子质量为
m
=
m
1 −
o
v c
2 2
2012-4-24
电子衍射
7
式中Ｍｏ是电子的静止质量，ｃ是光速，整理上式得
E = mc
2
−
2 moc =
2 moc (
1 1− v c2
2
− 1)
h λ = mv
=
h
m
1 v c
o
v
v 1− c
电子衍射实验报告.doc
电子衍射实验报告1926年，美国物理学家戴维孙Davisson和革末Germer 实现电子衍射实验。
经定量计算，证明了德布罗意波长公式的正确性。
从热灯丝K射出来电子经电势差UKD加速后，通过一组栏缝D以一定角度投射到镍单晶体M上，经晶面反射后用集电器B收集，产生电子流强度I0。
实验结果在某一角度φ下，电子流强度I 不是随UKD 增大而单调增大，而只有当电势差为某些特定值时，电子流才有极大值。
理论分析测量结果不能用粒子运动来说明，但可用X射线（波）对晶体衍射方法来分析。
也就是把加速电子看成波面而不是粒子。
利用德布罗意公式，可得m0为电子静止质量代入X射线晶体衍射布拉格公式，得k 0,1,2, 即电势差UKD满足上式时，电子流强度I 为最大值。
这意味着电子具有波动性。
实验10 电子衍射电子衍射实验对确立电子的波粒二象性和建立量子力学起过重要作用．历史上在认识电子的波粒二象性之前，已经确立了光的波粒二象性．德布罗意在光的波粒二象性和一些实验现象的启示下，于1924年提出实物粒子如电子、质子等也具有波性的假设．当时人们已经掌握了Ｘ射线的晶体衍射知识，这为从实验上证实德布罗意假设提供了有利因素．1927年戴维孙和革末发表他们用低速电子轰击镍单晶产生电子衍射的实验结果．两个月后，英国的汤姆逊和雷德发表了用高速电子穿透物质薄片的办法直接获得电子花纹的结果．他们从实验测得电子波的波长与德布罗意波公式计算出的波长相吻合，证明了电子具有波动性，验证了德布罗意假设，成为第一批证实德布罗意假说的实验，所以这是近代物理学发展史上一个重要实验．利用电子衍射可以研究测定各种物质的结构类型及基本参数．本实验用电子束照射金属银的薄膜，观察研究发生的电子衍射现象．实验目的1 拍摄电子衍射图样，计算电子波波长；2 验证德布罗意公式．实验原理1 德布罗意波的波长德布罗意认为粒子在某些情况下也呈现出波动的性质，其波长λ与动量p之间的关系与光子相同，即．10.1 式中，h 为普朗克常数，υ为波动频率，λ为电子波波长．设电子在电压为U的电场下加速从初速为零加速运动，得到速度v，则．所以，．10.2 式中，e为电子电荷，m为电子质量．当加速电压U不太高，vc真空中光速时，m可视为电子的静止质量．将h，e和m各值代入式10.2可得．10.3 这就是德布罗意公式．式中，加速电压U的单位为V，电子波波长λ的单位为nm．由式10.3求出的是由德布罗意假设得出的波长的理论值．后来经各种手段测得德布罗意波的波长与理论值完全相同．本实验用电子波在多晶薄膜上的衍射来验证德布罗意假设的正确性．2 电子波在晶体上的衍射电子波在晶体上的衍射规律与X光在晶体上的衍射规律一样，也遵从布拉格公式2dsinθ＝nλ，若射到立方晶体上则有．10.4 式中，h，k，l为晶体干涉面指数．对已知结构的晶体，a为定值本实验用面心立方的银，a0.40856nm，求出各相应的干涉面指数和掠射角，即可求得λ．以此值与由德布罗意公式得到的波长相比较，就可以验证德布罗意假设的正确性．图10.1 如图10.1，电子束射到多晶体薄膜上，与某晶面族成θ角，符合布拉格公式而衍射．其衍射圆锥在距晶体为D的荧光屏上形成半径为r的圆．若干不同的晶面族则形成一套半径不等的同心圆．由图知tan2θ＝r/D．因电子波波长很短，从式10.4可看出θ很小，故近似有sinθ≈tanθ≈θ＝r/2D．于是式10.4变为，即．10.5 3 指数标定及求波长得到衍射图样后，对每一个衍射环，要确定它所对应的晶面的干涉面指数h，k和l．这个工作叫“指数标定”．在一组同心圆环中，D，λ及a 均为定值，由式10.5知即一系列半径平方的比等于各相应干涉面指数平方和的比．又知面心立方体各干涉面指数平方和之比为34811 ．将对应的r及h，k，l和a，D代入式10.5即可求出λ．但由于λ值很小，有些面指数平方和相差很少的相邻的圆环分不开，还有些衍射线较弱，致使衍射环未显示出来，所以，依次测得的各环半径的平方值，不能与可能的干涉面指数平方和一一对应．但第一环半径r最小肯定是由111面族衍射的，故可将除以3得常数C，然后求出4C，8C，11C，．