磁滞回线实验报告

磁滞回线实验报告
磁滞回线实验报告

南京大学-光磁共振实验报告

光磁共振 (南京大学物理学院 江苏南京 210000) 摘要:光磁共振是利用光抽运的方法,进一步提高磁共振灵敏度的技术。本实验依据光磁共振技术,运用“光抽运—磁共振—光探测”的方法,测量地磁场垂直分量和水平分量以及铷原子的相关参量。 关键词:光磁共振;光抽运;磁共振;塞曼效应;塞曼子能级;地磁场;朗德因子 一、实验目的 1.掌握“光抽运—磁共振—光探测”的思想方法和实验技巧,研究原子超精细结构塞曼子能级间的射频磁共振。 2. 测定銣原子87Rb 和85Rb 的参数:基态朗德因子F g 和原子核的自旋量子数I 。 3. 测定地磁场B 地的垂直分量B 地垂直、水平分量B 地水平 及其倾角θ。 二、实验原理 光磁共振技术是根据动量守恒原理,用光学抽运来研究原子超精细结构塞曼子能级间微波或射频磁共振现象的双共振技术。特点是兼有波谱学方法的高分辨率和光谱学方法的高探测灵敏度。 1.铷原子的超精细结构及其塞曼分裂 铷是一价碱金属原子,有一个价电子,处于第五壳层,主量子数n=5,电子轨道量子数L=0,1,2,3…,n-1,电子自旋S=1/2。铷原子中价电子的轨道角动量L P 和自旋角动量S P 发生轨道—自旋耦合(LS 耦合),得到电子总角动量J P ,其数值 ,,1,,J P J L S L S L S ==++-???-。当不考虑铷原子核的自旋时,铷原子总 磁矩2J J J e e g P m μ=-,其中,e e m -分别为电子的电荷、质量。朗德因子 (1)(1)(1) 12(1) J J J L L S S g J J +-+++=++ 从而形成原子的超精细结构能级,这时,铷原子的基态能级21S J n S +对应于 n=5,L=0,S=1/2,J=1/2,即为212 5S ,相应的朗德因子2J g =;铷原子的第一激发态能级 21 S J n P +对应于n=5,L=1,S=1/2,J=1/2、3/2,是双重态,即为212 5P 和232 5P ,相应的朗德因子 24 ,33J g = 。22132255P S →的能级跃迁产生光谱线1D 线(1794.76nm λ=);223322 55P S →的跃迁产生光谱线2D 线(2780.0nm λ=)。本实验观测与1D 线有关的能级的超精细结构及其在弱磁场中的塞曼分裂。 通常原子核也具有角动量,记原子核的总角动量为P ,它是核中质子和中子的轨道角 动量和自旋角动量的矢量和,核的总角动量的数值I P = ,通常也称为核自旋, 其中I 称为核的自旋量子数,I 为整数或半整数,已知稳定的原子核的I 值在0~7.5之间。 核的总角动量I P 的最大可测的分量值为 I 。当0I ≠时,原子核的总磁矩为

用示波器观察铁磁材料的动态磁滞回线_实验报告

图1 起始磁化曲线和磁滞回线 用示波器观察铁磁材料动态磁滞回线 【摘要】铁磁材料按特性分硬磁和软磁两大类,铁磁材料的磁化曲线和磁滞回线,反映该材料的重要特性。软磁材料的矫顽力H c 小于100A/m ,常用做电机、电力变压器的铁芯和电子仪器中各种频率小型变压器的铁芯。磁滞回线是反映铁磁材料磁性的重要特征曲线。矫顽力和饱和磁感应强度B s 、剩磁B r P 等参数均可以从磁滞回线上获得.这些参数是铁磁材料研制、生产、应用是的重要依据。 【关键词】磁滞回线 示波器 电容 电阻 Bm Hm Br H 【引言】铁磁物质的磁滞回线能够反映该物质的很多重要性质。本实验主要运用示波器的X 输入端和Y 输入端在屏幕上显示的图形以及相关 数据,来分析形象磁滞回线的一些因素,并根据 数据的处理得出动态磁滞回线的大致图线。 【实验目的】 1. 认识铁磁物质的磁化规律,比较两种典 型的铁磁物质的动态磁化特性。 2. 测定样品的H D 、B r 、B S 和(H m ·B m )等参 数。 3. 测绘样品的磁滞回线,估算其磁滞损耗。 【实验仪器】 电阻箱(两个),电容(3-5微法),数字万用表,示波器,交流电源,互感器。 【实验原理】 铁磁物质是一种性能特异,用途广泛的材 料。铁、钴、镍及其众多合金以及含铁的氧化物 (铁氧体)均属铁磁物质。其特征是在外磁场作用下能被强烈磁化,故磁导率μ很高。另一特征是磁滞,即磁化场作用停止后,铁磁质仍保留磁化状态,图1为铁磁物质的磁感应强度B 与磁化场强度H 之间的关系曲线。 图中的原点O 表示磁化之前铁磁物质处于磁中性状态,即B =H =O ,当磁场H 从零开始增加时,磁感应强度B 随之缓慢上升,如线段oa 所示,继之B 随H 迅速增长,如ab 所示,其后B 的增长又趋缓慢,并当H 增至H S 时,B 到达饱和值B S ,oabs 称为起始磁化曲线。图1表明,当磁场从H S 逐渐减小至零,磁感应强度B 并不沿起始磁化曲线恢复到“O ”点,而是沿另一条新的曲线SR 下降,比较线段OS 和SR 可知,H 减小B 相应也减小,但B 的变化滞后于H 的变化,这现象称为磁滞,磁滞的明显特征是当H =O 时,B 不为零,而保留剩磁Br 。 当磁场反向从O 逐渐变至-H D 时,磁感应强度B 消失,说明要消除剩磁,必须施加反向磁场,H D 称为矫顽力,它的大小反映铁磁材料保持剩磁状态的能力,线段RD 称为退磁曲线。 图1还表明,当磁场按H S →O →H D →-H S →O →H D ′→H S 次序变化,相应的磁感应强度B 则沿闭合曲线S S RD 'S D R ''变化,这闭合曲线称为磁滞回线。所以,当铁磁材料处于交变磁场中时(如变压器中的铁心),将沿磁滞回线反复被磁化→去磁→反向磁化→反向去磁。在此过程中要消耗额外的能量,并以热的形式从铁磁材料中释放,这种损耗称为磁滞损耗,可以证明,磁滞损耗与磁滞回线所围面积成正比。

