电子衍射实验ppt优秀课件
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电子衍射实验ppt
一、实 验 目 的
(1) 观察快速电子穿过多晶体薄膜的衍射现象。 (2) 验证德布罗意关系式一联系波长和电压的公式，从而 证明电子具有波粒二象性。 (3) 初步掌握金属多晶体薄膜的制备技术。
二、实验原理
1 德布罗意波
1924年德布罗意提出：运动的实物粒子(如电子、质子等) 都有一种波与之对应，并认为粒子的特征波长与动量(p) 之间的关系应当与光子的相同，联系这种波的关系式是:
sin=tan=
(10)
(7)和(9)可简化和合得到
rD h2k2l2
(11)
a
当2角很小时，用下面的连比关系式:
r12
:
r
2 2
:
r
2 3
= h 1 2k1 2l1 2: h2 2k2 2l2 2 : h3 2k3 2l3 2
(12)
从衍射图象中测量德拜环的半径后，就能方便地完成指标比。
同时汤姆孙(Thomson)也独立地作过实验，让快速电子穿过多晶 体薄膜，并在荧光屏上看到了衍射环，测出衍射环的半径之后， 由布拉格公式算出的波长，都和德布罗意公式预言的一致。
The Nobel Prize in Physics 1937
"for their experimental discovery of the diffraction of electrons by crystals"
h h
(1)
p mv
式中是物质波的波长，h是普朗克常数，p是粒子的动量， m是运动粒子的质量，v是它的速度。(1)式称为德布罗意 波的关系式。
The Nobel Prize in Physics 1929 "for his discovery of the wave nature of electrons"
分析数据
对电子衍射图片进行测量和分析：确定每一个衍射环的 晶面指数(hkl)。假定铝的晶格常数 a = 4.041。 确定相应电压的德布意波长。
参考书目
(1) 褚圣麟，原子物理学，高等教育出版社，78-82页(1979)。 (2) T.B 斯皮瓦克，专门物理实验，Leabharlann Baidu等教育出版社，449-453 页(1960)。
(11)式也可写成
r
a
(13)
D h2 k2 l2
当试样物质的晶格常数(a)已知时，D和 r 可直接测童，在定 出德拜圈的面指数后，可由(13)式计算 的值。把这个数值 和由(5)式计算得的 值相比较，就可令人确信德布罗意关系 式的意义。
实验内容
l. 用真空镀膜方法，制备二片铝质(或铜质)多晶薄膜，薄膜的 厚度约为100 Angstroms。 2. 用制成的多晶薄膜拍摄一张电子衍射的图片。 3.观察电子衍射环半径与加速电压的关系。
2
由此得到初速为零的电子受加速电场作用后的速度为
v 2eV
(3)
m
将(3)式代入(1)式得到电子波长公式为 h 1
(4)
2em V
式中e是电子电量，代入e、m和h的值得出
12.25
o
( A)
(5)
V
V用伏特，实验中测得加速电压的值，由(5)式就可算出波长 。
2 电子衍射谱线的分析 本实验采用汤姆孙方法，在一个特制的阴极射线管里，
加速电子让它穿过某种晶体薄膜后在萤光屏上观察衍射现 象，如图1所示。
Left: The Debye-Scherrer technique. Right: The diffraction pattern of Au.
由于电子束穿过结晶物质时表现得和X射线相似，所以衍 射最强点的位置由布拉格定律所确定:
2dsinn
(6)
式中是波长，d 是晶体的晶面间距， 是入射电子束和晶 面间的夹角。n 是整数，称为衍射级次。
对于立方晶系
sin h2k2l2
(7)
2a
Sin21: Sin22 : Sin23 …=
h 1 2k1 2l1 2: h2 2k2 2l2 2 : h3 2k3 2l3 2
(8)
从实验结果求得Sin1，Sin2，Sin3…的值后，由连比关系式可 进一步确定衍射环的晶面指数，这种分析称为谱线的指标化。
从实验中电子衍射谱线的 位置和试样位置间的几何 关系可得到下面的关系:
tan2 r
(9)
D
式中 r 是德拜圈的半径， D是照相胶片到衍射薄 膜的距。
由30-50kV电势加速的电子相对应的波长很短，角度 也就很小。令
Clinton Joseph Davisson, USA
George Paget Thomson, UK
当一个质量为m的电子从阴极发射后被强电场加速(本实验 用的直流高压电源其值可达50kV) ，电子从电场得到的能量为 eV，全部变为电子的动能。若近似地认为电子的初速为零，则
eV 1 mv2
(2)
Prince Louis-Victor Pierre Raymond de Broglie, France
在1921一1923年间戴维孙(Davisson)和孔斯曼就观察到电子被 多晶体的金属表面散射时，在某几个角度上散射较强，当时未有 合理地解释这种现表，其实这已经显示电子的波动性。戴维孙和 革末继续进行了电子在晶体上散射的实验，到1927年发表了较 准确的测量结果。