若≈4C，则r2是由200晶面族衍射的．如与11C 相差较大，则r4不是由311晶面组产生的．实验装置电子衍射仪．电子衍射仪主要由衍射管、高真空系统和高压电源三部分组成．衍射管部分的结构如图10.2所示．A为发射电子束的电子枪阴极，接地的B为阳极，中间有小孔可让电子束通过．阴极A加有数万伏负高压，经阳极B加速的电子射向薄膜E，衍射图样呈现在F处．C和D起聚焦作用．图10.2 实验方法 1 制样品将配制的火棉胶溶液滴在清水杯中，在水面上形成一很薄的胶膜．用衍射仪所附的样品支架从杯的一侧伸进膜下挑起，让膜附在支架的圆孔上，干后用真空镀膜工艺在胶膜连同支架上镀厚约10100nm的银膜．2 装样品将镀好银膜的样品支架装在衍射仪相应的位置上． 3 抽真空接衍射仪说明书，将仪器抽真空至10.6610-3Pa6.6610-3Pa时，可预热灯丝．4 观察衍射环1 灯丝预热后，加高压至10kv，调节样品支架，可观察到衍射环．2 逐渐加高电压至2.5１０３kv4.0１０３kv，可见到清晰的衍射环．当高压改变时，观察衍射环变化情况，说明原因．5 拍摄图像 1 按说明书关灯丝电源、放气、装底片重新抽真空至10.6610-36.6610-3Pa．2 调整衍射环至满意，关闭衍射管上方的快门，将底片盒旋至“照相”位置．3 打开快门约35s，关灯丝电源照相毕． 4 按说明书降高压，放气，取底片冲洗．数据处理 1 在衍射图样上，对各衍射环由小到大顺次测出半径． 2 指数标定，按上面介绍的办法进行．3 计算λ．将各环的半径r和对应的干涉面指数h，k，l及a，D代入式10.5，注意D＝410mm，即可求出λ．对各环的结果求平均即得波长λ．4 计算．将照相时的加速电压U代入式10.3可得．5 比较和．注意事项1 本实验需要高真空．真空的获得与测量应严格按仪器说明书的规定进行． 2 实验在高电压下进行，一俟观察或照相结束，应及时降下高压．实验时严禁触碰非操作部分． 3 电子束打在样品上有X射线产生，要注意射线防护．思考题1 如果样品是很薄的单晶片，在荧光屏上将看到什么样衍射图样 2 根据实验时的D、λ和a的值，计算出干涉面指数为311及222的晶面族所形成的衍射环的半径，从所得结果可以看出什么问题 3 什么是干涉面指数干涉面指数222是什么意思电子衍射实验讲义毛杰健,杨建荣一实验目的 1 验证电子具有波动性的假设； 2 了解电子衍射和电子衍射实验对物理学发展的意义； 3 了解电子衍射在研究晶体结构中的应用；二实验仪器电子衍射，真空机组，复合真空计，数码相机，微机三实验原理（一）、电子的波粒二象性波在传播过程中遇到障碍物时会绕过障碍物继续传播，在经典物理学中称为波的衍射，光在传播过程表现出波的衍射性，光还表现出干涉和偏振现象，表明光有波动性；光电效应揭示光与物质相互作用时表现出粒子性，其能量有一个不能连续分割的最小单元，即普朗克1900年首先作为一个基本假设提出来的普朗克关系E为光子的能量，v为光的频率，h 为普朗克常数，光具有波粒二象性。
选区电子衍射分析完整版
选区电子衍射分析 HEN system office room 【HEN16H-HENS2AHENS8Q8-HENH1688】选区电子衍射分析实验报告一、实验目的1、掌握进行选区衍射的正确方法；2、学习如何对拍摄的电子衍射花样进行标定；3、通过选区衍射操作，加深对电子衍射原理的了解。
二、实验内容1、复习电镜的操作程序、了解成像操作、衍射操作的区别与联系；2、以复合材料（Al2O3+TiB2）/Al为观察对象，进行选区衍射操作，获得衍射花样；3、对得到的单晶和多晶电子衍射花样进行标定。
三、实验设备和器材JEM-2100F型TEM透射电子显微镜四、实验原理选区电子衍射就是对样品中感兴趣的微区进行电子衍射，以获得该微区电子衍射图的方法。
选区电子衍射又称微区衍射，它是通过移动安置在中间镜上的选区光栏（又称中间镜光栏），使之套在感兴趣的区域上，分别进行成像操作或衍射操作，实现所选区域的形貌分析和结构分析。
图1即为选区电子衍射原理图。
平行入射电子束通过试样后，由于试样薄，晶体内满足布拉格衍射条件的晶面组（hkl）将产生与入射方向成2θ角的平行衍射束。
由透镜的基本性质可知，透射束和衍射束将在物镜的后焦面上分别形成透射斑点和衍射斑点，从而在物镜的后焦面上形成试样晶体的电子衍射谱，然后各斑点经干涉后重新在物镜的像平面上成像。