光磁共振实验报告

近代物理实验报告 光磁共振 班级物理081 学号 08180140 姓名周和建 时间 2011年4月27日

【摘要】 以光抽运为基础的光检验测磁共振的方法,使用DH807A型光磁共振实验装置来观察光抽运信号,进而测定铷原子两个同位素87Rb和85Rb的超精细结构塞曼子能级的朗德因子的测量。 【关键词】 光磁共振光抽运塞曼能级分裂超精细结构 【引言】 光磁共振实际上是使原子、分子的光学频率的共振与射频或微波频率的磁共振同时发生的一种双共振现象。这种方法是卡斯特勒在巴黎提出并实现的。由于这种方法最早实现了粒子数反转,成了发明激光器的先导,所以卡斯特勒被人们誉为“激光之父”。 光磁共振方法现已发展成为研究原子物理的一种重要的实验方法。它大大地丰富了我们对原子能级精细结构和超精细结构、能级寿命、塞曼分裂和斯塔克分裂、原子磁矩和g因子、原子与原子间以及原子与其它物质间相互作用的了解。 利用光磁共振原理可以制成测量微弱磁场的磁强计,也可以制成高稳定度的原子频标。 【正文】 一、实验原理 (一)铷(Rb)原子基态及最低激发态的能级 实验研究对象是铷的气态自由原子。铷是碱金属,它和所有的碱金属原子Li、Na、K一样,在紧紧束缚的满壳层外只有一个电子。铷的价电子处于第五壳层,主量子数n=5。主量子数为n的电子,其轨道量子数L=0,1, …,n-1。基态的L=0,最低激发态的L=1。电子还具有自旋,电子自旋量子数S=1/2。 由于电子的自旋与轨道运动的相互作用(即L-S耦合)而发生能级分裂, 称为精细结构。轨道角动量P s、的合成角动量P J =P L +P S 。原子的精细结构用总角动 量量子数J来标记,J=L+S,L+S-1, …,│L-S│。对于基态,L=0和S=1/2,因此 Rb基态只有J=1/2。其标记为52S 1/2。铷原子最低激发态是52P 1/2 及52P 3/2 双重态。 这是由于轨道量子数L=1,自旋量子数S=1/2。52P 1/2态的J=1/2, 52P 3/2 态的J=3/2。 5P与5S能级之间产生的跃迁是铷原子主线系的第1条线,为双线。它在铷灯 光谱中强度是很大的。52P 1/2→52S 1/2 跃迁产生波长为7947.6?的D 1 谱线,52P 3/2 →52S 1/2跃迁产生波长7800?的D 2 谱线。 原子的价电子在LS耦合中,总角动量P J 与原子的电子总磁矩μ J 的关系为 (1) (2)

铷原子的光泵磁共振 实验报告

铷原子的光泵磁共振 田卫芳 201411142023 (北京师范大学物理系 2014 级) 指导教师:何琛娟 实验时间: 2016.11.24 摘要 本实验主要研究了铷原子的光泵磁共振现象,首先通过改变垂直场,消除地磁场垂直分量的影响;改变水平场,观察光抽运信号,同时计算地磁场的大小; 利用扫场法观察磁共振信号,计算Rb Rb 8587和的F g 因子的大小,与理论值比较。 关键词 铷原子、超精细结构、塞曼能级分裂、光抽运、磁共振、 1. 引言 在磁场中,塞曼分裂导致的磁能级间距通常比较小,因此,产生磁共振现象所需的能量通常位于射频或微波波段。此波段的电磁波能量要比光频段的能量小得多,普通的光谱仪器根本无法分辨,所以对于那些磁共振信号很微弱的样品(比如气体样品)很难探测。光抽运是用圆偏振光激发气态原子,打破原子在所研究能级间的热平衡分布,造成能级间所需要的粒子数差,以便在低浓度条件下提高磁共振信号强度。光泵磁共振是利用光抽运效应来研究原子超精细结构塞曼子能级间的磁共振。光泵磁共振采用光探测方法,探测原子对光量子的吸收,而不直接测量射频量子,克服了磁共振信号弱的缺点,大大提高了探测灵敏度。 本实验研究铷原子(Rb )的光泵磁共振现象,并测量Rb 的朗德因子。天然铷有两种同位素: 丰度为72.15%的Rb 85,丰度为27.85%的Rb 87。 2. 实验原理 2.1 Rb 原子基态及最低激发态的能级 Rb 是碱金属原子,最外层有一个价电子,基态时位于5s 能级上,其轨道

