近代物理演示实验报告.doc

近代物理演示实验报告 近代物理实验报告 实验名称：电子自旋共振 姓名：同组者：指导老师： 得分： 院系： 班级： 日期： 评语： 二、实验原理 实验数据记录表 四、测试结果的计算 1、磁场计算公式 B0=Ko*(uo*No*(R2)*Io)/(R2)+(X2)0.5) 式中： uo-真空中磁导率，uo=4*PI*10E(-7)(亨/米)R-亥姆霍兹线圈半径(米)No-稳恒磁场线圈匝数Ns-扫场线圈匝数 Io-通过稳恒场线圈的电流(A)Is-通过扫场线圈的电流峰峰值 X-两线圈间距离的一半。对于亥姆霍兹线圈，X=R/2Ko-磁场线圈系数 2、g因子计算公式 根据共振时的Io算出磁场后，将所测得的频率及其它常量代入共振表达式 hv=gJ*uB*B 式中： uB-玻耳磁子，uB=0.9273*10E(-23)(J/T)h-普朗克常数，h=6.626*10E(-34)(J/S) 结果计算记录表 地磁场的计算方法为：地磁场=（B+-B-）/2 3、误差计算 xx/10/1010:24:00近代物理实验报告2 实验名称：铁磁共振 指导教师：鲍德松 专业：物理 班级：求是物理班1401 姓名：朱劲翔 学号：3140105747 实验日期：xx.10.19 实验目的： 1.初步掌握用微波谐振腔方法观察铁磁共振现象。 2掌握铁磁共振的基本原理和实验方法。 3测量铁氧体材料的共振磁场Br,共振线宽?B，旋磁比?以及g因子和弛豫时间?。 实验原理： 根据磁学理论可知，物质的铁磁性主要原子或离子的未满壳层中存在的非成对电子自旋磁矩。一块宏观的铁磁体包含有许多磁畴区域，在每一个区域中，自旋磁矩在交换作用的耦合下彼此平行排列，产生自发磁化，但各个磁畴之间的取向并不完全一致，只有在外磁场的作用下，铁磁体内部的所有自旋磁矩才保持同一方向，并围绕着外磁场 ?方向作进动。当铁磁物质同时受到两个相互垂直的磁场即恒磁场B0和微波磁场B1的作 ?用后，磁矩的进动情况将发生重要的变化。一方面，恒磁场B0使铁磁场物质被磁化到 ?饱和状态，当磁矩M原来平衡方向与B0有夹角时，B0使磁矩绕它的方向作进动，频?g?BB0率为?H?；另一方面，微波磁场B1强迫进动的磁矩M随着B1的作用而改变进h ?动状态，M的进动频率再不是?H了，而是以某一频率绕着恒磁场B0作进动，同时由于 进动过程中，磁矩受到阻尼作用，进动振幅逐渐衰减，如图（81）所示，微波磁场对进动的磁矩起到不断的补充能量的作用。当维持微波磁场作用时，且微波频率?=?H时，?耦合到M的能量刚好与M进动时受到阻尼消耗的能量平衡时，磁矩就维持稳定的进动，如图（82）所示。铁磁共振的原理图如图（83）所示。 ?在恒磁场B0（即H0）和微波磁场B1（即h）的作用下，其进动方程可写为： ?dM=-?（MH）+T(8-1)dt ?e上式中?g为旋磁比，g为朗德因子，B（即H）为恒磁场B0（即H0）和微波2me ?磁场B1（即h）合成的总磁场，T为阻尼力矩，此系统从微波磁场B1中所吸收的全部 能量，恰好补充铁磁样品通过某机制所损耗的能量。阻尼的大小还意味着进动角度?减少的快慢，?减少得快，趋于平衡态的时间就短，反之亦然。因此这种阻尼可用弛豫时间?来表示，?的定义是进动振幅减小到原来最大振幅的所需要的时间。 图（81）进动振幅逐渐衰减图（82）微波磁场作用抵消阻尼，趋于平衡 图（83）铁磁共振原理图 根据磁学理论可知，磁导率?与磁化率?之间有如下关系： ?=1+4?(8-2) ?在交变磁场B1作用下，铁磁物质内部结构对磁矩M的运动有阻尼作用，所以磁性材料 ?中的磁场B（即H）的变化落后于交变磁场B1的变化，?要用复数表示：?=?+i?，其中实部?决定磁性材料磁能的贮存，虚部?反映交变磁能在磁性材料中的损耗。 ?当改变恒磁场B0（即H0）或微波频率?时，我们总能发现在某一条件下，铁磁体会出 现一个最大的磁损耗，即?出现最大值，也就是进动的磁矩会对微波能量产生一个强烈的吸收，以补充由此引起的能量损耗，这就是铁磁共振现象。 2.1铁磁共振条件 由于铁磁物质的磁化理论很复杂，因此，我们实验中采用铁氧体小球样品作实验。其退磁因子各向同性，退磁场作抵消，对进动不产生影响。最简单的情况，小球形样品满足磁共振的基本原理公式： hv?g?BBr(8-3) 鉴于铁磁性反映的是电子自旋磁矩的集体行为，g2，?为进动频率，其频段估算在微波范围内，因此选择在此频段进行实验。 2.2铁磁共振吸收谱线和线宽?B?磁矩M在进动时总要受到由磁损耗所表现出来的阻尼作用。实用上铁磁谐振损耗并不用?来说明，而用铁磁共振吸收线宽?B来表示。固定微波频率不变，铁氧体在恒磁场 ?B0和微波磁场b的共同作用下，?随B0的变化曲线称为铁磁共振吸收谱线，如图（8 4）所示。在共振时?有最大值?m，令?=?m/2处的磁场分别为B1和B2，则?B=B1-B2就是铁磁共振线宽。