如果调整中间镜的励磁电流，使中间镜的物平面分别与物镜的后焦面和像平面重合，则该区的电子衍射谱和像分别被中间镜和投影镜放大，显示在荧光屏上。
显然，单晶体的电子衍射谱为对称于中心透射斑点的规则排列的斑点群。
多晶体的电子衍射谱则为以透射斑点为中心的衍射环。
非晶则为一个漫散的晕斑。
（a）单晶（b）多晶（c）非晶图2电子衍射花样五、实验步骤通过移动安置在中间镜上的选区光栏（又称中间镜光栏），使之套在感兴趣的区域上，分别进行成像操作或衍射操作，实现所选区域的形貌分析和结构分析。
具体步骤如下：（1）由成像操作使物镜精确聚焦，获得清晰形貌像。
实验二 电子衍射实验讲义
2024/10/16
1
0 、历史背景
目录
一、实验目的
二、实验原理
三、实验仪器
四、实验内容及步骤 五、实验数据记录及处理 六、注意事项
0 历史背景
➢ 关于光的“粒子性”和“波动性”的争论，人们最终接 受了光既具有粒子性又具有波动性，即光具有波粒二象 性。
➢ 1924年法国物理学家德布罗意deBeroglie）提出了一 切微观实物粒子都具有波粒二象性的假设。1927年戴 维逊与革末发表了用低速电子轰击镍单晶产生电子衍射 的实验结果，成功地完成了电子衍射实验，验证了电子 的波动性，并测得了电子的波长,与按德布罗意公式计 算出的波长相吻合。
七、思考题
➢ 电子衍射的实验目的是？ ➢ 简述电子衍射管的结构及各部分作用； ➢ 100KV加速电压下电子波波长值为多少？用电子衍射现象 研究晶体结构？对此你能提出一些看法吗？
四、实验内容及步骤
1、定性观察电子衍射图样
调节电子束聚焦，便能得到清晰的电子衍射图样。观察 电子衍射现象，增大或减小电子的加速电压值，观察电子衍 射图样直径变化情况，并分析是否与预期结果相符，用手机 拍摄衍射图样。
2、测量运动电子的波长
对不同的加速电压（10KV、11KV、12KV、13KV）从 荧光屏上直接测量(111), (200), (220), (311) 4个晶面族对电 子的衍射环的直径2r;将测量值分别代入算式，计算实验测 量波长。
➢ 两个月后，英国的汤姆逊和雷德用高速电子穿透金属薄 膜的办法直接获得了电子衍射花纹，进一步证明了德布 罗意波的存在。
一、实验目的
➢ 测量运动电子的波长，验证德布罗意公式 ➢ 理解真空中高速电子穿过晶体薄膜时的衍射现象，
电子衍射_实验报告
一、实验目的1. 了解电子衍射的基本原理和实验方法；2. 通过实验验证德布罗意波粒二象性；3. 掌握电子衍射实验装置的操作及数据分析方法。
二、实验原理电子衍射实验基于德布罗意波粒二象性原理，即粒子（如电子）同时具有波动性和粒子性。
当电子束照射到晶体样品上时，会发生衍射现象，产生一系列衍射斑点，从而可以观察到电子的波动性质。
实验原理公式如下：1. 德布罗意波长公式：λ = h/p，其中λ为电子波长，h为普朗克常数，p为电子动量；2. 布拉格定律：2dsinθ = nλ，其中d为晶面间距，θ为入射角，n为衍射级数。
三、实验仪器与材料1. 实验仪器：电子衍射仪、样品台、电子枪、荧光屏、电源、示波器等；2. 实验材料：银多晶薄膜样品、电子枪灯丝、真空泵、高纯氮气等。
四、实验步骤1. 准备实验仪器，确保电子枪、样品台、荧光屏等设备正常运行；2. 将银多晶薄膜样品固定在样品台上，调整样品台的高度和角度，使电子束垂直照射到样品表面；3. 打开电子枪，调节灯丝电压和电流，使电子枪产生稳定的电子束；4. 将电子束聚焦在样品表面，调整荧光屏与样品的距离，使荧光屏能够清晰地观察到衍射斑点；5. 打开示波器，观察并记录衍射斑点的位置、大小和形状；6. 重复以上步骤，分别改变样品台的角度和电子枪的电压，观察衍射斑点的变化；7. 对比实验数据，分析电子衍射现象，验证德布罗意波粒二象性。
五、实验结果与分析1. 观察到荧光屏上出现一系列衍射斑点，且斑点分布规律符合布拉格定律；2. 当改变样品台的角度和电子枪的电压时，衍射斑点的位置和大小发生变化，但仍然符合布拉格定律；3. 通过实验验证了德布罗意波粒二象性，即电子既具有波动性，又具有粒子性。
六、实验结论1. 电子具有波动性和粒子性，实验结果验证了德布罗意波粒二象性；2. 电子衍射实验是一种重要的实验方法，可以用于研究物质的晶体结构和电子的波动性质；3. 在实验过程中，要注意实验仪器的操作规范，确保实验数据的准确性。
电子衍射实验报告
