法拉第实验
法拉第效应实验报告
法拉第效应一．实验目的1．初步了解法拉第效应的经典理论。
2．初步掌握进行磁光测量的方法。
二．实验原理1．法拉第效应实验表明，偏振面的磁致偏转可以这样定量描述：当磁场不是很强时，振动面旋转的角度F θ与光波在介质中走过的路程l 及介质中的磁感应强度在光的传播方向上的分量H B 成正比，这个规律又叫法拉第一费尔得定律，即F H VB l θ=()1比例系数V 由物质和工作波长决定，表征着物质的磁光特性，这个系数称为费尔得常数，它与光频和温度有关。
几乎所有的物质都有法拉第效应，但一般都很不显著。
不同物质的振动面旋转的方向可能不同。
一般规定：旋转方向与产生磁场的螺线管中电流方向一致的，叫正旋（0V >）反之叫负旋（0V <）。
法拉第效应与自然旋光不同，在法拉第效应中，对于给定的物质，偏振面相对于实验室坐标的旋转方向，只由B 的方向决定和光的传播方向无关，这个光学过程是不可逆的。
光线往返一周，旋光角将倍增。
而自然旋光则是可逆的，光线往返一周，累积旋光角为零。
与自然旋光类似，法拉第效应也有色散。
含有三价稀土离子的玻璃，费尔德常数可近似表示为：()122t V K λλ-=-()2这里K 是透射光波长t λ，有效的电偶极矩阵元，温度和浓度等物理量的函数，但是与入射波长λ无关。
这种V 值随波长而变的现象称为旋光色散。
2．法拉第效应的经典理论从光波在介质中传播的图像看，法拉第效应可以这样理解:一束平行于磁场方向传播的平面偏振光，可以看作是两柬等幅的左旋和右旋偏振光的叠加，左旋和右旋是相对于磁场方向而言的。
介质中受原子核束缚的电子在人射光的两旋转电矢量作用下，作稳态的圆周运动。
在与电子轨道平面相垂直的方向上加一个磁场B ，则在电子上将引起径向力M F ，力的方向决定于光的旋转方向和磁场方向。
因此，电子所受的总径向力可以有两个不同的值。
轨道半径也可以有两个不同的值。
结果，对于一个给定的磁场就会有两个电偶极矩，两个电极化率。
法拉第效应实验
法拉第效应
一、实验目的
1、了解法拉第效应原理 、 2、掌握光线偏振面旋转角度的测量方法，研究磁感应 、掌握光线偏振面旋转角度的测量方法，
强度和旋转角度的关系
3、测量不同颜色光的旋光角，研究波长和费尔德常数 、测量不同颜色光的旋光角，
的关系
重点： 重点：法拉第测试仪器的正确使用 难点：法拉第效应原理的理解
磁感应强度B与励磁电流I的关系
四、实验内容
3、数据处理
样品名称：重火石玻璃
λ (nm) φ 度） （
B(GS )
2000 3000 4000 5000 6000 422.5 （紫） 534.5 （绿） 587 （黄）
D＝10.1mm
701 （红）
五、实验注意事项
1．认清单色仪狭缝开启方向，切勿使其 认清单色仪狭缝开启方向， 关闭过零。 关闭过零。 2．数显表溢出时，可关小单色仪人射狭 数显表溢出时， 缝或调整放大倍率。 缝或调整放大倍率。 3．数显表未与整机相连时，切勿接通电 数显表未与整机相连时， 以免烧坏仪器。 源，以免烧坏仪器。
二、实验原理
法拉第效应