一般?B愈窄，磁损耗愈低。?B值的大小反映了磁损耗的大小，测量?B对于研究铁磁质的机理和提高微波铁氧体器件十分重要。 图（84）铁磁共振吸收谱线和线宽?B图（85）PB0曲线 在实验中往往不是直接测量?与B0的关系来确定?B值， 而是测量微波功率通过谐振腔 后的功率变化来确定?B值的，通过谐振腔后的功率P随B0的变化见图（85）所示。图中P?是远离铁磁共振区时谐振腔的输出功率，Pr是铁磁共振时输出功率，P是半功率点（即相当于?=?m/2处的输出功率）。一般情况下，正确的考虑了频散效应的影响，P点由下式确定： P=2P?Pr(8-4)P?Pr 根据（84）式得P，可由PB0曲线求出?B值。 3弛豫时间? 根据磁学理论可知，?B与?之间有如下关系： 2(8-5)?=?B 实验内容与步骤： 首先用特斯拉计测出样品所在的磁铁中心磁场B和电磁铁激励电流I的关系。(可不做)实验装置如图（86）所示，是一种较简便，应用较广的铁磁共振实验装置。由速调管产生微波信号，经隔离器和波长表后到达通过式谐振腔。待测样品放在腔中微波磁场强度最大（为什么？）处，电磁铁产生的恒磁场与微波磁场垂直。通过谐振腔输出的微波信号经晶体检波器和检流计进行测量。只要微波二极管遵循平方律检波关系，则其检波电流与微波功率成正比，因此检流计检到的电流（即检流计偏转的刻度格数）就是通过谐振腔后的相对微波功率P。 1实验前必须熟悉各微波元件的性能及使用方法。注意：传输式谐振腔两端都必须加上带耦合孔的铜片，接入隔离器时要注意其方向。 大学物理演示实验报吿 -力热振动波动光与电磁近代在物理学导论课程学习过程中，老师用非常简练的语言，形象有趣的方式为我们展示了物理学的奇妙之处。我认为物理实验非常有意思，通过实验，加深了我对一些物理知识的进一步了解，也使得自己感受到了物理学对整个人类社会进步所做出的巨大贡献，所以物理实验课的意义重大。在力热振动波动光演示实验课上，老师为我们演示了傅科摆，蛇形摆，弹性碰撞球、横波纵波传播、茹科夫斯基转椅等等各具特色的实验。其中最让我印象深刻的实验当属傅科摆与茹科夫斯基转椅。在电磁近代演示实验中，老师为我们演示了法拉第笼、雅各布天梯、高压带电作业、红外立体电视、偏振光等等实验。其中给我最感兴趣的是磁悬浮列车与法拉第笼的实验。 傅科摆实验被誉为“最美丽的十大实验之一”。它是法国物理学家傅科于1851年发明，用于证明地球时刻在自西向东自转。实验仪器并不复杂，用未经扭曲过的尼龙钓鱼线，悬挂摆锤，在摆锤底部装有指针。当摆静止时，在它下面的地面上，固定一张白卡片纸，上面画一条参考线。把摆锤沿参考线的方向拉开，然后让它往返摆动。几小时后，摆动平面就偏离了原来画的参考线这是在摆锤下面的地面随着地球旋转产生的现象。老师的讲解详细到位，让我在惊叹物理世界深奥的同时，也掌握了有趣的物理知识。 在这次的力热振动波动光中相关实验中，我还了解到角动量守恒这一定律。当时自己坐在可绕竖直转轴自由旋转的茹可夫斯基转椅上，双手各握一个哑铃，两臂平伸。使转椅转动起来，然后收缩双臂，可看到明显感觉到自己和椅子的转速显著加大。两臂再度平伸，转速减慢。在我自己亲身体会后，真正理解了角动量守恒，这是在课堂中无法达到的效果。 除了力学演示实验外，我还观看了光学演示实验，光怪陆离的光学现象让我了解这个世界的丰富多彩。在振动实验中，我动手操作了导线弦驻波实验，巩固了高中物理知识之外，也在本次的演示实验课中，学到了很多在平时的学习中学习不到的东西。 在磁悬浮列车实验中，实验仪器是缩小版的轨道。实验是通过超导材料与超低温技术来达到目的。过去的30年里，我国磁悬浮列车的发展令人瞩目。交大也为轨道交通的发展做出贡献。将超导体样品放入液氮中浸泡约35分钟，然后用竹夹子将其夹出放在磁体的中央，以保持稳定。再用手沿轨道水平方向轻推列车，则看到列车沿磁轨道做周期性水平运动，直到温度高于临界温度，小列车落到轨道上。磁悬浮技术使列车的速度再次达到了一个质的飞跃。而其中所应用的物理知识确是我们都知道的，所以物理学非常实用，它无时无刻不在改变着我们的生活。 在所有的实验中给我留下最深印象的仪器就是法拉第笼。法拉第笼是一个理想环境，是建立在空间的一个大屏蔽网络。将其接地后，第一，它可以屏蔽雷电产生的电磁脉冲，防止里面的弱电设备和人员遭受损伤；第二，它可以把强大的感应电荷泄入大地。老师邀请了两位同学进入法拉第笼，并加上很大的电压。起初，虽然清楚实验原理但我们仍然很担心，但随着实验的进行，同学们的惧怕心里逐渐消失，好奇心驱使我们以更大的热情投入实验中。老师还为我们演示了高压带电作业，我发现电并不是一件可怕的东西，只要我们注意使用方法，具有丰富的物理知识，电就是我们生活中最好的帮手。 在实验中老师给我们认真的讲解实验原理，让我们通过奇妙的物理现象来感受伟大的自然科学的奥妙，即便有遗漏的地方也可以看桌