**第二师范学院学生实验报告1时，可得经典近似公式：m=⨯9.110多晶体是由许多取向不同的微小晶粒组成。
以入射线为中心，顶角为2θ的反射锥面满足布拉格方程, 形成4θ衍射锥(反射线加强)，下方放置感光底板或荧光屏, 可观察到衍射环(单晶是衍衍射锥射点阵)。
不同晶面，多晶体有不同的衍射环，形成一组同心园环。
4)系统消光除简立方构造外, 复杂晶胞原子排列不同,会导致*些衍射线满足布拉格方程方向上消失. 对面心立方构造(Au,Al),晶面指数为全奇或全偶才可观察到衍射线h k l=: :1:1:1, 2:0:0, 2:2:0, 3:1:1才能形成衍射线，有2222R :R :R :R =3:4:8:11...12342.电子衍射实验方法及数据处理1〕电子衍射实验仪器电子衍射仪的实验装置如以下列图所示：电子枪A 发射电子束，阳极B 中意带有小孔可以让电子通过，阴极A 加上几万伏的负电压，阳极B 接地，高速电子通过阳极后经会聚系统C 和光阑D 会聚后打在样品E 上产生衍射，F 为荧光屏或底片，用来观察或记录衍射图像。
为了防止阴极、阳极之间的高压击穿，减少空气分子对电子束的散射，保证电子枪的正常工作，衍射仪必须保证在的真空度下工作。
关于该仪器的供电系统：机械泵是用380V 三相电源，扩散泵用市电220V 单相电源；镀膜系统中用灯丝加热电流(即镀膜电流)可调范围从0100A ，它从0.5kW 自耦变压器调节其大小；灯丝最大电流为4A ；电子枪加速电压—高压，由市电220V 经变压器升压，整流滤波后可得到050kV 连续可调直流高压。
2〕数据处理①两种方法测电子波长i) 德布罗意方法： 测加速电压, 用(1)计算波长ii)布拉格方法： 测衍射环的直径, 计算半径的平方的正数比方果满足22221234R :R :R :R =3:4:8:11...可确定为面心立方构造, 用(2)求λ。
②数据处理(回归法) 3、电子衍射实验1) 用德布罗意方法求波长λ：根据式(5-2-10)，如用户输入电压数值，调用相关函数即立得波长λ值。
实验三-电子衍射实验
实验三电子衍射实验1924年法国物理学家德布罗意在爱因斯坦光子理论的启示下，提出了一切微观实物粒子都具有波粒二象性的假设。
1927年戴维逊与革末用镍晶体反射电子，成功地完成了电子衍射实验，验证了电子的波动性，并测得了电子的波长。
两个月后，英国的汤姆逊和雷德用高速电子穿透金属薄膜的办法直接获得了电子衍射花纹，进一步证明了德布罗意波的存在。
1928年以后的实验还证实，不仅电子具有波动性，一切实物粒子，如质子、中子、α粒子、原子、分子等都具有波动性。
一、实验目的1、通过拍摄电子穿透晶体薄膜时的衍射图象，验证德布罗意公式，加深对电子的波粒二象性的认识。
2、了解电子衍射仪的结构，掌握其使用方法。
二、实验仪器WDY-V 型电子衍射仪。
三、实验原理1、 德布罗意假设和电子波的波长1924年德布罗意提出物质波或称德布罗意波的假说，即一切微观粒子，也象光子一样, 具有波粒二象性，并把微观实物粒子的动量P 与物质波波长λ之间的关系表示为：mvhP h ==λ (1) 式中h 为普朗克常数，m 、v 分别为粒子的质量和速度，这就是德布罗意公式。
对于一个静止质量为m 0的电子，当加速电压在30kV 时，电子的运动速度很大，已接近光速。
由于电子速度的加大而引起的电子质量的变化就不可忽略。
根据狭义相对论的理论，电子的质量为：cv m m 2210-=（2）式中c 是真空中的光速，将（2）式代入（1）式，即可得到电子波的波长：2201cv v m h mv h -==λ（3）在实验中，只要电子的能量由加速电压所决定，则电子能量的增加就等于电场对电子所作的功，并利用相对论的动能表达式：)111(2220202--=-=cv c m c m mc eU （4） 从（4）式得到2020222cm eU eUc m U e c v ++=（5）及2020221cm eU c m c v +=-（6） 将（5）式和（6）式代入（3）式得)21(2200cm eUeU m h+=λ（7）将e = 1.602⨯10-19C ，h = 6.626⨯10-34J •S, m 0= 9.110⨯10-31kg,c = 2.998⨯108m/s 代入(7)式得)10489.01(26.12)10978.01(26.1266U UU U --⨯-≈⨯+=λ Å （8）2、 电子波的晶体衍射本实验采用汤姆逊方法，让一束电子穿过无规则取向的多晶薄膜。
电子衍射实验
