法拉第效应(教学指导书)
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。
法拉第效应实验报告
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Fθ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HB 成正比，这个规律又叫法拉第一费尔得定律，即FHVB 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：()122tV K λλ-=-()2这里K 是透射光波长tλ，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MF ，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。
法拉第效应教案
附：实验数据测量及处理部分
1、根据表1数据，在坐标纸上做出电流强度—偏振角关系直线。
表1 正向电流，从左向右照射的θ-I 关系
2、根据表2数据，在坐标纸上做出电流强度—偏振角关系直线。
表2 正向电流，从右向左照射的θ-I 关系
3、根据表3数据，在坐标纸上做出电流强度—偏振角关系直线。
表3 反向电流，从右向左照射的θ-I 关系
1、从表1与表2的数据对比分析可以看出：在正向电流情况下，二者的数据都随着电流的增大，θ值的变化方向一样，与入射光的方向无关。
2、从表2与表3的数据对比分析可以看出：在同样方向的入射光情况下，二者的数据都随着电流的增大，θ值的变化方向相反，与电流的正负极性有关。
结论：磁旋光效应的旋转方向仅与磁场方向有关，而与光学传播方向的正逆无关。
电磁场与电磁波(第4版)教学指导书 第5章 平面电磁波
第5章 平面电磁波5.1基本内容概述本章讨论均匀平面波在无界空间传播的特性，主要内容为：均匀平面波在无界的理想介质中的传播特性和导电媒质中的传播特性，电磁波的极化，均匀平面波在各向异性媒质中的传播、相速与群速。
5.1.1理想介质中的均匀平面波1．均匀平面波函数在正弦稳态的情况下，线性、各向同性的均匀媒质中的无源区域的波动方程为220k ∇+=E E对于沿z 轴方向传播的均匀平面波，E 仅是z 坐标的函数。
若取电场E 的方向为x 轴，即x x E =E e ，则波动方程简化为222d 0d x x E k E z+= 沿＋z 轴方向传播的正向行波为()j jkz x m z E e e φ-=E e （5.1）与之相伴的磁场强度复矢量为()()z kz z ωμ=⨯H e E 1j jkz ym E e e φη-=e （5.2）电场强度和磁场强度的瞬时值形式分别为(,)Re[()]cos()j t x m z t z e E t kz ωωφ==-+E E e （5.3）(,)Re[()]cos()j t m y Ez t z e t kz ωωφη==-+H H e （5.4）2．均匀平面波的传播参数 （1）周期2T πω=(s)，表示时间相位相差2π的时间间隔。
（2）相位常数k =（rad/m ），表示波传播单位距离的相位变化。
（3）波长kπλ2=（m ），表示空间相位相差2π的两等相位面之间的距离。
（4）相速p v kω==m/s ），表示等相位面的移动速度。
（5）波阻抗（本征阻抗）x y E H η==Ω），描述均匀平面波的电场和磁场之间的大小及相位关系。
在真空中，37712000≈===πεμηη（Ω） 3．能量密度与能流密度在理想介质中，均匀平面波的电场能量密度等于磁场能量密度，即221122εμ=E H电磁能量密度可表示为22221122e m w w w εμεμ=+=+==E H E H （5.5）瞬时坡印廷矢量为21zη=⨯=S E H e E （5.6）平均坡印廷矢量为211Re 22av z η*⎡⎤=⨯=⎣⎦S E H e E （5.7） 4．沿任意方向传播的平面波对于任意方向n e 传播的均匀平面波，定义波矢量为n x x y y z z k k k k ==++k e e e e （5.8）则00()n jk j --==e r k r E r E e E e （5.9）()()1n η=⨯H r e E r （5.10）00n =e E （5.11）5.1.2电磁波的极化1．极化的概念波的极化表征在空间给定点上电场强度矢量的取向随时间变化的特性, 并用电场强度矢量的端点在空间描绘出的轨迹来描述。
法拉第电磁感应定律课教案
法拉第电磁感应定律-优质课教案第一章：引言教学目标：1. 了解电磁感应现象的发现背景。
2. 掌握法拉第电磁感应定律的基本概念。
教学内容：1. 介绍电磁感应现象的发现背景，如奥斯特的电流磁效应实验。
2. 引入法拉第电磁感应定律的定义和公式。
教学活动：1. 播放奥斯特电流磁效应实验的视频，引导学生观察实验现象。
2. 引导学生思考电磁感应现象的意义和应用。
3. 讲解法拉第电磁感应定律的定义和公式。
教学评估：1. 检查学生对电磁感应现象的理解。
2. 检查学生对法拉第电磁感应定律的定义和公式的掌握。
第二章：法拉第电磁感应定律的实验验证教学目标：1. 掌握法拉第电磁感应定律的实验验证方法。
2. 学会使用实验仪器进行电磁感应实验。
教学内容：1. 介绍法拉第电磁感应定律的实验验证方法。
2. 介绍电磁感应实验的仪器和操作步骤。
1. 讲解法拉第电磁感应定律的实验验证方法。
2. 演示电磁感应实验，并引导学生进行实验操作。
