简谐振动的研究

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1、实验十四X射线的初步认识X射线是徳国科学家伦琴(W.C.REgen)于1895年在研究阴极射线管时发现的，是人类揭开研究微观世界序幕的“三大发现”之一，给医学和物质结构的研究带来了新的希望•就在伦琴宣布发现X射线的第四天，一位美国医生就用X射线照相发现了伤员脚上的子弹.从此，对于医学来说，X射线就成了神奇的医疗手段.因为这一具有划时代意义的重大发现，伦琴于1901年被授予第一届诺贝尔物理学奖.X射线可用来帮助人们进行医学诊断和治疗；也可用于工业上的非破坏性材料的检查;在基础科学和应用科学领域内，则被广泛用于晶体结构分析、化学分析和原子结构的研究.有关X射

2、线的实验非常丰富，其内容十分广泛而深刻.本实验要求利用德国莱宝公司的X射线实验仪及附件，做一些有趣而基本的实验，从而对X射线的产生、特点和应用有初步的认识.【实验目的】1.观察X射线影像；2.观察布拉格反射现象；3.利用标准NaCl单晶测定X光波长4.根据X光波K测定未知晶体的晶格常数.【实验原理】1.X射线的基本性质X射线和可见光线一样，也是电磁波的一种，不同的是较之可见光，它的波长更短，介于紫外线和Y射线之间，约10nm^0.001nm(注：波长小于0.01nm的称为趙硕X射线，在0.01^0.1nm范围内的称为硕X射线，0.1〜Inm范围内的称为软

3、X射线.其中，波长较短的硕X射线能量较高，穿透性较强，适用于金属部件的无损探伤及金属物相分析；波长较长的软X射线能量较低，穿透性弱，可用于非金属的分析.在实验室中X射线由X射线管产生，X射线管是具有阴极和阳极的真空石英管，其结构如图1所示：①是接地阴极，即电子发射极，用铸丝构成，通电加热后可发射电子；②是阳极靶材，本实验中采用钮靶，工作时加以几万伏的高压.电子在高压作用下轰击釦原子而产生X光.③铜块和④螺旋状热沉用以散热.⑤是管脚.因为电子轰击靶极时会产生高温，故靶极必须散热冷却.经过X射线管发射出的X射线分为两种：连续光谱和标识光谱.能量为的电了与阳极

4、靶的原了碰撞时，电了失去自己的能量，其中部分以光子的形式辐射，碰撞一次产生一个能量为力啲光子，这样的光子流即为X射线.单位时间内到④热沉③铜块②钳靶①接地阴极/⑤管脚图1X光管结构图达阳极靶面的电子数目是极大量的，绝大多数电子要经历多次碰撞，产生能量各不相同的辐射，因此出现连续X射线谱.因为连续光谱是由于高速电子受靶极阻挡而产生的轲致辐射，所以其短波极限局由加速电压"决定：=hc/eU,其中〃为普朗克常数，幺为电子电量，c为真空中的光速.标识光谱的产生则与阳极靶材的原子内部结构紧密柑关的.原子系统内的电子按泡利不相容原理和能量最低原理分布于各个能级.在电

5、子轰击阳极的过程中，当某个具有足够能量的电子将阳极靶原子的内层电子击出时，于是在低能级上出现空位，系统能量升高，处于不稳定激发态.较高能级上的电了向低能级上的空位跃迁，并以光了的形式辐射出标识X射线谱.每种元素各有一套特定的标识谱，反映了原子壳层结构的特征.1.X射线的探测因人的肉眼看不见X射线，故利用它与物质相互作用是发生的现象来判断其有无和强度，主要有以下几种方法：(1)荧光屏法当X射线照射到荧光物质上时，荧光物质受激发而发出可见的荧光，由此确定X射线的有无和强弱.例如把计算器放在荧光屏前，用不同的管高压和管电流来照射，发现：当管电流一定时(一般取/

6、=1.00mA),高压越大，透射象的强度越强，清晰程度越好；同样，当高压一定时(一般取U=35KV),电流越大，透射象的强度越强，清晰程度越好.(2)X射线照相法X射线对照相底片的作用与普通可见光很相似.因此在记录衍射花样时广泛使用照相底片.例如：把胶片放在胶片架上，用不同的管电流和照射时间来照射，发现：在相同的时间照射下，管电流越大，即X射线强度越强，胶片越黑；在X射线的强度一样下，照射时间越长，胶片也越黑.也就是说X射线照射剂量越大，胶片越黑.(3)电离法X射线光子和高速电子一样，也能引起气体电离，即从气体分子中打出电子，同时产生一个正离子.电离现象

7、可以作为测量X射线强度的基础.3・布拉格反射图2NaCl晶体中氯离子与钠离子的排列结构，其中d为晶面间距，他为晶格常数光波经过狭缝将产生衍射现象，为此，狭缝的大小必须与光波的波长同数量级或更小•对X射线，由于它的波长在0.2nm的数量级，要造出相应大小的狭缝以观察X射线的衍射，就相当困难.冯•劳厄(MaxTheodorFelixVonLaue)首先建议用晶体这个天然的光栅来研究X射线的衍射，因为晶格正好与X射线的波长同数量级.图2显示的是NaCl晶体中氯离子与钠离子的排列结构.现在讨论X射线打在这样晶格上所产生的结果.由图3可知，当入射X射线与晶面相交轴

8、时，假定晶面就是镜面(即布拉格面，入射角与出射角相型,J5么容易看出,图中两条射