当一束平面偏振光穿过一些原来不具有旋光性的介质， 当一束平面偏振光穿过一些原来不具有旋光性的介质，且给 介质沿光的传播方向加一磁场， 介质沿光的传播方向加一磁场，就会观察到光经过该介质后偏振 面旋转了一个角度，也就是说磁场使介质具有了旋光性。 面旋转了一个角度，也就是说磁场使介质具有了旋光性。这种现 象就是磁光效应， 象就是磁光效应，亦称法拉第效应 在法拉第效应中，光矢量旋转的角度θ 在法拉第效应中，光矢量旋转的角度θ与光在介质中通距离 L及磁感应强度B成正比，即 及磁感应强度B成正比， θ＝VBL 式中V是表征物质磁光特性的系数（ 式中V是表征物质磁光特性的系数（取决于样品介质的材料 特性和工作波长），称为费尔德 Veraet）常数。 ），称为费尔德（ 特性和工作波长），称为费尔德（Veraet）常数。
法拉第电磁感应实验原理
法拉第电磁感应实验原理
法拉第电磁感应实验是1820年英国物理学家安德烈·法拉第发明的，是一种利用自
然电磁现象实现的实验，主要用于研究电磁位置关系以及电磁变化之间的联系。
实验装置主要由交流电源、线圈、四极体两个半磁芯以及经过线圈之后由四极体定
向形成的调节电压的电容器组成。
首先，将线圈作为回路，给其输入交流电，在这时可以观察到铁芯半磁芯会受到电动
力的作用，不断想水平方向进行转动。
这就说明了，电磁位置是可以相互作用的，并且是
随着时间而变化的。
其次，当把四极体放到线圈中，并通过电容器来调节电压，可观察出当电压调节时，
半磁芯也会随着电压的变化而变化，甚至旋转方向也会发生改变，从而表明强度和方向哪
家步如此，从而可以拓展出磁力的变化规律。
最后，也可以根据法拉第电磁感应实验，通过观察现象推测出它的原理：当发生高频
交流电态，在线圈中产生的磁场强度比施加的电动力的力流更大，对四极体产生排斥力，
使半磁芯旋转，半磁芯随着变化的交流电的方向而改变。
这样，就可以实现电磁冲击作用，即改变经过线圈的电流引起磁场变化，从而产生动力，使得半磁芯运动。
探索法拉第电磁感应定律的实验及应用
探索法拉第电磁感应定律的实验及应用引言：法拉第电磁感应定律是电磁学的基本定律之一，它描述了导体中的电流随时间变化而产生的感应电动势。
本文将通过实验探索法拉第电磁感应定律，并阐述其在生活中的实际应用。
实验一：磁铁穿过线圈实验目的：验证法拉第电磁感应定律中的电磁感应现象。
实验原理：当磁铁穿过线圈时，由于磁感线的变化，线圈中的电流也发生了变化，从而产生了感应电动势。
实验步骤：1. 准备一根磁铁和一个线圈。
2. 将线圈接入一个示波器，调节示波器使其显示电压随时间的变化曲线。
3. 将磁铁快速穿过线圈的中心。
4. 观察示波器上电压随时间的变化曲线，并记录结果。
实验结果：在磁铁穿过线圈的瞬间，示波器上显示的电压出现了明显的变化，随后回归到零值。
实验分析：根据法拉第电磁感应定律，当磁场穿过线圈时，导体中的电流会随之产生。
因此，在磁铁穿过线圈的瞬间，线圈中会产生瞬时电流，进而产生感应电动势。
实验二：电磁感应的应用——发电机实验目的：探究法拉第电磁感应定律在发电机中的应用。
实验原理：发电机是利用导体在磁场中运动引起电磁感应的装置，通过转动磁铁和线圈的相对运动产生电能。
实验步骤：1. 准备一个磁铁和一个线圈。
2. 将线圈连接到一块电阻上，并将电阻接入电路中。
3. 保持磁铁静止，转动线圈。
4. 观察电路中电阻上的电压，并记录结果。
实验结果：当线圈转动时，电路中的电压明显升高，电阻上出现了电流。
实验分析：在发电机中，当磁铁通过线圈时，线圈会受到磁通量的变化，从而产生感应电动势。
将线圈连接到电路中，电流便会通过电阻产生功率，从而发电。
实际应用：1. 发电机：法拉第电磁感应定律的应用使得发电成为可能。
利用发电机，我们可以将机械能转化为电能，满足我们生活和工业上的用电需求。
2. 电磁感应传感器：电磁感应技术在温度计、压力传感器、位移传感器等多种传感器中广泛应用。