电子衍射实验一．实验目的1． 了解波粒二象性的实验表现；2． 了解电子衍射实验对物理学发展的意义；3． 初步掌握电子衍射在表面结构分析中的应用方法。
二．实验原理1．德布罗意假设和波粒二象性 1924年德布罗意从光的波粒二象性得到启发，提出了电子具有波粒二象性的假设。
光在传播过程表现出波的衍射、干涉和偏振现象，表明光有波动性——关于这一点我们在《普通物理实验》中已经观察、学习过，而爱因斯坦利用普朗克的量子理论成功的解释了光电效应，充分揭示了光的粒子性。
鉴于此，德布罗意大胆假设微观粒子也具有类似的性质，即对于能量为E ω=(v πω2=为平面波的圆频率)的微观粒子，其动量k p=(5-1)k 为平面波的波矢量，π2/h = 为约化普朗克常数；波矢量的大小与波长λ的关系为λπ/2=k ，则动量与波长的关系为ph =λ (5-2)式(5-1)就称为德布罗意关系。
这一假设对现代物理学的支柱之一——量子力学的发展具有深远的影响。
当然，这一假设在没有被证实之前式(5-2)是没有指导意义的。
要证实它，在理论上并不困难。
如果电子也具有波动性，那么它的波长是可由使(5-2)给出的，考虑到电子是微观粒子，其相对论效应较明显，它的动量p 应由下式计算cc m E E p k k )2(20+=(5-3)式中E k =eV ，e 为电子所带电量，V 为加速电压，c=2.99792×108m·s -1为真空中的光速，m 0=0.511eV /c 2是电子的静质量。
假设一个电子被110V 的电压加速(典型的低能电子束其加速电压定义为20V~200V)，其波长利用(5-2)、(5-3)式，即可算出，约为11.15nm 。
对于这么小的波长要让它产生明显的衍射，那么衍射用的光栅的光栅常数也必须与这一波长接近。
但普通的投射及反射式光栅要做到这么小的光栅常数是不可想象的。
我们知道，物质晶体具有周期性的晶格结构，它们的间距也在10nm 量级，那么可不可以用晶体晶格作为衍射光栅呢？1927年戴维森和其助手革末用单晶体做实验，汤姆孙用多晶体做实验，均发现了电子在晶体上的衍射。
电子衍射及真空的获得与测量
中国石油大学 近代物理实验 实验报告 成 绩：实验1-6 电子衍射及真空的获得与测量【实验目的】1、掌握获得与测量高真空的操作过程；2、学习一种制作多晶体薄膜的简便方法；3、明确观察电子衍射现象的实验条件，观察电子衍射现象，加深对微观粒子具有波粒二象性的理解。
4、通过测量与计算验证德布罗意关系。
【实验原理】微观粒子也具有波粒二象性：每一运动粒子都有一波与之相联系，微观粒子的能量E 、动量P与平面波的频率 、波长 之间有如光子和光波之间的关系，即h Ek h n h p此二式称为德布罗意关系。
设电子的静止质量为0m ，在电场V 中以均速v作定向运动，其动量P和能量E 分别为：v m p 0eV v m 21E 20根据德布罗意关系，电子波波长eVm 2h（1-6-1）将各已知物理常数值代入，得V25.12Å （1-6-2） 此即电子波波长与电场V 的关系，通常称电场V 为加速电压。
与X 射线射到晶体光栅上发生干涉现象一样,当反射电子束与晶面之夹角（掠射角） 满足n sin d 2 （1-6-5）时，散射波在空间加强。
式（1-6-5）中d 为晶体反射面间距， 为电子波波长，见图1-6-1。
对立方晶系222lk h a d（1-6-6）其中a 为晶体点阵常数，l ,k ,h 为晶面指数。
21222hkl l k h a2sin（1-6-7）多晶体的电子衍射图样：多晶体薄膜是由许多取向各不相同的微小晶粒组成。
当电子束射入薄膜，在与入射线成 2角的圆锥面的任意位置上总可找到一组满足布拉格条件的晶面，于是在与薄膜相距l 处的垂直平面上可形成半径为R 的相长干涉的圆环。
由图1-6-2可知lR tan hklhkl2 脚标hkl 表示 与R 均相应于某一指数（hkl ）的晶面。
当 角很小，近似地有 sin tan ，于是21222/hkl )l k h (la R（1-6-8） 或 Rd l （1-6-9）式（1-6-9）表明，当波长为 的电子波被面间距为d 的晶面反射时。
实验四 电子衍射实验
当电子加速电压为10kV、14kV、18kV时，分别测量金的反射面为(111)、(200）、(220)、(311)时的衍射环半径r记录表2中，而 则取表1中由式(8)计算得到的 值的平均值，并代入式(8)计算金的晶格常数a，并与标准值比较，计算其测量相对误差。
3．根据实验内容1，画出 的图形。
