1、X光系列实验报告本次共做了调校测角器的零点， 测定 LiF 晶体的晶面间距，测定 X 光在铝中的衰减系数，并验证朗伯定律和普朗场常数 h 的测定。通 过做一系列的实验 ，从而 对 X 射线的产生、特点、原理和应用有较深刻的认识，提高自己的 实验能力并提高独立从事研究工作的能力。本次分别写了 X 光在铝中的衰减系数，并验证朗伯定律和普朗克常数 h 的测定的实验报告。实验一、测定 X 光在铝中的衰减系数，并 验证朗伯定律 一、实验的目的和意义通过本实验了解 X 射线的基 础知识，学习 X 射线仪的一般操作；掌握 X 射线的衰减与吸收体材料和厚度的关系，训练实验 技能和实验素养。二、实验原理和设计思
2、想X 射线穿过物质之后，强度会衰减， 这是因为 X 射线同物质相互作用时经历各种复杂的物理、化学过程，从而引起各种效应转化了入射线的部分能量。X 射线穿过物质时要减弱，减弱的大小取决于材料的厚度和密度。在同一介质里不同波 长的射线减弱的程度不同。满足： 本实验研究 X 射线衰减于吸收体材料和厚度的关系。0edI假设入射线的强度为 R0，通过厚度 dx 的吸收体后 ，由于在吸收体内受到“毁灭性”的相互作用，强度必然会减少，减少量 dR 显然正比于吸收体的厚度 dx，也正比于束流的强度 R，若定义 为 X 射 线通过单位厚度时被吸收的比率，则有 -dR=Rdx 考虑边界条件并进行积 分， 则得：
3、R=R0e(-x） 透射率 T=R/R0,则得： T=e(-x)或 lnT=-x 式中 称为线衰减系数，x 为试样厚度。我们知道，衰减至少应被视为 物质对入射线的散射和吸收的 结果，系数 应该是这两部分作用之和。但由于因散射而引起的衰减远小于因吸收而引起的衰减，故通常直接称 为线吸收系数，而忽略散射的部分。三、实验内容与步骤 设置高压 U=35KV, 设置电流 I=0.02mA,设置步长 =0.1o 设置 t=3s,下限角为 6o ，上限角为 70o 。将铝板底板端部插入原来靶台的支架，置传感器于 0 位，按下 TARGET 键，然后再按 SCAN。四、数据处理和讨论由于 0edI改写为 ln
4、所以只需验证 与 d 成线性关系即可，由于本 实验未测 出 是多少，所以先去除 ，验0I 0I0I证 与 d 成线性关系。1lnI758.787 449.41 271.7855 168.304 117.7 70.3lI-6.6317 -6.1079 -5.6050 -5.1258 -4.7681 -4.2528d（mm） 0.5 1 1.5 2 2.5 3由 excel 拟合可得近似 为一条直 线，所以 X 射线满足朗伯定律。下求 X 光在铝中的衰减系数 由 110edI 220edI得 21ln=Id分别带入上述数据可得1.04, 1.006，0.958，0.715, 1.03 i=1,2,
5、3,4,5i= (1.04+1.006+0.958+0.715+ 1.03)/5=0.9478七实验结论以及误差分析。 在衰减箔厚度对 X 射线衰减的影响的 实验中，测得 y=0.9367x-7.0545,符合朗伯定律，在误差允许的范围内，可以得到 =0.9478.误差分析：误差可能来源于仪器的精度， 实验器材的磨损和腐 蚀，外界光的干 扰等。实验建议：提高仪器精度和实验技术水平，采用更加完好的实验器材阻止外界光的干扰等。实验二 普朗克常数的测定、 实验目的测定普朗克常数的大小，了解其原理，加深对 X 射线的认识，在实验中提高自己的实验能力，动手能力。 二、实验原理X 光管发射的连续谱都有一个
6、特征的短波限波 长，其大小与 x 光管的加速电压有关。由实验家发现的短波限波长与加速电压之间存在有反比例关系。因为短波限波长对应的是最大能量，而 x 光光子能获得的最大能量是入射 电子的全部动能，所以我们可以得出短波限波长等于 hc/eu,其中 U 为 x 光管得加速电压，由此我们可以求得普朗克常数。三、实验内容和步骤 设置高压 U=35KV, 设置电流 I=0.1mA,设置步长 =0.1o ,设置 t=3s,下限角为 6o ，上限角为 10o 。按下 COUPLED 键，然后按下 SCAN 键，记录数据，然后分别记录管压等于34KV、33KV26KV 的测量系列。四、实验方法和结果借助 Na
