物理实验论文.doc

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1、法拉第效应实验论文10113123李建澄摘要：介绍法拉第效应实验的基本原理和过程，分析影响实验过程的因素。引言：1845年，法拉第发现：当一束平面偏振光通过置于磁场中的磁光介质时，平面偏振光的偏振面就会随着平行于光线方向的磁场发生旋转，旋转的这个角度称之为法拉第旋转角。法拉第效应第一次显示了光和电磁现象之间的联系，促进了对光本性的研究。之后费尔德对许多介质的磁致旋光进行了研究，发现了法拉第效应在固体，液体，气体中都存在。1原理当一束平面偏振光通过某一介质，并且在光传播方向上加上一个磁场，那么就会观察到光经过样品后偏振面转过一个角度，即磁场使介质具有旋光效应。通过实验可以发现，旋光

2、效应中，光偏振面旋转角与光波在介质中传播的路程L以及沿光传播方向的磁感应强度分量B成正比θ=VLB。比例系数V称为费尔德数，它表征物质的旋光性。我们可以这样解释法拉第效应。如图，我们把偏振光分成左旋和右旋部分，通过厚l的介质会产生不同相位差，由量子理论，在B场作用下，介质轨道电子磁矩具有势能是轨道角动量在B方向上的分量。用能量为的左旋圆偏振光子激发电子，电子在磁场中能级结构与用能量为的光子激发电子，电子在无磁场时能级结构相同。推出，，进一步可得，带入的关系式，有的关系，所以可以由V和色散关系来验证荷质比的数值。2实验装置法拉第效应实验装置如图所示。由光源产生的复合白光通过小型单色

3、仪后可以获得波长在360～800nm的单色光，经过起偏镜成为单色线偏振光，然后穿过电磁铁。电磁铁采用直流供电，中间磁路有通光孔，保证人射光与磁场B方向一致。根据励磁电流的大小可以求得对应的磁场值。入射光穿过样品后从电磁铁的另一极穿出人射到检偏器上，透过检偏器的光进入光电倍增管，由数显表显示光电流的大小，即出射光强的大小。根据出射光强最大(或最小)时检偏器的位置读数即可得出旋光角。检偏器的角度位置读数也由数显表读出。3实验过程3.1首先将检偏器手柄与连接座的标记及电磁铁一端的标记，三点调成一直线。（实际实验中已经调好）3.2灵敏度旋钮，顺时针为增加，逆时针为减少，灵敏度的高低，直接

4、反映在数显表的数字跳动的快慢。3.3把检偏器的手轮顺时针转到头后，再逆时针旋转两圈后，按一下清零按钮。角度表示值为零，微动调零手钮，使数显表的读数为零，即可进行测量。注意在测量前验证一下角度表的零位正确与否，可通过加磁场来检验，把稳流电源接电磁铁，将电流值分别从1A，2A直到5A，观察数显表的示值应该呈线性增加，这就说明角度表的零位在此。微动调零手钮使数显表的示值为零。3.4测量法拉第效应角。首先增加电流使数显表示值上升，再通过旋转手轮改变角度，使数显表的示值再次降为零，而这个角度就是法拉第效应角。它实际上是利用光偏振的特性，当偏振角度与入射角度垂直的时候光强为零，而我们做的就是

5、调整角度使之垂直。通过三角形互余准则可知我们转过的角度即为法拉第效应角。4实验数据处理电流（A)00.511.522.533.544.5B(mT）0151305453586706803883966104800.1510.3050.4530.5860.7060.8030.8830.9661.0481.1146000.00640.02410.03870.0520.05190.06640.07870.095550000.00750.01940.03160.04240.05160.05960.05750.07190.07560.080754000.00790.01850.02870.03

6、490.04140.05290.05970.06640.07190.07758000.00690.01680.02490.03060.03630.04070.04580.05020.055电流和磁场的关系图波长为460nm的偏振波所对应的磁场强度与旋转角度之间的关系波长为500nm的偏振波所对应的磁场强度与旋转角度之间的关系波长为540nm的偏振波所对应的磁场强度与旋转角度之间的关系波长为580nm的偏振波所对应的磁场强度与旋转角度之间的关系利用实验测量结果，计算出样品介质的各波长的费尔德常数波长nm460500540580费尔德常数9.317.336.945.14旋光色散曲线4

7、影响实验过程和结果的因素4.1实验装置的调整在实验中，我在增加电流强度的过程中尤其是越高的电流，最后调节手轮往往不能使数显示值降为零。在老师的协助下，我才发现原因主要还是仪器的精确调整问题。首先要调整单色仪使单色仪处于水平状态，出光口的中心轴与电磁铁的通光孔在一条水平直线上。然后将单色仪与电磁铁配合衔接，从电磁铁的另一极通光孔中观察，调整单色仪狭缝宽度和其位置，使光束位于圆孔中心，光束与衍射条纹成一直线，最后将光电接收的连接罩插入电磁铁的凹槽中。注意调整完毕就不要在碰触实验装置，