近代物理(X射线衍射)

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1、思想方法自然界在许多方面都是明显地对称的，他采用类比的方法提出物质波的假设.“整个世纪以来，在辐射理论上，比起波动的研究方法来，是过于忽略了粒子的研究方法；在实物理论上，是否发生了相反的错误呢？是不是我们关于‘粒子’的图象想得太多，而过分地忽略了波的图象呢？”法国物理学家德布罗意（LouisVictordeBroglie1892–1987)威廉.伦琴1845—1923由于发现X射线获1901年（首届）诺贝尔物理奖WilhelmC.RÖntgen德国人补充：X射线衍射布喇格公式X射线冷却液金属靶克鲁斯克管1885年伦琴发现，受高速电子撞击的金属会发射一种穿透性

2、很强的射线称Ｘ射线．一.X射线产生机制一种是由于高能电子打到靶上后，电子受原子核电场的作用而速度骤减，电子的动能转换成辐射能----轫制辐射，X光谱连续。其次是高能电子将原子内层的电子激发出来，当回到基态时，辐射出X射线，光谱不连续。1.在电磁场中不发生偏转2.X射线是一种电磁波。3.波长很短(10－11~10－8m)，X射线穿透力很强。二.X射线性质：X射线的应用不仅开创了研究晶体结构的新领域，而且用它可以作光谱分析，在科学研究和工程技术上有着广泛的应用。在医学和分子生物学领域也不断有新的突破。天然晶体可以看作是光栅常数很小的空间三维衍射光栅。1912年劳

3、厄的实验装置，如图：X射线通过红宝石晶体(a)和硅单晶体(b)所拍摄的劳尼斑照片X-射线衍射的发现过程：劳厄发现X射线衍射和慕尼黑大学的科学气氛有密切关系，当时师生们讨论最多的一个问题就是X射线的本性。劳厄认为X射线是电磁波。1912年,劳厄在同一位博士研究生厄瓦耳交谈时，产生了用X射线照射晶体用以研究固体结构的想法。他设想X射线是极短的电磁波，而晶体又是原子（离子）的有规则的三维排列,就像是一块天然光栅那样，只要X射线的波长和晶体中原子（离子）的间距具有相同的数量级，那么当用X射线照射晶体时就应能观察到干涉现象。这确实是一个极其奇特而又非常有效的方法。劳厄

4、的“光学直觉”使他产生了思想上的飞跃，晶体中原子的排列如果是有规则的，其间距与入射波的波长同数量级，就有可能产生干涉。1912年4月他们开始了这项试验。弗里德利希和尼平很快地按劳厄的设计搭起了安装有实验装置的架子，但是他们在第一轮实验中，由于X射线太弱，曝光时间不足而屡遭失败，幸亏他们有坚定的信念，把曝光时间延为数小时，才在底片上显出有规则的斑点。后来，他们改进了设备，采用ZnS、NaCl等晶体做试验，衍射斑点具有更为明显的对称性。接着，劳厄推导出一系列衍射方程，很好地解释了这些斑点的成因。在照相底片上形成对称分布的若干衍射斑点，称为劳厄斑威廉.亨利.布拉格

5、（父）威廉.劳伦斯.布拉格（子）1862—19421890—19711913年英国布拉格父子提出了一种解释Ｘ射线衍射的方法，给出了定量结果，与劳厄理论结果一致,并于1915年荣获物理学诺贝尔奖．晶格常数d,掠射角θ,则相邻两个晶面反射的两X射线干涉加强的条件布拉格公式布拉格公式：用途测量射线的波长研究X射线谱，进而研究原子结构；研究晶体的结构，进一步研究材料性能.例如对大分子DNA晶体的成千张的X射线衍射照片的分析，显示出DNA分子的双螺旋结构.DNA的X光衍射照片DNA分子的双螺旋结构模型光栅公式与布拉格方程的区别：对应一个光栅，只有一个光栅公式；对应同一

6、种晶体却有多个布拉格方程。另公式中角度的含义不同。同一晶体的不同晶面创新需要多学科交叉克里克、沃森、威尔金斯，1962年诺贝尔奖。上世纪，研究DNA结构的弗兰克林、威尔金斯、鲍林都是物理学家或化学家，所以，有人说：是物理学“剑走偏锋”，助产了现代生物学。§4德布罗意物质波理论1、经典物理学中的波与粒子理想粒子：原则上可精确地确定它的质量、动量和电荷，且在一定条件下可视为质点。对于质点，只要初始的位移、速度及受力状态已知，原则上可用牛顿力学描述它未来的受力情况及运动状态。波：其特征量为和，对一给定波源来说，其发出的波原则上，频率和波长都可被精确测定。16

7、72年牛顿提出光的微粒说1678年惠更斯提出了光是纵向波动19世纪初在菲涅耳、夫琅和费、杨氏等人观察到光的干涉实验后，波动学说被人们普遍承认。19世纪末麦克斯韦、赫兹进一步肯定光为电磁波20世纪初随着一些新的现象相继出现，且经典理论无法解释，随之诞生了一些新的理论。1905年提出光量子假说，提出了光具有波粒二象性1923年康普顿实验既是光的波粒二象性的最好证明1924年德布罗意将光的波粒二象性推广到实物粒子2、光的波粒二象性3、德布罗意物质波1924年提出：任何物体都伴随以波，而且不可能将物体的运动和波的传播分开。在宏观上，如飞行的子弹m=1

8、0-2Kg，速度V=5.0102m/s对应的德布罗