角动量量子数L=0,自旋角动量量子数为S=1/2,考虑L-S 耦合后,其总角动量J=1/2,记作52S 1/2 ,其最近激发态为52P 1/2和52P 3/2。电子由5p 跃迁到5s 所产生的光辐射是Rb 原子主线系的第一条线,为双线,其强度在Rb 灯光谱中特别高,其中52P 1/2到52S 1/2跃迁产生的谱线称为D 1线,波长794.8nm ,52P 3/2到52S 1/2跃迁产生的谱线称为D 2线,波长780.0nm 。 在核自旋量子数I=0时,原子的价电子经L-S 耦合后总角动量J P 与原子总磁矩J μ 关系为 2J J J e e g P m μ=- (1)(L 1)(S 1) 12(J 1) J J J L S g J +-+++=+ + 但当I ≠0时,原子总角动量还要考虑核的贡献。由量子数F 标定原子的超精细结构能级。原子总角动量P F 与总磁矩μF 之间的关系为 2F F F e e g P m μ=- F(F 1)(J 1)(I 1) 2(F 1) F J J I g g F +++-+=+ 在弱磁场中原子的超精细结构产生反常塞曼分裂,磁量子数m F =F ,F-1……,-F ,会产生2F+1个能级间距基本相等的塞曼子能级,如图2-1所示 图2-1 铷原子能级图

南京大学_光磁共振实验报告

光磁共振 (大学物理学院 210000) 摘要:光磁共振是利用光抽运的方法,进一步提高磁共振灵敏度的技术。本实验依据光磁共振技术,运用“光抽运—磁共振—光探测”的方法,测量地磁场垂直分量和水平分量以及铷原子的相关参量。 关键词:光磁共振;光抽运;磁共振;塞曼效应;塞曼子能级;地磁场;朗德因子 一、实验目的 1. 掌握“光抽运—磁共振—光探测”的思想方法和实验技巧,研究原子超精细结构塞曼子能级间的射频磁共振。 2. 测定銣原子87Rb 和85Rb 的参数:基态朗德因子F g 和原子核的自旋量子数I 。 3. 测定地磁场 B 地的垂直分量B 地垂直、水平分量B 地水平 及其倾角θ。 二、实验原理 光磁共振技术是根据动量守恒原理,用光学抽运来研究原子超精细结构塞曼子能级间微波或射频磁共振现象的双共振技术。特点是兼有波谱学方法的高分辨率和光谱学方法的高探测灵敏度。 1.铷原子的超精细结构及其塞曼分裂 铷是一价碱金属原子,有一个价电子,处于第五壳层,主量子数n=5,电子轨道量子数L=0,1,2,3…,n-1,电子自旋S=1/2。铷原子中价电子的轨道角动量L P 和自旋角动量S P 发生轨道—自旋耦合(LS 耦合),得到电子总角动量J P ,其数值 ,,1,,J P J L S L S L S ==++-???-。当不考虑铷原子核的自旋时,铷原子总 磁矩2J J J e e g P m μ=-,其中,e e m -分别为电子的电荷、质量。朗德因子 (1)(1)(1) 12(1) J J J L L S S g J J +-+++=++ 从而形成原子的超精细结构能级,这时,铷原子的基态能级21 S J n S +对应于n=5,L=0,S=1/2,J=1/2,即为212 5S ,相应的朗德因子2J g =;铷原子的第一激发态能级 21S J n P +对应于n=5,L=1,S=1/2,J=1/2、3/2,是双重态,即为212 5P 和232 5P ,相应的朗德因 子24 ,33J g = 。221322 55P S →的能级跃迁产生光谱线1D 线(1794.76nm λ=);22332 2 55 P S →的跃迁产生光谱线2D 线(2780.0nm λ=)。本实验观测与1D 线有关的能 级的超精细结构及其在弱磁场中的塞曼分裂。 通常原子核也具有角动量,记原子核的总角动量为P ,它是核中质子和中子的轨道角动量和自旋角动量的矢量和,核的总角动量的数值I P = ,通常也称为核自旋,其中I 称为核的自旋量子数,I 为整数或半整数,已知稳定的原子核的I 值在0~7.5之间。核的总角动量I P 的最大可测的分量值为I 。当0I ≠时,原子核的总磁矩为

光泵磁共振实验报告

铷原子的光泵磁共振实验 学号 姓名: 实验日期: 指导老师: 【摘要】 在本实验中我们运用光泵磁共振技术,研究了铷原子的光抽运信号和磁共振信号,最终测量得87 Rb 的朗德F g 因子为0.4981,85Rb 的朗德F g 因子为0.3348,以及地磁场的大小为0.4245GS. 关键词:光抽运、磁共振、超精细结构、塞曼子能级、朗德F g 因子 一、引言: 光泵,也称光抽运,是借助于光辐射获得原子基态超精细结构能级或塞曼子能级间粒子数的非热平衡分布的实验方法。光泵磁共振技术实际上是将光抽运技术和射频或微波磁共振技术相结合的一种实验技术,它是1955年法国科学家卡斯特勒(A.Kastler )发明的。在光泵磁共振技术中,一方面光抽运改变了磁能级上的粒子数分布,使更多的粒子参与磁共振;另一方面采取光探测的方法而不直接测量射频量子,从而克服了磁共振信号弱的缺点,把探测灵敏度提高了七八个数量级。如今,光泵磁共振已广泛应用于基础物理研究,比如原子的磁矩、能级结构和g 因子测量。此外,在原子频标、激光及弱磁场测量等方面,这一方法也是极为有利的实验手段。 本实验研究铷原子的光泵磁共振现象,并测量铷原子的朗德g 因子和地磁场强度。 二、 原理: 实验研究的对象是Rb 原子,其最外层有一个价电子,位于5s 能级上,因此其电子轨道角动量量子数L=0,电子自旋轨道角动量量子数s=1/2.其总角动量量子数 s L S L S L J --++= ,1,。所以Rb 原子的基态只有2/1=J ,标记为2/125S 。5P 与基 态5S 之间产生的跃迁是铷原子主线系的第一条谱线,谱线为双线。2 /12P 5到 2 /12S 5的跃迁 产生的谱线为D1线,波长是794.8nm ;2 /12P 5到 2 /12S 5的跃迁产生的谱线为D2线,波长是 780.0nm 。 在核自旋I=0时,原子的价电子经L-S 耦合后总角动量和原子的总磁矩的关系为 2J J J e e g P m μ =- (1)