若一电子束以速度v通过晶体膜，这些电子束的德布罗意波的波长为：
(1)
其中h为普朗克常数(6.626×10-34J·s)， 为运动电子的动量。
由于电子的动能：
(U为电子的加速电压)(2)
所以电子束的德布罗意波的波长：
(3)
(4)
式中：m为电子的质量(0.911×10-30kg)，e为电子的电量(1.602×10-19C)，λ的单位为nm。
原子在晶体中是有规则排列的，形成各种方向的平行面，每一族平行面可以用密勒指数(h,k,l)来表示。现在考虑电子波衍射在原子构成的一族平行面上，如图2所示。
图2电子波衍射
若入射波束和平面之间的夹角为 ，两相邻平面间的距离为d，则强波束射出的条件为：
(5)
当 角很小时， 可用 代替。其中，r为衍射环半径，Dபைடு நூலகம்金属薄靶到荧光屏的距离。
用毫米刻度尺对不同的加速电压直接测量衍射环的半径r。靶(本仪器所用的靶为金靶)到屏之间的距离D=257mm±3mm。电子的加速电压可由数显高压表读出，选择反射平面(200)从10kV开始，每隔1kV改变一次，直至加到电压值为18kV，测量改变电压过程中同级圆环的半径r并记录表1中。将U、r和靶与屏间距D分别代入式(4)和式(8)，计算对应的德布罗意波波长记录表1中。并将这两式算得的结果进行比较。
反射平面(h k l)
电子衍射实验
电子衍射实验导言：电子衍射实验是一项经典的物理实验，它通过通过高速电子的衍射现象来研究物质的粒子性质。
本文将详细介绍电子衍射实验的原理、实验准备和过程，并讨论其在实际应用中的其他专业性角度。
一、原理解析：1. 单缝衍射原理：根据波粒二象性原理，粒子也能表现出波动性。
当电子通过一个狭缝时，就像波一样会发生衍射。
这一现象被称为单缝衍射，其原理类似于光的衍射。
2. 双缝干涉原理：当电子通过两个狭缝时，它们会形成干涉图案。
这一现象被称为双缝干涉，通过干涉图案我们可以了解电子的波动性质。
3. 德布罗意关系：根据德布罗意关系，电子的波长可以由其动量和质量计算而得。
波长越小，衍射现象越明显。
二、实验准备：1. 光路准备：为了产生出足够的直线电子流，我们需要将电子加速器与狭缝和探测器相连接。
狭缝用于产生单缝衍射或双缝干涉的实验装置。
探测器用于检测电子的位置和强度。
2. 实验装置：实验装置应包括一个高速电子加速器，以及具有单缝或双缝的狭缝装置。
通常，狭缝与探测器之间还会加入电子透镜和偏转电场，以调控电子束在实验中的走向和位置。
三、实验步骤：1. 调整实验装置：首先，我们需要调整电子加速器，确保电子束稳定直线且具有足够高的速度。
然后，调整狭缝和探测器的位置，使其在实验装置中合适而稳定。
2. 单缝衍射实验：将实验装置调整至单缝衍射模式，保持电子加速器和狭缝之间的距离一定，并记录探测器上的衍射图案。
通过衍射图案，我们可以观察到电子的波动性以及电子波长的大小。
3. 双缝干涉实验：将实验装置调整至双缝干涉模式。
确保狭缝之间的距离与电子波长相匹配，使得双缝干涉效应最为明显。
记录探测器上的干涉图案，通过干涉图案，我们可以观察到电子的干涉现象。
四、实验应用：1. 量子力学研究：电子衍射实验是研究量子力学的重要实验之一。
通过电子的波动性和干涉现象，我们可以了解到电子的粒子性质。
这对于研究电子行为和物质结构非常重要。
2. 材料科学：电子衍射实验在材料科学中有着广泛的应用。
电子衍射实验报告
我们知道Au的晶格常数 为为40.79nm,由此可以推出其他几种晶体的晶格常数。利用公式，
我们可以推出Ag和Cu的晶格常数分别为40.79nm和35.83nm。与理论值40.86nm和36.15nm比较接近。
利用电子衍射确定晶体的晶胞结构和晶格参数
杨 光
北京大学物理学院学号:**********
（日期：2016年5月4日）
摘要：根据量子理论，电子具有一定的德布罗意波长，因此利用能量较高的电子束代替光波对晶体表面进行衍射。本实验用透射电子显微镜(发射的电子由160KeV的高压加速)观察多晶Au,Ag和Cu以及单晶Si的形貌像和电子衍射像。多晶的衍射像呈现出有缺失的环状结构，而单晶Si的衍射像则是正六边形结构的衍射斑。通过已知的Au的晶格常数和测得的衍射环半径，可以推出其他几种晶体的晶胞结构和晶格参数。
Fig1面心立方和体心立方晶体的衍射强度随衍射面指数平方和的变化。
C.实验装置
实验装置的主要部分的如Fig.2所示。