7、Cl 晶体测量不同 U 下 附近的衍射谱，利用实验软件提供的功能，对各条谱线min附近区域进行直线拟合，从而得到不同的 U 对应的 。min min实验中使用该方法在不同电压下进行多次测量，得到 =A/U-B，并由 A=hc/e，求出 h。iU/KV 35 34 33 32 31 30 29 28 27 26/pmmin33.1 33.8 34.8 35.9 37 38.5 39.8 41.4 43 44.5拟合结果：y=1185x-0.1h=1185e/c=6.32x10-34J/s 理论值 h=6.62 x10-34J/s相对误差： 6.2-3=4.5相对误差约为 4.53% 理论上来说，
8、 ，即做 1/U 图应该过原点，实际上会有一个小量偏移，考虑调minhceUmin零偏差角，有小角近似 si180由 min+=ce得 2ds、 误差分析及影响实验结果的主要因素 1、 由于分光仪的分辨本领不够高, 往往把波长限的边界弄得模糊不清, 无法作出精确估计;2、 为了获得足够强的 X 射线 , 电子投射的靶子有一定厚度, 有可能每个电子不止发射一次韧致辐射, 从而增加了边界的模糊; 3、 边界附近的 X 光谱形状会有微小的不 规则性, 因此判定即使仪器分辨本领足够高, 也得不到更精确的数据影响实验结果的主要因素1、 光缝宽度 光缝包括 X 射线出射光阑和传感器的入射狭缝，光缝宽度较大
9、时， X 射线的发射角也较大，此时波长的 单色性下降， 附近区域不 规则明显变大，影响直线min拟合确定 的效果，根据统计规 律， 计数率 R 的相对不确定为 1/R,由此知光缝宽min度不能太小；否则 R 值太低，相对不确定度增大，统计涨落明显，同样不利于选取的拟合区域min2、 光缝与靶台的距离 其对实验结果的影响的原因与光缝宽度相同。距离太大会使计数率太低；距离太小，会降低角分辨本领。3、 管电压 U 仪器仪表的高压示数与真实值有差别，所用的 U 不准。但是由于管电压量级达到 104 KV，实验室中要检验如此高压并不容易。实验中尝试过利用 Mo 靶的激发电压为 20KV 这一有效信息进行
10、检验，但是激发电压作为临界值，实际上据此很难做出判断。4、 NaCl 晶体 本实验借助 NaCl 晶体分辨不同的波长。 长期使用的 NaCl 晶体会有破损，且表面沾附着各种杂质， 这会影响分辨效果。5、 其他 测量时间可以适当增加，减少 统计涨落对谱线的影响。 六、结论本实验测出的 h=6.32x10-34J/s，用 X 射线谱短波限法测量 h 的关键在于如何准确的测量和确定 。由前面的分析知，要提高实验精度，减小系统误差，就必须对光缝宽度等实验条件min进行严格调整，使用新的晶体，同时保证电压 U 和衍射角 的准确性。在现有的实验条件下，由于仪 器分辨率有限， 谱线不可避免的展 宽，在确定
11、时就必须进min行修正。此时，直线拟合法就不适用；而区域平均法则通过 合理的修正，得到误差更小的结果。七、实验改进意见由于谱线展宽直线拟合法给出的截距值与 的含义不符，查阅资料得知，由于 谱线展宽影min响实验结果的情况在精度不高的实验中比较普遍，如 验证 Moseley 定律实验，吸收边 也k存在类似的展宽，由此借鉴确定 的方法来确定 。确定 的方法为：选择透射谱中最低kmink点和最高点之间的区域作为标志区域， 软件给出该区域的 的平均值作为 值，仿照此法，k将直线拟合区域的 平均值作为 值（称为区域平均法），区域平均法是一种比 较合理的min修正方法，从而更好的减小系统误差。新方法的关 键之处在于如何 选取平均区域。说明做了哪些 X 射线实验及 这些实验的目的、意义。各实验的原理与设计思想的简要阐述。各实验的实验过程、数据记录 、处理和讨论。实验中发现的各种问题及其解决方法；进一步实验的设想。对 X 射线系列实验的总评价、收获和改进意见。
