电子衍射法分析法分析晶体结构预习报告

                   物理071

冯才杰

07180120

摘要：

晶体中每个原子均对电子进行散射，使电子改变其方向和波长。在散射过程中部分电子与原子有能量交换作用，电子的波长发生变化，此时称非弹性散射；若无能量交换作用，电子的波长不变，则称弹性散射。在弹性散射过程中，由于晶体中原子排列的周期性，各原子所散射的电子波在叠加时互相干涉，散射波的总强度在空间的分布并不连续，除在某一定方向外，散射波的总强度为零。

关键词：

电子衍射 、晶体、晶体结构。

引言：

   1921年,戴维森和助手康斯曼（C.H.Kunsman）在用电子束轰击镍靶的实验中偶然发现了电子衍射的迹象。这一迹象就是镍靶上发射的“二次电子”竟有少数具有与轰击镍靶的一次电子相同的能量，显然是在金属反射时发生了弹性碰撞，他们特别注意到“二次电子”的角度分布有两个极大值，不是平滑的曲线。

   1925年5月初，结果还和1921年所得差不多，可是5月中曲线发生特殊变化，出现了好几处尖锐的峰值。他们立即采取措施，将管子切开，看看里面发生了什么变化。经公司一位显微镜专家的帮助，发现镍靶在修复的过程中发生了变化，原来磨得极光的镍表面，现在看来构成了一排大约十块明显的结晶面。他们断定散射曲线的原因就在于原子重新排列成晶体阵列。

   本次实验就是用了电子衍射的方法，来观察晶体的表面结构

正文：

实验基本原理：

一）德布罗意假说

电子波的波长：

电子在加速电压U的作用下所获得的动能：

当U很大时，电子的速度很大，由速度变化所引起的电子质量的变化将不能被忽略，由相对论理论：

电子动能变为：

由此经相对论修正后电子波的波长为：

将各常数代入后得：   （A）

衍射定律及多晶薄膜的电子衍射图样

晶体光栅

衍射规律

布拉格公式        

简化的布拉格公式：

对立方晶系：  令：

可得：

即：同一张电子衍射图样中，电子波长、晶格常数相同，所以各衍射线之比等于各衍射线所对应的反射晶面指数平方和之比。

对多晶薄膜，其电子束的衍射图样是一个以电子束入射线为轴线，其张角为4的衍射圆锥。衍射圆锥与其入射轴线垂直的照相底片或荧光屏相遇时形成衍射圆环。电子衍射圆环的密勒指数标定—指标化。

由几何关系得：

一般情况下，很小，所以 

对立方晶系有：

即得：      （B）

          

   利用上式可将各衍射环的晶面指数或定出，方法是测得某一衍射环半径和第一衍射环半径，可得出，与算出的

相近的数（理论上应相等），则可找出相应的晶面指数(hkl)，照此方法即可将各衍射环所对应的晶面指数定出来。并由（B）式可求得一组值，将此值与由（A）式求得的值比较，从而验证德布罗意公式的正确性。

实验步骤预测：

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10~100nm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10.66×10-3Pa~6.66×10-3Pa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2.5×１０３kv~4.0×１０３kv，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10.66×10-3~6.66×10-3Pa．

(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3~5s，关灯丝电源照相毕．

(4) 按说明书降高压，放气，取底片冲洗．

 

 

第二篇：综合性实验—电子秒表 预习报告

综合性实验—电子秒表 预习报告

一、实验目的

　　1、学习数字电路中基本RS触发器、单稳态触发器、时钟发生器及计数、译码显示等单元电路的综合应用。

　　2、学习电子秒表的调试方法。

二、实验原理

　　图A为电子秒表的电原理图。按功能分成四个单元电路进行分析。

　　1、基本RS触发器

　　图  中单元I为用集成与非门构成的基本RS触发器。属低电平直接触发的触发器，有直接置位、复位的功能。

　　它的一路输出作为单稳态触发器的输入，另一路输出Q作为与非门5的输入控制信号。

　　按动按钮开关K₂（接地），则门1输出＝1；门2输出Q＝0，K₂复位后Q、状态保持不变。再按动按钮开关K₁ ,则Q由0变为1，门5开启, 为计数器启动作好准备。由1变0，送出负脉冲，启动单稳态触发器工作。

