实验二电子绕射实验.PDF

實驗二 電子繞射實驗 ( G. P. Thomson ；1927 ) 一、 目的 1.觀測電子繞射現象。 2. 藉以驗證 De Broglie relation （λ= h/p ）。 二、 原理 1. De Broglie認為，如果光子有一光波和其共同結合而支配其運動， 物質粒子亦有一物質波和其結合而支配運動；於是主張物質的物質 粒子和物質波的關係方程式是和輻射的光子和光波的關係方程式 相同的。 由光子的方程式（因光子靜止質量為 m0 0 ） E c ν E hυ p c λ h h 得 p ⇒λ λ p 稱為 De Broglie relation 。 2. 如同 Χ 光射線所產生的繞射，電子束和晶體面的繞射方程式為： 2d sinθ nλ , n=1.2.3... ………………………………(A) 其中 d ：晶體面間距，θ ：入射電子束和晶體面的夾角，λ ：電子波 長。 3. 求得電子波長方法： 繞射測量如下圖（本實驗裝置略圖）。 9 量子物理實驗手冊 ▔▔▔▔▔▔▔▔▔▔▔▔▔▔▔▔▔▔▔▔▔▔▔▔▔▔▔▔▔▔▔▔▔▔▔▔▔▔▔▔▔▔▔▔▔ 石墨單晶 電子槍 R 2 θ L 石墨噴濺多晶薄膜 因為本實驗的電子繞射管裝置中是使用石墨噴濺於薄膜上而形成 的多晶體繞射光柵，其各晶體於薄膜表面的晶格方向隨機分布，但 x-y 方向卻各區塊不同。任何符合繞射方程式的晶體面，會使電子 束最後於螢幕上呈現同心圓。而由 tan 2θ R ，（因對小角度θ 而 L 言 , tan 2θ sin2θ 2sinθ ）得 2 sin θ R ，代入式(A) ，在n = 1 L 時 (本實驗可測量的範圍) ，可得 d λ R ………………………………………………(B) L 所以量得螢幕上電子繞射環半徑 R ，以及石墨晶體的兩種xy晶格方 向上之晶體面間距 d1 、d2 （如圖所示，石墨晶體為六方最密堆積， 在正六角形的每一個角上皆有一個碳原子。）及 L=13.5 cm ，由式 (B)可得電子波長。 − 10 . ⋅ m