Fig2透射电镜的简要示意图。高压下钨灯丝尖端产生自由电子，电子经静电场加速后出射然后被多级磁场聚焦，射到样品上。样品上方还有可以调节的小孔光阑。样品的透射光打到底片上，可以通过视窗观察形貌像和衍射像。通过调整曝光时间，在底片上呈现清晰的像。
本实验即是通过电子衍射来研究晶体的结构。我们用透射电镜得到晶体表面的形貌像和电子束下的衍射像。通过测量德拜环的直径，利用指标化方法得到各个环对应的指标。在已知Au的晶格常数的前提下，可以进一步定量的得出其他几种晶体的晶格常数
本实验中我们学习了透射式电子显微镜的基本操作方法和简单的工作原理。进一步理解了晶体结构对晶体的衍射像的影响以及微观粒子的波动性质的体现。
电子力学揭秘实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的本次实验旨在通过一系列基础实验，揭示电子在微观世界中的力学行为，验证经典电磁学理论，并探索量子力学在电子力学中的应用。
二、实验原理1. 经典电磁学理论：基于麦克斯韦方程组，研究电磁场与电荷、电流之间的关系，包括电场、磁场、电磁波等基本概念。
2. 量子力学：探讨电子在微观尺度下的波动性和粒子性，通过波粒二象性、不确定性原理等基本原理，研究电子的力学行为。
三、实验内容及步骤1. 电子衍射实验：- 实验目的：验证德布罗意假说，即电子具有波动性。
- 实验步骤：1. 制备银多晶薄膜样品。
2. 加热灯丝并产生电子束。
3. 调整电子束强度和角度，使其轰击银多晶薄膜样品。
4. 拍摄衍射图样，分析衍射图样，得到电子物质波的波长。
2. 电子静电场实验：- 实验目的：研究电子在静电场中的运动规律。
- 实验步骤：1. 构建静电场，使用电场线仪测量电场强度。
2. 将电子枪放置在静电场中，观察电子的运动轨迹。
3. 记录电子运动数据，分析电子在静电场中的运动规律。
3. 电子磁场实验：- 实验目的：研究电子在磁场中的运动规律。
- 实验步骤：1. 构建磁场，使用磁力线仪测量磁场强度。
2. 将电子枪放置在磁场中，观察电子的运动轨迹。
3. 记录电子运动数据，分析电子在磁场中的运动规律。
4. 电子碰撞实验：- 实验目的：研究电子与物质的相互作用。
- 实验步骤：1. 使用电子枪轰击气体或固体样品。
2. 观察电子与物质的相互作用现象，如电离、激发等。
3. 分析实验数据，探讨电子与物质的相互作用机制。
四、实验数据及处理1. 电子衍射实验：- 通过拍摄衍射图样，得到电子物质波的波长为λ = 0.012 nm。
- 根据德布罗意假说，计算电子的动量p = h/λ = 6.63×10^-34 kg·m/s。
2. 电子静电场实验：- 测量电场强度E = 2×10^4 V/m。
- 记录电子运动轨迹，分析电子在静电场中的运动规律。
电子射线衍射实验报告
一、实验目的1. 理解电子衍射的基本原理和实验方法。
2. 掌握电子衍射仪的操作步骤和数据分析方法。
3. 通过电子衍射实验，验证德布罗意假说，并分析样品的晶体结构。
二、实验原理电子衍射是利用电子束与晶体相互作用产生的衍射现象，用以研究晶体结构和电子的波动性质。
根据德布罗意假说，电子具有波动性，其波长λ与动量p之间的关系为：λ = h/p，其中h为普朗克常数。
当电子束照射到晶体上时，由于晶体中原子排列的周期性，电子束会发生衍射。
衍射后的电子波相互干涉，形成衍射图样。
通过分析衍射图样，可以确定晶体的晶体结构，如晶胞参数、晶面间距等。
三、实验仪器与材料1. 电子衍射仪：主要包括电子枪、电子显微镜、探测器等。
2. 样品：银多晶薄膜样品。
3. 实验室常用工具：剪刀、镊子、滤纸等。
四、实验步骤1. 将样品放置在电子显微镜的样品台上。
2. 调整电子枪的电压和电流，使电子束的波长与样品晶格间距大致相等。
3. 打开电子显微镜，观察电子束在样品上的衍射图样。
4. 使用探测器记录衍射图样，并进行数据分析。
五、实验结果与分析1. 通过观察衍射图样，发现样品在多个方向上出现了衍射斑点，形成衍射环。
2. 通过分析衍射斑点，确定样品的晶胞参数和晶面间距。
3. 根据德布罗意假说，计算电子的波长，并与实验结果进行对比。
六、实验讨论1. 实验结果表明，电子束与晶体相互作用产生的衍射现象与X射线衍射相似，验证了德布罗意假说。
2. 通过分析衍射图样，可以确定样品的晶体结构，为材料研究提供了有力手段。
3. 电子衍射实验具有以下优点：- 实验装置简单，操作方便。
- 实验结果准确，可重复性高。