传感器中的线圈产生的感应电流和感应电压可以通过测量来得知温度、压力等物理量的变化。
初中物理实验测量光的速度
初中物理实验测量光的速度光是一种电磁波，具有很高的速度，能在真空中传播。
为了准确测量光的速度，科学家们进行了一系列的实验，其中最著名的实验是法拉第实验。
下面将详细介绍法拉第实验的步骤和原理，并探讨其他一些测量光速的方法。
一、法拉第实验1. 实验原理法拉第实验基于光的干涉现象，利用光的波长和干涉条纹的间距之间的关系来测量光的速度。
当两束光相遇时，会产生干涉现象，形成明暗相间的干涉条纹。
根据干涉条纹的间距和光的波长，可以计算出光的速度。
2. 实验步骤（1）实验器材准备：一个可调节的光源，例如激光器或者钠灯，一块玻璃板和一个二维光栅。
（2）将光源对准光栅，调整到适当的角度，使得光栅的条纹在玻璃板上均匀分布。
（3）观察干涉条纹：用放大镜观察玻璃板上的干涉条纹，并记录下相邻条纹的间距。
（4）测量光的速度：根据所用光的波长和干涉条纹的间距，利用公式v = λf计算出光的速度。
二、其他测量光速的方法除了法拉第实验，还有其他一些方法可以测量光的速度，如：1. 迎风飞行法在夜晚，选择一个距离较远的标志物，如电线杆等，用手持的手电筒做光源，迅速移动手电筒，并记录下标志物在不同位置出现的时间差。
根据距离和时间差，可以计算出光的速度。
2. 光线折射法利用光在介质中传播时的折射现象，测量光的速度。
将一束光射入一个介质中，并记录下折射角度及光线通过介质的时间。
根据折射角度和时间，可以计算出光的速度。
3. 光学纤维方法利用光在光学纤维中传播的速度来测量光的速度。
将一束光射入纤维中，并记录下光线通过纤维的时间。
根据纤维的长度和时间，可以计算出光的速度。
三、实验误差及改进在进行光速测量实验时，可能会存在一些误差：1. 仪器误差：实验仪器的精度会影响数据的准确性，使用更加精确的仪器可以减小误差。
2. 环境因素：温度、湿度等环境因素会对光速的测量结果产生影响，保持实验环境稳定可以减小误差。
3. 实验操作：实验操作不准确也会导致测量误差，进行实验时需要注意仪器的校准和操作的规范性。
法拉第效应实验
实验法拉第效应实验【实验目的】1. 了解和掌握法拉第效应的原理；2. 了解和掌握法拉第效应的实验装置结构及实验原理；3. 学会测量法拉第效应旋光角、计算费尔德常数、测量并计算电子核质比。
【实验仪器和用具】光源，单色仪，起偏镜，电磁铁，检偏镜，光倍管，数显表，游标卡尺，样品【实验原理】1.法拉第效应1845年法拉第发现磁场会引起磁性介质折射率变化而产生旋光现象，即加在介质上的磁场引起了平行于磁场方向传播的线偏振光偏振面的旋转，且光波偏振面偏转角（磁致旋光角）与光在介质中通过的长度D及介质中磁感应强度在光传播方向上的分量B成正比。
此即为法拉第效应。
法拉第效应在固体、液体和气体中都存在。
大部分物质的法拉第效应很弱，掺稀土离子玻璃的法拉第效应稍明显些，而有些晶体如YIG等的法拉第效应较强。
同时，由于法拉第效应弛豫时间极短，对温度稳定性要求低。
故法拉第效应有许多重用的应用，如光纤通讯中的磁光隔离器、单通器，激光通讯，激光雷达等技术中的光频环行器、调制器等，以及磁场测量的磁强计等。
磁光隔离器可减少光纤中器件表面反射光对光源的干扰；磁光隔离器也被广泛用于激光多级放大技术和高分辨的激光光谱技术，激光选模等技术中。
在磁场测量和电流方面，可测量脉冲强磁场、交变强磁场、等离子体中强磁场、低温超导磁场、几千-几千KV的高压电流等。