物理试验要求及数据表格

福建农林大学物理实验要求及原始数据表格 实验用电流场模拟静电场 专业___________________学号___________________姓名___________________ 一、预习要点 1.了解静电场的和电场线的基本特点,电位线与电场线的关系; 2.了解模拟法测绘静电场的原理与方法; 3.在模拟静电场时,对模拟电极和模拟介质各有什么要求。 二、实验内容、步骤及注意事项 做此实验要自备画图白纸或坐标纸。 用GVZ-3型静电场描绘实验仪模拟静电场。从实验测量来讲,测定电位比测定场强容易实现,所以可先测绘等位线,然后根据电场线与等位线正交的原理,画出电场线。这样就可由等位线的间距确定电场线的疏密和指向,将抽象的电场形象的反映出来。 1.描绘带电长直同轴圆柱面的等势面及电场线 (1)按要求连接好电路,检查无误后接通电源; (2)将坐标纸固定在静电场描迹仪上层载纸扳并用磁条压好,探针的下针放入电极内,上针放在坐标纸上准备打孔;(实验前,先用压纸磁条固定好所用白字或坐标纸,然后用同步探针定好电极位置,并用铅笔描绘出电极形式) (3)将电源输出电压调整为10.00V,再将输出与测量开关转到测量端; (4)将探针的下针对准内电极中心,上针在坐标纸上打孔;以该点为中心等角度地做八条辐射线,用探针沿着八条辐射线从里向外移动找到电势分别为 6.00V、5.00V、4.00V、3.00V、2.00V、1.00V的点并打孔; (5)取下坐标纸,用直尺测出r a和r b的值及各等势点的半径记入表中; (6)描画出带电长直同轴圆柱面的等势线及电场线。(参考讲义) 2.描绘平行输出线的等势面及电场线 (1)同样方法测绘平行输出线的等势面簇,输出电压仍然调整为10.00V ; (2)用探针分别找到电势为8.00V、6.50V、5.00V、3.50V、2.00V点并打孔,同一电势值在两电极之间至少找八个点; (3)描画出平行输出线的等势线及电场线。(参考讲义) 3.描绘一个劈尖电极和一个条形电极形成的静电场分布(方法与上面类似) 三、思考题 1.根据测绘所得等位线和电力线分布,分析哪些地方场强较强,哪些地方场强较弱? 2.为什么要用模拟法描绘静电场?为什么用电势而不用电场强度来测绘静电场? 3.从实验结果能否说明电极的电导率远大于导电介质的电导率?如不满足这条件会出现什么现 象? 1

用示波器观察铁磁材料的动态磁滞回线-实验报告

用示波器观察铁磁材料的动态磁滞回线-实验报告

2 B a B B s c a' b' H H m o B r H c 图1 起始磁化曲线和磁滞回线 用示波器观察铁磁材料动态磁滞回线 【摘要】铁磁材料按特性分硬磁和软磁两大类,铁磁材料的磁化曲线和磁滞回线,反映该材料的重要特性。软磁材料的矫顽力H c 小于100A/m ,常用做电机、电力变压器的铁芯和电子仪器中各种频率小型变压器的铁芯。磁滞回线是反映铁磁材料磁性的重要特征曲线。矫顽力和饱和磁感应强度B s 、剩磁B r P 等参数均可以从磁滞回线上获得.这些参数是铁磁材料研制、生产、应用是的重要依据。 【关键词】磁滞回线 示波器 电容 电阻 Bm Hm Br H 【引言】铁磁物质的磁滞回线能够反映该物质的很多重要性质。本实验主要运用示波器的X 输入端和Y 输入端在屏幕上显示的图形以及相关 数据,来分析形象磁滞回线的一些因素,并根据 数据的处理得出动态磁滞回线的大致图线。 【实验目的】 1. 认识铁磁物质的磁化规律,比较两种典 型的铁磁物质的动态磁化特性。 2. 测定样品的H D 、B r 、B S 和(H m ·B m )等参 数。 3. 测绘样品的磁滞回线,估算其磁滞损耗。 【实验仪器】 电阻箱(两个),电容(3-5微法),数字万用表,示波器,交流电源,互感器。 【实验原理】 铁磁物质是一种性能特异,用途广泛的材 料。铁、钴、镍及其众多合金以及含铁的氧化物 (铁氧体)均属铁磁物质。其特征是在外磁场作用下能被强烈磁化,故磁导率μ很高。另一特征是磁滞,即磁化场作用停止后,铁磁质仍保留磁化状态,图1为铁磁物质的磁感应强度B 与磁化场强度H 之间的关系曲线。 图中的原点O 表示磁化之前铁磁物质处于磁中性状态,即B =H =O ,当磁场H 从零开始增加时,磁感应强度B 随之缓慢上升,如线段oa 所示,继之B 随H 迅速增长,如ab 所示,其后B 的增长又趋缓慢,并当H 增至H S 时,B 到达饱和值B S ,oabs 称为起始磁化曲线。图1表明,当磁场从H S 逐渐减小至零,磁感应强度B 并不沿起始磁化曲线恢复到“O ”点,而是沿另一条新的曲线SR 下降,比较线段OS 和SR 可知,H 减小B 相应也减小,但B 的变化滞后于H 的变化,这现象称为磁滞,磁滞的明显特征是当H =O 时,B 不为零,而保留剩磁Br 。 当磁场反向从O 逐渐变至-H D 时,磁感应强度B 消失,说明要消除剩磁,必须施加反向磁场,H D 称为矫顽力,它的大小反映铁磁材料保持剩磁状态的能力,线段RD 称为退磁曲线。 图1还表明,当磁场按H S →O →H D →-H S →O →H D ′→H S 次序变化,相应的磁感应强度B 则沿闭合曲线S SRD 'S D R ''变化,这闭合曲线称为磁滞回线。所以,当铁磁材料处于交变磁场中时(如变压器中的铁心),将沿磁滞回线反复被磁化→去磁→反向磁化→反向去磁。在此过程中要消耗额外的能量,并以热的形式从铁磁材料中释放,这种损耗称为磁滞损耗,可以证明,磁滞损耗与磁滞回线所围面积成正比。