　　基本RS触发器在电子秒表中的职能是启动和停止秒表的工作。

　　2、单稳态触发器

　　图A中单元Ⅱ为用集成与非门构成的微分型单稳态触发器，图17－2为各点波形图。

　　单稳态触发器的输入触发负脉冲信号v_i 由基本RS触发器端提供，输出负脉冲v_O 通过非门加到计数器的清除端R。

　　静态时，门4应处于截止状态，故电阻R必须小于门的关门电阻R_Off 。定时元件RC取值不同，输出脉冲宽度也不同。当触发脉冲宽度小于输出脉冲宽度时，可以省去输入微分电路的R_P 和C_P 。

单稳态触发器在电子秒表中的职能是为计数器提供清零信号。

3、时钟发生器

图A中单元Ⅲ为用555定时器构成的多谐振荡器，是一种性能较好

的时钟源。

　　调节电位器 R_W ，使在输出端3获得频率为50HZ的矩形波信号，当基本RS触发器Q＝1时，门5开启，此时50HZ脉冲信号通过门5作为计数脉冲加于计数器①的计数输入端CP₂。

 

图1单稳态触发器波形图                   图2 74LS90引脚排列

　　4、计数及译码显示

二—五—十进制加法计数器74LS90构成电子秒表的计数单元，如图A中单元Ⅳ所示。其中计数器①接成五进制形式，对频率为50HZ的时钟脉冲进行五分频，在输出端Q_D 取得周期为0.1S的矩形脉冲，作为计数器②的时钟输入。计数器②接成8421码十进制形式，计数器③8421码十进制形式上在接成六分频形式，将QB端接R1，QC端接R2。其计数顺序为000～101，当第六个脉冲作用后，出现状态QCQBQA=110，利用QBQC=11反馈到R1和R2的方式使电路置“0”。

其输出端与实验装置上译码显示单元的相应输入端连接，可显示0～60秒计时。

注：集成异步计数器74LS90

74LS90是异步二—五—十进制加法计数器，它既可以作二进制加法计数器，又可以作五进制和十进制加法计数器。

图1为74LS90引脚排列，表1为功能表。

74LS90具有如下的五种基本工作方式：

(1)五分频：即由QD、QC、和QB组成的异步五进制计数器工作方式。

(2)十分频（8421码）：将QA与CK1联接，可构成8421码十分频电路。

(3)六分频：在十分频（8421码）的基础上，将QB端接R1，QC端接R2。其计数顺序为000～101，当第六个脉冲作用后，出现状态QCQBQA=110，利用QBQC=11反馈到R1和R2的方式使电路置“0”。

(4) 九分频：QA→R1、QD→R2，构成原理同六分频。

(5)十分频（5421码）：将五进制计数器的输出端QD接二进制计数器的脉冲输入端CK0，即可构成5421码十分频工作方式。

    表1  

   

CD4511引脚图及功能

显示译码器CD4511

CD4511是一个用于驱动共阴极 LED （数码管）显示器的 BCD 码—七段码译码器，特点如下：具有BCD转换、消隐和锁存控制、七段译码及驱动功能的CMOS电路能提供较大的拉电流。可直接驱动LED显示器。

用CD4511实现LED与接口方法如下图：

                  

其功能介绍如下： 
BI：4脚是消隐输入控制端，当BI=0 时，不管其它输入端状态如何，七段数码管均处于熄灭（消隐）状态，不显示数字。
LT：3脚是测试输入端，当BI=1，LT=0 时，译码输出全为1，不管输入 DCBA 状态如何，七段均发亮，显示“8”。它主要用来检测数码管是否损坏。 
LE：锁定控制端，当LE=0时，允许译码输出。 LE=1时译码器是锁定保持状态，译码器输出被保持在LE=0时的数值。
A1、A2、A3、A4、为8421BCD码输入端。 
a、b、c、d、e、f、g：为译码输出端，输出为高电平1有效。

CD4511的内部有上拉电阻，在输入端与数码管笔段端接上限流电阻就可工作。

表3-2 CD 4511的真值表

电路仿真：