此外，利用法拉第效应还可研究物质结构、载流子有效质量、能带等。
不同物质偏振面旋转方向可能不同。
通常规定：振动面的旋转方向和产生磁场的螺旋线圈中电流方向一致，称为正旋(V＞0)；反之，叫做负旋(V＜0)。
对于给定物质，其固有旋光效应沿顺光线和逆光线方向观察时线偏振光的振动面的旋向完全相反，因此，当光波往返两次穿过固有旋光物质时振动面复位。
而法拉第效应则不然，其旋转方向仅由磁场方向决定，而与光传播方向无关。
若磁场方向不变，光线往返穿过磁致旋光物质时，法拉第转角将加倍。
利用该特性，可令光线在介质中往返数次，从而加强旋转效应。
法拉第实验.ppt
当光从介质另一端出射时，振动面旋转角度为：
2
d (nr
nl)
四 实验装置
（一）整机结构 如下图所示
1－氦氖激光器 2－控制主机 4－偏振检测 5－会聚透镜
3－电磁铁
6－干涉滤光片 7－法布里－珀罗标准具
8－成像透镜 9－读数显微镜
10－光功率计 选配件：CCD摄像器件、图像 采集卡、塞曼效应实验分析软件、监视器。
（二）主机
主机正面板示意图如图8所示：
法拉第-塞曼效应综合实验仪
电压（ ）
电流（ ）
电压调节
电源
工作
电流调节 故障
磁感应强度显示（ ）
显示调零
校正
汞灯
上海复旦天欣科教仪器有限公司
图 主机正面板示意
说明： A 励磁电源电压、电流显示转换开关； B 励磁电源电压或电流显示（电压单位：伏特，电流单位： 安培）； C 励磁电源电流调节旋钮（顺时针增大）；D 磁感应强度 显示调零旋钮； E 磁感应强度显示（单位：特斯拉）；F 电源开关（控制 励磁电源和磁感应强度测量）；
4.汞灯放进磁隙中时，应该注意避免灯管接触磁头；
5.测量中心磁场磁感应强度时，应注意探头在同一实 验中不同次测量时放置于同一位置，以使测量更加准 确、稳定；
6.笔型汞灯工作时会辐射出紫外线，所以操作实验时 不宜长时间眼睛直视灯光；另外，应经常保持灯管发 光区的清洁，发现有污渍应及时用酒精或丙酮擦洗干 净；
法拉第电磁感应实验(1)
法拉第电磁感应实验摘要法拉第电磁感应实验是用来研究电磁感应现象的一种常见实验方法。
本文将介绍法拉第电磁感应实验的原理、实验步骤和结果分析，以及实验中可能遇到的问题和注意事项。
引言法拉第电磁感应实验是指利用电磁感应现象来产生电流的实验。
电磁感应是指当一个磁场与导体相互作用时，导体中会产生电流。
这一现象是由英国物理学家迈克尔·法拉第于1831年首次发现并研究的。
法拉第电磁感应实验不仅是深入理解电磁感应现象的重要手段，也是许多电磁设备和工艺的基础。
实验原理法拉第电磁感应实验的基本原理是：当导体运动时穿过磁感线时，磁通量改变，从而在导体两端产生电势差，导致电流的产生。
根据法拉第定律，电动势的大小与磁感应强度的变化速率成正比。
实验材料•直流电源•导线•磁铁•电流表•自制电磁感应装置实验步骤1.准备实验装置：将导线紧密绕制在铁芯上，形成一个螺线管状的装置。
2.将电磁感应装置的两个端点连接到直流电源的正负极上。
3.在电磁感应装置的中心位置放置一个磁铁。
4.打开直流电源，调节电流的大小。
5.在电磁感应装置两端连接一个电流表，观察电流表的读数。
6.移动磁铁，改变它与电磁感应装置之间的位置关系，观察电流表的读数变化。
7.记录实验数据并进行分析。
实验结果与分析实验中观察到的现象是：当移动磁铁时，电流表的读数发生变化。
当磁铁与电磁感应装置靠近时，电流表的读数增大；当磁铁与电磁感应装置远离时，电流表的读数减小。