3.光磁共振实验预习报告

光磁共振实验预习报告 【摘要】 光磁共振是利用光泵抽运方法来研究气态原子基态及激发态精细和超精细结构塞曼能级间的磁共振。实际上是使原子、分子的光学频率的共振与射频或微波频率的磁共振同时发生的一种双共振现象。本实验在加深对原子超精细结构的理解的基础上,掌握观测光抽运效应的条件和方法,观察和测量共振信号的扫场法,超精细结构的理解,掌握以光抽运为基础的光检测磁共振方法,进而测定铷原子两个同位素Rb 87 或Rb 85 的超精细结构塞曼子能级的朗德因子g 的测量。 【关键字】 光磁共振 精细结构 铷原子 朗德因子 【引言】 光磁共振是“激光之父”卡斯特勒提出并实现。它的基本思想是利用光的抽运效应造成原子基态Zeeman 能级上粒子布居的偏极化,即偏离热平衡时所遵循的Boltzmann 分布。然后利用磁共振效应对这种偏极化布局进行扰动,使光的抽运速率变化。通过对抽运速率变化的探测来研究原子塞曼能级超精细结构。 由于气体原子塞曼子能级间的磁共振信号非常弱,用磁共振的方法难以观察。 1950年卡斯特勒(A.Kastler)提出了光抽运方法(又称光泵),使原子能级的粒子数分布产生重大改变,并利用抽运光对磁共振信号作光检测,从而大大提高了信号强度和检测灵敏度,成功地观测了气体原子塞曼子能级间的磁共振,由此发展起来的光泵磁共振技术,为现代原子物理学的研究提供了新的实验手段,并为激光和量子频标的发展打下了基础,卡斯特勒也因此荣获1966年度的诺贝尔物理奖。 【正文】 一、实验原理 1. 铷(Rb )原子基态及最低激发态的能级 铷的价电子处于第五壳层,主量子数n=5。基态的L=0, 最低激发态的L=1。电子还具有自旋,电子自旋量子数S=1/2。由于电子的自旋与轨道运动的相互作用(既L —S 耦合)而发生能级分裂,称为精细结构。电子轨道角动量L P 与其自旋角动量S P 的合成电子的总角动量S L J P P P +=。 原子能级的精细结构用总角动量量子数J 来标记,J=L+S ,L+S-1,…,|L-S |.对于基态, L=O 和S=1/2,因此Rb 基态只有J=1/2。其标记为521/2S 。铷原子最低激发态是 3/22P 5及1/22P 5。1/22P 5态的J=1/2, 3/22P 5态的J=3/2。5P 于5S 能级之间产生的跃迁是 铷原子主线系的第1条线,为双线。它在铷灯光谱中强度是很大的。1/22P 5→1/22S 5跃迁产

实验 光泵磁共振实验

实验 光泵磁共振实验 在五十年代初期,法国物理学家卡斯特勒(A ·H ·Kastler )提出了光抽运(optical pumping ,又称光泵)技术,并发现和发展了研究原子核磁共振的光学方法,因此于1966年荣获诺贝尔物理学奖。 光抽运(即光泵)是用圆偏振光束激发气态原子的方法,以打破原子在所研究的能级间的玻耳兹曼热平衡分布,造成所需的布居数差,从而在低浓度的条件下提高了核磁共振强度,这时再用相应频率的射频场激励原子的磁共振。在探测核磁共振方面,不是直接探测原子对射频量子发射或吸收,而是采用光电探测的方法,探测原子对光量子的发射或吸收。由于光量子的能量比射频量子高八个数量级,所以探测信号的灵敏度比一般磁共振探测技术高八个数量级。 三十多年来,用光抽运——磁共振——光电探测技术对许多原子、离子和分子进行了大量研究,增进了对微观粒子结构的了解。如对原子的磁矩、朗德因子g ,能级结构、塞曼分裂等,尤以对碱金属原子(铷等)激发态精细与超精细结构的研究方面起了很大推动作用。此外光抽运技术在激光、原子频标和精测弱磁场等方面也都有广泛的应用。 本实验以碱金属——铷(Rb )原子做为研究对象,所涉及的物理内容丰富,应用到原子物理学,光学,电磁学及无线电电子学等方面的知识,并定性或定量地了解到原子内部的很多信息。它是典型的波谱学教学实验之一。 实验原理 1、 铷(Rb )原子的精细结构与超精细结构能级 本实验研究气态的自由原子——铷(Rb ),它和所有碱金属原子Li 、Na 、K 一样,在紧紧束缚的满壳层外只有一个电子。铷的价电子处于第五壳层,主量子数n = 5。n 为5的电子,其轨道量子数L = 0,1,2,3,4,(n -1)。基态L = 0,最低激发态L = 1,电子自旋量子数s = 1/2。 由于电子的轨道运动与自旋的相互作用(即L-S 耦含)而发生的能级分裂,称为原子的精细结构(见图1)。轨道角动量L P 与自旋角动量S P 合成为总角动量S L J P P P +=。原子能级的精细结构用总角动量量子数J 标记, J =L +S ,L +S -1,……,|L -S |。对基态,L =0和S =1/2,因此Rb 基态J =0+1/2=1/2。其标记为 52S 2/1。Rb 最低激发态,L =1和S =1/2,因此J =1/2 和J =3/2,是双重态:52P 1/2和52P 3/2。5P 与5S 能级之间产生跃迁是Rb 原子主线系第1条线, 为双线。它在铷灯光谱中强度是很大的。52P 1/2 →52S 1/2跃迁产生波长为7947.6?为D 1谱线, 52P 3/2→52S 1/2跃迁产生波长为7800A 为D 2谱线。