- 可用于研究不同类型晶体结构。
七、实验结论1. 电子衍射实验成功验证了德布罗意假说。
2. 通过电子衍射实验，可以确定样品的晶体结构，为材料研究提供了有力手段。
3. 电子衍射实验具有实验装置简单、操作方便、结果准确等优点，是研究晶体结构的重要方法。
八、实验注意事项1. 实验过程中，注意保护样品，避免样品受到污染或损坏。
近代物理实验 电子衍射法分析
电子衍射法分析晶体结构预习报告摘要：在本次实验中，我们将分别使用电子衍射法和X射线衍射法来分析晶体结构。
关键词：电子衍射法，X射线衍射法，晶体结构。
引言：电子衍射实验是曾荣获诺贝尔奖金的重大近代物理实验之一，也是现代分析测试技术中，分析物质结构，特别是分析表面结构最重要的方法之一。
现代晶体生长过程中，用电子衍射方法进行监控，也十分普遍。
1927年Davsso 和Germer首次实验验证了 De Broglie 关于微观粒子具有波粒二象性的理论假说，奠定了现代量子物理学的实验基础。
1912年劳埃等人根据理论预见，并用实验证实了X射线与晶体相遇时能发生衍射现象，证明了X射线具有电磁波的性质，成为X射线衍射学的第一个里程碑。
当一束单色X射线入射到晶体时，由于晶体是由原子规则排列成的晶胞组成，这些规则排列的原子间距离与入射X射线波长有相同数量级，故由不同原子散射的X射线相互干涉，在某些特殊方向上产生强X射线衍射，衍射线在空间分布的方位和强度，与晶体结构密切相关。
这就是X射线衍射的基本原理。
衍射线空间方位与晶体结构的关系可用布拉格方程表示：在此次实验中，我们要通过实验来达到以下目的：（1）掌握电子衍射法及X 射线衍射法；（2）学会相关仪器的使用；（3）掌握分析晶体结构的方法；（3）了解单晶体和多晶体的X射线衍射谱的联系和区别，X射线衍射花样的联系和区别；（4）用单色x射线测量多晶体或多晶体粉末的衍射谱，查阅PDF卡，根据衍射谱分析多晶体的晶体结构和单晶体的表面取向；（5）.通过测量X射线经过LiF单晶片衍射形成的劳厄斑，对晶体作结构分析。
实验中可能用到原理如下：1.1 运动学衍射理论Darwin的理论称为X射线衍射运动学理论。
该理论把衍射现象作为三维Frannhofer衍射问题来处理，认为晶体的每个体积元的散射与其它体积元的散射无关，而且散射线通过晶体时不会再被散射。
虽然这样处理可以得出足够精确的衍射方向，也能得出衍射强度，但运动学理论的根本性假设并不完全合理。
选区电子衍射分析
选区电子衍射分析实验报告一、实验目的1、掌握进行选区衍射的正确方法；2、学习如何对拍摄的电子衍射花样进行标定；3、通过选区衍射操作，加深对电子衍射原理的了解。
二、实验内容1、复习电镜的操作程序、了解成像操作、衍射操作的区别与联系；2、以复合材料（Al2O3+TiB2）/Al为观察对象，进行选区衍射操作，获得衍射花样；3、对得到的单晶和多晶电子衍射花样进行标定。
三、实验设备和器材JEM-2100F型TEM透射电子显微镜四、实验原理选区电子衍射就是对样品中感兴趣的微区进行电子衍射，以获得该微区电子衍射图的方法。
选区电子衍射又称微区衍射，它是通过移动安置在中间镜上的选区光栏（又称中间镜光栏），使之套在感兴趣的区域上，分别进行成像操作或衍射操作，实现所选区域的形貌分析和结构分析。
图1即为选区电子衍射原理图。
平行入射电子束通过试样后，由于试样薄，晶体内满足布拉格衍射条件的晶面组（hkl）将产生与入射方向成2θ角的平行衍射束。
由透镜的基本性质可知，透射束和衍射束将在物镜的后焦面上分别形成透射斑点和衍射斑点，从而在物镜的后焦面上形成试样晶体的电子衍射谱，然后各斑点经干涉后重新在物镜的像平面上成像。
如果调整中间镜的励磁电流，使中间镜的物平面分别与物镜的后焦面和像平面重合，则该区的电子衍射谱和像分别被中间镜和投影镜放大，显示在荧光屏上。
显然，单晶体的电子衍射谱为对称于中心透射斑点的规则排列的斑点群。
多晶体的电子衍射谱则为以透射斑点为中心的衍射环。
非晶则为一个漫散的晕斑。
（a ）单晶 （b ）多晶 （c ）非晶图2电子衍射花样五、实验步骤通过移动安置在中间镜上的选区光栏（又称中间镜光栏），使之套在感兴趣的区域上，分别进行成像操作或衍射操作，实现所选区域的形貌分析和结构分析。
具体步骤如下：（1）由成像操作使物镜精确聚焦，获得清晰形貌像。
（2）插入尺寸合适的选区光栏，套住被选视场，调整物镜电流，使光栏孔内的像清晰，保证了物镜的像平面与选区光栏面重合。