一、实 验 目 的
(1) 观察快速电子穿过多晶体薄膜的衍射现象。 (2) 验证德布罗意关系式一联系波长和电压的公式，从而 证明电子具有波粒二象性。 (3) 初步掌握金属多晶体薄膜的制备技术。
二、实验原理
1 德布罗意波
1924年德布罗意提出：运动的实物粒子(如电子、质子等) 都有一种波与之对应，并认为粒子的特征波长与动量(p) 之间的关系应当与光子的相同，联系这种波的关系式是:
sin=tan=
(10)
(7)和(9)可简化和合得到
rD h2k2l2
(11)
a
当2角很小时，用下面的连比关系式:
r12
:
r
2 2
:
r
2 3
= h 1 2k1 2l1 2: h2 2k2 2l2 2 : h3 2k3 2l3 2
(12)
从衍射图象中测量德拜环的半径后，就能方便地完成指标比。
同时汤姆孙(Thomson)也独立地作过实验，让快速电子穿过多晶 体薄膜，并在荧光屏上看到了衍射环，测出衍射环的半径之后， 由布拉格公式算出的波长，都和德布罗意公式预言的一致。
The Nobel Prize in Physics 1937
"for their experimental discovery of the diffraction of electrons by crystals"
h h
(1)
p mv
式中是物质波的波长，h是普朗克常数，p是粒子的动量， m是运动粒子的质量，v是它的速度。(1)式称为德布罗意 波的关系式。
The Nobel Prize in Physics 1929 "for his discovery of the wave nature of electrons"
分析数据
对电子衍射图片进行测量和分析：确定每一个衍射环的 晶面指数(hkl)。假定铝的晶格常数 a = 4.041。 确定相应电压的德布意波长。
参考书目
(1) 褚圣麟，原子物理学，高等教育出版社，78-82页(1979)。 (2) T.B 斯皮瓦克，专门物理实验，Leabharlann Baidu等教育出版社，449-453 页(1960)。
(11)式也可写成
r
a
(13)
D h2 k2 l2
当试样物质的晶格常数(a)已知时，D和 r 可直接测童，在定 出德拜圈的面指数后，可由(13)式计算 的值。把这个数值 和由(5)式计算得的 值相比较，就可令人确信德布罗意关系 式的意义。
实验内容
l. 用真空镀膜方法，制备二片铝质(或铜质)多晶薄膜，薄膜的 厚度约为100 Angstroms。 2. 用制成的多晶薄膜拍摄一张电子衍射的图片。 3.观察电子衍射环半径与加速电压的关系。
2
由此得到初速为零的电子受加速电场作用后的速度为
v 2eV
(3)
m
将(3)式代入(1)式得到电子波长公式为 h 1
(4)
2em V
式中e是电子电量，代入e、m和h的值得出
12.25
o
( A)
(5)
V
V用伏特，实验中测得加速电压的值，由(5)式就可算出波长 。
2 电子衍射谱线的分析 本实验采用汤姆孙方法，在一个特制的阴极射线管里，
加速电子让它穿过某种晶体薄膜后在萤光屏上观察衍射现 象，如图1所示。
Left: The Debye-Scherrer technique. Right: The diffraction pattern of Au.
由于电子束穿过结晶物质时表现得和X射线相似，所以衍 射最强点的位置由布拉格定律所确定:
2dsinn
(6)
式中是波长，d 是晶体的晶面间距， 是入射电子束和晶 面间的夹角。n 是整数，称为衍射级次。
对于立方晶系
sin h2k2l2
(7)
2a
Sin21: Sin22 : Sin23 …=
h 1 2k1 2l1 2: h2 2k2 2l2 2 : h3 2k3 2l3 2
(8)
从实验结果求得Sin1，Sin2，Sin3…的值后，由连比关系式可 进一步确定衍射环的晶面指数，这种分析称为谱线的指标化。
从实验中电子衍射谱线的 位置和试样位置间的几何 关系可得到下面的关系:
tan2 r
(9)
D
式中 r 是德拜圈的半径， D是照相胶片到衍射薄 膜的距。
由30-50kV电势加速的电子相对应的波长很短，角度 也就很小。令
Clinton Joseph Davisson, USA
George Paget Thomson, UK
当一个质量为m的电子从阴极发射后被强电场加速(本实验 用的直流高压电源其值可达50kV) ，电子从电场得到的能量为 eV，全部变为电子的动能。若近似地认为电子的初速为零，则
eV 1 mv2
(2)
Prince Louis-Victor Pierre Raymond de Broglie, France
在1921一1923年间戴维孙(Davisson)和孔斯曼就观察到电子被 多晶体的金属表面散射时，在某几个角度上散射较强，当时未有 合理地解释这种现表，其实这已经显示电子的波动性。戴维孙和 革末继续进行了电子在晶体上散射的实验，到1927年发表了较 准确的测量结果。