光磁共振实验讲义

25P 1 2 794.76nm 780.0nm Fig.1 铷原子精细结构的形成 光磁共振讲义 一、 讲课形式(时间安排) 40分钟理论及相关知识的讲述,15分钟仪器介绍及操作演示。 二、 教学要求 1 通过研究铷原子基态的光磁共振,加深对原子超精细结构的认识; 2 掌握光磁共振的实验技术; 3 测定铷原子的g 因子和测定地磁场。 三、 实验原理 1.概念介绍 1) 光抽运(光泵):利用光照射打破原子在所研究能级间的热平衡态,造成 期望集居数差,它基于光和原子间的相互作用。 2) 如何提高探测灵敏度:采用光探测,探测原子对光量子的吸收而不是采 用一般的磁共振的探测方法(直接探测原子对射频量子的吸收),因光量子能量比射频量子能量高几个数量级,因而大大提高探测灵敏度。 3) 光磁共振:是将光抽运、磁共振、光探测技术结合起来研究气态原子精 细和超精细结构的一种实验技术,加深了人们对原子磁矩、 因子、能级寿命、能级精细结构、超精细结构及原子间相互作用的认识。 2.铷原子的能级分裂(精细结构的形成) 1) 研究对象:铷(Rb )的气态自由原子,价电子处于第五电子层,主量子 数n=5,轨道量子数L=0,1,…,n-1,电子自旋量子数S=1/2 2) 原子精细结构的形成:由电子的自旋与轨道运动相互作用(L-S 耦合) 发生能级分裂 3) 铷原子基态与最低激发态的形成:用J 表示电子总角动量量子数,J=L+S,L+S-1,…,|L-S| 4) 对于基态,L=0,S=1/2,得J=1/2,标记 为21/25S ;对于最低激发态,L=1,S=1/2, 得J=3/2,1/2,标记为22 3/21/25,5P P ,如右 图所示,形成两条谱线。

钟浩鹏 光泵磁共振实验报告

扬州大学物理科学与技术学院 近代物理实验论文实验名称:光泵磁共振实验及地磁场的测量 班级:物教1301班 姓名:钟浩鹏 学号:130801131 指导老师:王文秀

光泵磁共振实验报告 摘要:在本实验中,我们通过调节水平磁场,竖直磁场和扫场观察了抽运信号和光泵磁共振现象。通过测量水平磁场的电流值并计算得到铷的朗德因子g。同时通过地磁场水平分量与总磁场和扫场的关系,计算出地磁场的水平分量大小。由于装置的摆放决定了总场沿水平方向时共振信号最强,由此测量了地磁场竖直分量的大小,从而测得了地磁场的大小和方向。In this experiment, we adjust the horizontal magnetic field, the vertical magnetic field and sweeping field observed the pumping signal and optical pump magnetic resonance phenomenon. By measuring the level of the current value of the magnetic field and calculate the rubidium land factor g. At the same time through the geomagnetic field level component to the total magnetic field and sweeping field, the relationship between size to calculate the horizontal component of the geomagnetic field. Put the device determines the strongest resonance signal when PLD along the horizontal direction, thus to measure the size of the vertical component of geomagnetic field, so as to have the size and direction of the magnetic field. 关键词:光抽运;光泵磁共振;地磁场 一、引言 光泵也称光抽运,是借助于光辐射获得原子基态超精细结构能级及塞曼子能级间粒子数的非平衡分布的实验方法。光泵磁共振技术于1955年由法国科学家卡斯特勒发明,它是将光抽运技术和射频或微波磁共振技术相结合的一种实验技术,这种技术最早实现了粒子数反转。气体原子塞曼子能级之间的磁共振信号非常弱,普通方法很难探测。本实验利用光泵磁共振方法克服了磁共振信号弱的特点,将探测灵敏度提高了七八个数量级,能在弱磁场下精确检测原子能级的超精细结构。本实验研究Rb原子的光泵磁共振现象,天然Rb有两种同位素: 85 Rb(丰度为72.15%)、87 Rb(丰度为27.85%)。 二、实验原理 1.铷原子基态和最低激发态的能级 铷(Z=37)是一价金属元素,天然铷中含量大的同位素有两种:87Rb,占27.85 %和85Rb,占72.15%。它们的基态都是52S1/2。 图1 Rb原子精细结构的形成 在L—S耦合下,形成双重态:52P1/2和52P3/2,这两个状态的能量不相等,产生精细分裂。因此,从5P到5S的跃迁产生双线,分别称为D1和D2线,如图1所示,它们的波长分别是794.76nm和780.0nm。

大学物理实验报告表doc

大学物理实验报告表 图片已关闭显示,点此查看 **学院物理系大学物理 学生实验报告 实验项目:实验地点:班级:姓名:座号: 实验时间:月 物理系编制 一、实验目的: 二、实验仪器设备: 三、实验原理: 四、实验步骤: 教师签名: 五、实验数据记录 六、实验数据处理 七、实验结论与分析及思考题解答 1、对实验进行总结,写出结论: 2、思考题解答: 北京师范大学珠海分校 大学物理实验报告 实验名称:杨氏弹性模量的测定 院专业学号