这说明磁感线的穿过导体时产生了电磁感应现象，导致了电流的产生。
通过实验数据的记录和分析，可以得出以下结论：1.磁感线的穿过导体时，导体中产生的电流大小与磁感线的变化速率成正比。
2.当磁铁靠近电磁感应装置时，磁感线从电磁感应装置内穿过的数量增加，导致了电流的增大。
3.当磁铁远离电磁感应装置时，磁感线从电磁感应装置内穿过的数量减少，导致了电流的减小。
实验问题与注意事项在进行法拉第电磁感应实验时，可能会遇到以下问题和需要注意的事项：1.实验装置的搭建需要仔细，确保导线与磁铁的位置关系稳定。
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VemLB 其中e为电子电荷，m为电子质量， 为电子的轨 道角动量
在磁场作用下，一个电子磁矩具有势能V：
在磁场B作用下，当平面偏振
光通过介质时，光子与轨道电
子发生交互作用，使轨道电子
发生能级跃迁。跃迁时轨道电
子吸收角动量
,跃迁后
轨道电子动能不变，而势能则
近代物理实验
法拉第效应
引言
1845年，法拉第在探索电磁现象和光学现象之 间的联系时发现：有一束平面偏振光穿过媒质时，若 在媒质中，沿光的传播方向加一个磁场，就能观察到 光经过样品后偏振面转过一个角度，即磁场使媒质具 有旋光性—此现象被后人称为法拉第效应。—
实验目的
• １、了解磁光效应现象和法拉第 效应的作用机理。
㈤ 最小偏向角测量系统：
1.白炽光源 2.单色仪 3.分光仪：用来测量样品介质对应不同波 长和最小偏向角的对应关系。
四、实验装置的调整
1、预热：接通电源及白炽灯电源，预热10 分钟。 2、仪器调整：将单色仪入射狭缝宽度调为 0.02mm，即游标上2个格，旋转读数手轮， 将光波长读数手轮置于待测位置（手轮读 数与波长对照表由实验室提供）。调整单 色仪高度，使在电磁铁另一侧能观察到完 整的出射光。将数显表与整机相连，接通 电源，微动数显表，使数显表示值最大。
I 00
一磁光介质样品，则光通过样品时发生偏振面旋 转。若旋光角为θ，输出光强则
(3.4.12)
此式表明，控制样品的磁化电流，可控制输出光 强。这样利用法拉第效应就实现了光强的调制。
为了提高磁光调制器的灵敏度和线性度，必须恰当地 选择系统的工作状态。由（3.4.11）式得
当
时，由偏振面旋转所引起的输出光强的变化
增加了ΔV：
当左旋光子参与交互作用时：
而右旋光子参与交互作用时：
其函数形式取决于介质的轨道电子能级结构。
当而 左右旋光子参与交互作用时：
我们知道，介质对光的折射率是光子能量（ћω） 的函数： 其函数形式取决于介质的轨道电子能级结构。
可以认为，在磁场作用下，具有能量为（ ћω ） 的左旋光子所遇到的轨道电子能级结构等价于 不加磁场时能量为（ ћω -ΔVL）的左旋光子所遇 到的轨道电子能级结构。因此有：
450 最大.这时
当θ很小时，则有
这时光强随调制电流作线性变化。因此，为减少调制 失真，起偏器和检偏器中两光偏振方向的初始夹角Φ必 须取45 º
三、实验装置
㈠ 光源系统：
1.白炽光源：用来提供白光。 2.单色仪：用来产生单色光。 3 .起偏镜：用来产生平面偏振光。 ㈡ 磁场系统：
1.电磁铁：圆柱型磁头，中心有通光孔。 2.激磁电源：1--5A，输出连续可调。 3.高斯计：用来测量电磁铁所产生的磁场 强度。
φ= θ/2 即电矢量的振动方向旋转了一个 角度,也就是该平面偏振光的偏 振面旋转了一个角度.