姓名 同组实验者 XX 年月日 实验名称 一、实验目的。。。。。。。。。 二、实验原理。。。。。。。。。。 三、实验内容与步骤。。。。。。。。。 四、数据处理与结果。。。。。。。。。 五、附件:原始数据 ****说明: 第五部分请另起一页,将实验时的原始记录装订上,原始记录上须有教师的签名。 图片已关闭显示,点此查看 大学物理演示实验报告 院系名称:勘察与测绘学院 专业班级: 姓名: 学号: 图片已关闭显示,点此查看 图片已关闭显示,点此查看 辉光盘 【实验目的】:

观察平板晶体中的高压辉光放电现象。 【实验仪器】:大型闪电盘演示仪 【实验原理闪电盘是在两层玻璃盘中密封了 涂有荧光材料的玻璃珠,玻璃珠充有稀薄的 惰性气体。控制器中有一块振荡 电路板,通过电源变换器,将12V低压直流 电转变为高压高频电压加在电极上。 通电后,振荡电路产生高频电压电场, 由于稀薄气体受到高频电场的电离作用二产 生紫外辐射,玻璃珠上的荧光材料受到紫外 辐射激发出可见光,其颜色由玻璃珠上涂敷 的荧光材料决定。由于电极上电压很高,故 所发生的光是一些辐射状的辉光,绚丽多彩,光芒四射,在黑暗中非常好看。 【实验步骤】: 1. 将闪电盘后控制器上的电位器调节到最小; 2. 插上220V电源,打开开关; 3. 调高电位器,观察闪电盘上图像变化,当电压超过一定域值后,盘上出现闪光; 4. 用手触摸玻璃表面,观察闪光随手指移动变化; 5. 缓慢调低电位器到闪光恰好消失,对闪电盘拍手或说话,观察辉光岁声音的变化。

磁滞回线

【实验内容与数据处理】 实验材料:FeCoVSiB非晶合金薄带,带宽b=1.55mm,带厚b=40μm 校准仪器常数用标准互感:互感系数(亨)M0=5.09×10?5 1.观察材料形状对磁化的影响 样品:条形,1#长3cm,2#长6.5cm; 磁化螺线管磁场强度:(U为示波器X轴读数);H=4.55×103 U/R0 探测线圈匝数:N2=150匝(附补偿线圈)。 用示波器观察两样品在同一频率和最大磁场下磁滞回线,记录相当于各样品的矫顽力Hc、饱和磁化强度Ms、剩余磁化强度Mr和最大磁化强度的读数Mm,比较两样品的矩形度Mr/M s。测完每个样品,将K1接校准一方(即接通标准互感),记录示波器显示图形X,Y的峰值,用式(6)计算仪器常数K0,用公式(11)计算相应的Mm、Mr,用以上磁场(H)公式计算矫顽力(H c)。 数据如下:单位(V) 由K0=U0 M0i0=U y M0 R U x 得短样品K0=6.17×104 V/Wb 长样品K0=5.40×104 V/Wb 又由M(t)=U(t) μ0K0N2S 其中μ0=4π×10?7H/m N2=150 匝 S = bd = 6.2×10?9m2 3 由以上数据对比可知,样品的长度会影响样品的磁性。 2. 观测外加应力对磁化的影响: 样品:条形,上端固定,下端吊有秤盘; 磁化螺线管的磁场强度:(附补偿线圈)H=1.47×104U.R 在秤盘上加不同重力砝码(不加、加50克、加100克),在同一频率和最大磁场下用示波器观察各自的磁滞回线,记录Mm、Hc、M r的值,N2=200匝,用公式(11)计算Mm、Mr,用本组磁场强度公式计算Hc。

实验三 数据表的创建与管理

实验三数据表的创建与管理 一、实验目的 (1)掌握表的创建方法。 (2)掌握修改表结构的方法。 (3)掌握添加、修改、删除表数据的方法。 二、实验内容 说明:在所有库文件名与表名取名时,请各位同学在所给定的文件名后加上下划线及学号后四位数字构成自己的实验数据库名与表名。如:XSGL1_20051101. 1、在数据库XSGL中创建表 (1)使用企业管理器创建表student Student表结构及其约束为: 表2-2 student表结构和约束 列名称类型宽度允许空值缺省值主键说明 Sno char 8 否是学号Sname varchar 8 否学生姓名Sex char 2 否男性别Birth smalldatetime 否出生年月Classno char 3 否班级号Entrance_date smalldatetime 否入学时间Home_addr varchar 40 是家庭地址操作步骤如下: (2)使用T-SQL语句创建表 1)创建表course表 Course表结构及其约束为: 表2-3 course表结构和约束 列名称类型宽度允许空值缺省值主键说明 cno Char 3 否是课程号Cname varchar 20 否课程名称Total_perior smallint 是总学时credit tinyint 是学分 其中学分须小于等于5. 创建course表T-SQL语句如下: (执行正确后请将以student.sql保存起来以备后用)。 插入相应的数据(至少2条)。 2)创建表SC表

SC表结构及其约束为: 表2-4 SC表结构和约束 列名称类型宽度允许空值缺省值主键外键说明 sno Char 8 否是学号 cno char 3 否是课程号grade tinyint 是否成绩 其中成绩为百分制。 创建SC表T-SQL语句如下: (执行正确后请将以SC.sql保存起来以备后用)。 2、管理表 (1)添加和删除列 练习1:给student表增加一列,字段名为stature(身高(以米单位)),类型为numeric,长度为(4,2),允许为空值,且身高值需小于3.0米。 1)使用企业管理器进行。 操作步骤如下: 插入该列后,在企业管理器中删除该列的操作步骤。 2)使用T-SQL语句进行。 添加stature字段的T-SQL语句。 删除stature字段的T-SQL语句。 练习2、在student表中添加两列,分别为: 所在系Sdept列,字符型,长度2,不允许为空值。 邮政篇码Postcode列,字符型,长度为6,可以为空,若不为空时,则要求其需满足其值只能出现数字,不能是其它字符。 使用T-SQL语句实现如下: (2)表的重命名及删除 1)使用企业管理器重命名及删除表。 重命名操作步骤: (如将student表重命名为student1表) 删除student1表的命令: 2)使用T-SQL语句实现 在查询分析器中,将已保存的student.sql打开,运行重建student表。 重命名student表为student1表的T-SQL语句。(提示:用存储过程) 删除student1表的T-SQL语句。

磁滞回线的测量(实验报告记录)()

磁滞回线的测量(实验报告记录)()

————————————————————————————————作者:————————————————————————————————日期: 2

实验名称:用示波器观测铁磁材料的动态磁滞回线 姓名学号班级 桌号教室基础教学楼1101 实验日期2016年月日节 此实验项目教材没有相应内容,请做实验前仔细阅读本实验报告!并携带计算器,否则实验无法按时完成! 一、实验目的: 1、掌握磁滞、磁滞回线、磁化曲线、基本磁化曲线、矫顽力、剩磁、和磁导率的的概念。 2、学会用示波法测绘基本磁化曲线和动态磁滞回线。 3、根据磁滞回线测定铁磁材料在某一频率下的饱和磁感应强度Bs、剩磁Br和矫顽力Hc 的数值。 4、研究磁滞回线形状与频率的关系;并比较不同材料磁滞回线形状。 二、实验仪器 1.双踪示波器 2.DH4516C型磁滞回线测量仪 石家庄铁道大学物理实验中心第3页共15页

三、实验原理 (一)铁磁物质的磁滞现象 铁磁性物质除了具有高的磁导率外,另一重要的特点就是磁滞。以下是关于磁滞的几个重要概念 1、饱和磁感应强度B S、饱和磁场强度H S和磁化曲线 石家庄铁道大学物理实验中心第4页共15页

石家庄 铁道大学物理实验中心 第5页 共15页 铁磁材料未被磁化时,H 和B 均为零。这时若在铁磁材料上加一个由小到大的磁化场,则铁磁材料内部的磁场强度H 与磁感应强度B 也随之变大,其B-H 变化曲线如图1(OS )曲线所示。到S 后,B 几乎不随H 的增大而增大,此时,介质的磁化达到饱和。与S 对应的H S 称饱和磁场强度,相应的B S 称饱和磁感应强度。我们称曲线OS 为磁性材料的磁化曲线。 图1 磁性材料的磁化曲线 图2 磁滞回线和磁化曲线 2、磁滞现象、剩磁、矫顽力、磁滞回线 当铁磁质磁化达到饱和后,如果使H 逐步退到零,B 也逐渐减小,但B 的减小“跟不上”H 的减小(B 滞后于H )。即:其轨迹并不沿原曲线SO ,而是沿另一曲线Sb 下降。当H 下降为零时,B 不为零,而是等于B r ,说明铁磁物质中,当磁化场退为零后仍保留一定的磁性。这种现象叫磁滞现象,B r 叫剩磁。若要完全消除剩磁B r ,必须加反向磁场,当B =0时磁场的值H c 为铁磁质的矫顽力。 当反向磁场继续增加,铁磁质的磁化达到反向饱和。反向磁场减小到零,同样出现B H B ~H H μB ~H S f d e

光磁共振实验剖析

光泵磁共振 光泵磁共振的基本思想是卡斯特勒(A.Kastlar)在50年代提出的,它是利用光抽运(0ptical pumping)效应来研究原子基态和激发态的超精细结构塞曼子能级间的磁共振。这个磁共振信号是非常弱的,而本实验应用了光泵的光检测的方法,使磁共振分辨率高(可达10-11T)的优点得到了保持,同时还能将探测灵敏度至少提高10个左右数量级。此方法不仅可以用于基础性研究,对于其它实用测量技术方面也有广泛的应用。实验中是以天然铷(Rb)为样品,研究碱金属铷原子基态光磁双共振。 一、实验目的 (1)掌握光抽运和光检测的原理和实验方法,加深对原子超精细结构、光跃迁及磁共振的理解。 (2)测定铷同位素85Rb和87Rb的g F因子、地磁场垂直和水平分量。 实验重点:实验装置中磁场的作用。 实验难点:光磁共振的应用—地磁场的测量 二、实验原理 光泵磁共振就是用光来检测和发现磁共振。这种磁共振可发生在一组塞曼能级之间或超精细结构之间,而不限定原子或分子是处于基态还是处于激发态,由于光子能量是射频量子能量的106~107倍,通过检测光子来探察射频量子的吸收或发射容易得多。 1、铷原子基态和最低激发态的能级 天然铷中含量大的同位素有两种:85Rb占72.15%,87Rb占27.85%。 由于电子轨道总角动量P L与自旋总角动量P S的LS耦合,使原子能级具有精细结构,用电子的总角动量量子数J表示:J=L+S,…,|L—S|。铷的基态,轨道量子数L=0,自旋量子数S=1/2,只有J=1/2一个态52S1/2。铷原子的最低激发态,轨道量子数L=1,自旋量子数S=1/2,则有双重态52P3/2态J=3/2和52P1/2态J=1/2。 已知核自旋I=0的原子的价电子LS耦合后,总角动量P J与原子总磁矩μJ的关系为:μJ=–g J eP J/(2m e)(1) J(J+1)—L(L+1)+S(S+1) g J=1+ ───────────────(2) 2J(J+1) 但铷原子的核自旋I≠0。所以核自旋角动量P I与电子总角动量P J耦合成原子总角动量

相关文档
最新文档