设介质的厚度为D, 的传播速度为 , 的传播速度为VR则
nBRL
其中nR为在磁场作用下，右旋圆偏振光通 过介质的折射率，nL为左旋圆偏振光通过 介质的折射率，c为真空中的光速。
（三）法拉第旋光角计算
• ２、掌握光线偏振面旋转角度的 测量方法，并计算电子核质比e/m。
实验仪器
• 光源、磁场系统、单色仪、特斯拉计、 样品、检偏测角仪、示波器或检流计
实验原理
• （一）法拉第效应 （１）法拉第效应的定量描述是法拉
第—费尔德定律 θ=VBL
θ－旋光角 V－费尔德常数 B－磁场磁感强度 L－光在介质中经过的路程
说明光偏振面的旋转和调制电流有线性关系。
层密绕螺线管，其轴线上的磁感应强度B 与线圈中的电流强度i有正比关系：B=Ki， K为比例常数。于是
此式说明光偏振面的旋转和调制电流有线性关系。
按照马吕定律，如不计衰减，通过线偏振 器，经检偏器出射的光强为
(3.4.11)
式中I(0)是检偏器与线起偏器的透光偏振方向间 。 的夹角Φ=0时的出射光强。如果在它们之间插入
• 费尔德常数随光的频率和温度而变。
表中给出若干种物质的费尔德常数V 的数值。
法拉第效应与自然旋光的区别
• 法拉第效应的旋光现象与旋光性晶体 或溶液的旋光现象有明显的区别。对 于旋光性晶体或溶液，当平面偏振光 通过介质后被反射回来沿相反方向再 度通过该介质，其出射光的偏振面仍 为入射介质前的偏振状态，旋光角相 消为零。而法拉第效应是不可逆的光 学过程，光线往返一周，出射光的偏 振面旋转角度却增加一倍。
即
同理： 即
（3.4.28） （3.4.29）
把（3.4.28）和（3.4.29）代入
Hale Waihona Puke 得且因为因为2代c入
代入上式得
或 其中 称费尔德常数，它反映了介质材料的一种特性。
对于CGS制，则有：
（四）磁光调制
• 通常把光的频率、相位、振幅三个参量 中的一个随外加信号而变化——称为磁 光调制。若磁光效应中的磁化线圈为多
（二）在磁场作用下介质的旋光作用
• 入射平面偏振光可视为左旋和右旋的两个圆偏 振光的叠加。在磁场作用下，处于磁场中的介 质呈现各向异性,其光轴方向为沿着磁场方向. 当一束平面偏振光沿着磁场方向通过磁场中介 质的时候,便会产生下图所示情形.
在磁场作用下通过介质时,我们认为
ER传播速度比EL慢,那么通过介质 后ER和EL 之间将产生相位差θ,合 成电矢量则旋转一个角度φ:
说明
• 一般物质的费尔德常数值都很小，比例常数V由物 质和工作波长决定，表征着物质的磁光特性。
• 几乎所有的物质（包括气体、液体、固体）都存在 法拉第效应，不过一般都不显著。
• 不同的物质，偏振面旋转的方向也可能不同。习惯 上规定，旋转方向与产生磁场的螺线管中电流方向 一致的，叫正（右）旋V＞0；反之叫负(左)旋V＜0。
㈢ 样品介质系统： 1.样品介质：选用光学玻璃，做成三棱镜形状， 四面抛成光学面，既可以放在磁场中作旋光样品， 也可以放在分光仪上测样品介质的的色散关系。 2.样品盒和支架：铜材料做成。 ㈣ 旋光角监测系统： 1.检偏测角仪：用来检测偏振光的偏振方位。 2.光电倍增管：用来接收检偏后出射光信号，转 换成电流信号输出给直流复射式检流计。 3.直流复射式检流计：用来接收光电倍增管的输 出电流信号。 4.高压电源：用来提供光电倍增管工作电压。