3. 引导学生观察实验现象，并记录实验数据。
教学评估：1. 检查学生对法拉第电磁感应定律实验验证方法的掌握。
2. 检查学生对电磁感应实验的操作技能。
第三章：法拉第电磁感应定律的应用教学目标：1. 了解法拉第电磁感应定律在实际应用中的重要性。
2. 掌握法拉第电磁感应定律在发电机和变压器中的应用。
教学内容：1. 介绍法拉第电磁感应定律在实际应用中的重要性。
2. 讲解法拉第电磁感应定律在发电机和变压器中的应用原理。
教学活动：1. 引导学生思考法拉第电磁感应定律在实际应用中的重要性。
2. 讲解发电机和变压器的工作原理，并演示相关实验。
3. 引导学生理解发电机和变压器中法拉第电磁感应定律的应用。
教学评估：1. 检查学生对法拉第电磁感应定律在实际应用中的理解。
2. 检查学生对发电机和变压器工作原理的掌握。
第四章：法拉第电磁感应定律的数学推导1. 掌握法拉第电磁感应定律的数学推导过程。
2. 学会使用数学方法分析电磁感应现象。
[理化生]牛逼老师的牛逼教案法拉第电磁感应定律
![[理化生]牛逼老师的牛逼教案法拉第电磁感应定律](https://img.taocdn.com/s3/m/3b22e6a7f80f76c66137ee06eff9aef8951e481a.png)
法拉第电磁感应定律第一章：电磁感应现象的发现1.1 科学背景：介绍电磁学的发展历程，奥斯特的电流磁效应实验，法拉第的电磁感应实验。
1.2 教学目标：使学生了解电磁感应现象的发现过程，理解法拉第电磁感应定律的基本原理。
1.3 教学内容：1.3.1 奥斯特的电流磁效应实验：介绍奥斯特实验的现象、原理及其意义。
1.3.2 法拉第的电磁感应实验：介绍法拉第实验的现象、原理及其意义。
1.4 教学方法：通过讲述、实验演示、学生讨论等方式，引导学生理解电磁感应现象的发现过程。
1.5 教学评价：通过课堂提问、学生实验报告等方式评价学生对电磁感应现象的理解程度。
第二章：法拉第电磁感应定律的内容2.1 科学背景：介绍法拉第电磁感应定律的内容及其数学表达式。
2.2 教学目标：使学生掌握法拉第电磁感应定律的内容及其数学表达式。
2.3 教学内容：2.3.1 法拉第电磁感应定律的定义：介绍法拉第电磁感应定律的定义及其意义。
2.3.2 法拉第电磁感应定律的数学表达式：介绍法拉第电磁感应定律的数学表达式及其含义。
2.4 教学方法：通过讲述、公式推导、学生讨论等方式，引导学生掌握法拉第电磁感应定律的内容及其数学表达式。
2.5 教学评价：通过课堂提问、学生作业等方式评价学生对法拉第电磁感应定律的理解程度。
第三章：法拉第电磁感应定律的应用3.1 科学背景：介绍法拉第电磁感应定律在实际应用中的重要性。
3.2 教学目标：使学生了解法拉第电磁感应定律在实际应用中的重要性。
3.3 教学内容：3.3.1 发电机：介绍发电机的原理及其应用。
3.3.2 变压器：介绍变压器的原理及其应用。
3.3.3 电磁感应传感器：介绍电磁感应传感器的工作原理及其应用。
3.4 教学方法：通过讲述、实验演示、学生讨论等方式，引导学生了解法拉第电磁感应定律在实际应用中的重要性。
3.5 教学评价：通过课堂提问、学生实验报告等方式评价学生对法拉第电磁感应定律应用的理解程度。
法拉第效应
A
CR
L2
1
3
R
R
B
E
D
L
2．旋光现象的解释 菲涅耳的解释只是唯象理论，它不能说明旋光现象 的根本原因，不能回答为什么在旋光介质中二圆偏振 光的速度不同。
这个问题必须从分子结构去考虑，即光在物质中传 播时，不仅受分子的电矩作用，还要受到诸如分子的 大小和磁矩等次要因素的作用。
2．旋光现象的解释
E
ei
1（ei 2
1（ei 2
ei ) ei
)
e i
cos sin
(122)
E=
1 2
1 i
ei(kR
kL
)
l 2
1
i
ei(kR
kL
)
l 2
E
1 2
1 i
eiR
1 2
1
i
eiL
1 2
1 i
eikR
l
1 2
1
i
eikLl
=
1 2
ei(kR
kL
)
l 2
1 i
ei(kR
kL
)
l 2
1
i
e
i(kR
kL
)
l 2
螺线管
输入光束
P1改进型 格-汤棱镜
磁致旋
光材料
激光放器2 输出
P2(与P1成 450的格-汤 棱镜)
法拉第效应的应用课件
法拉第效应的意义
法拉第效应的意义在于揭示了光的电磁性质和磁场之间的 相互作用。它为光学和电磁学的发展提供了重要的理论基 础，也为现代科技领域的发展提供了基础支撑。
通过法拉第效应，我们可以深入了解光的偏振现象和磁场 对光的影响机制，进而推动相关领域的技术和应用的发展 。
细胞生长环境
在细胞培养技术中，法拉第效应也被用于调节细胞生 长环境中的磁场和电场。这种调节有助于控制细胞的 生长、分化和凋亡过程。
细胞检测
利用法拉第效应可以检测细胞内的化学物质和生物分子 的变化。例如，通过调节磁场和电场，可以诱导细胞产 生特定的生理反应，进而观察和分析细胞的功能和特性 。
05
法拉第效应在环境科学中的应用
详细描述
近年来，法拉第效应的理论研究不断深入，研究者们通过实 验观测、数值模拟等方法，对法拉第效应的原理和机制进行 了更加深入的探究，为未来技术应用创新提供了重要的理论 支撑。
法拉第效应的技术应用创新
总结词
不断拓展法拉第效应的技术应用领域，涉及能源、环保等多个领域。
详细描述
随着理论研究的不断深入，法拉第效应的技术应用也在不断创新。目前，法拉第效应已经广泛应用于能源、环保 等多个领域，如太阳能电池、磁场传感器、磁流体发电等。未来，随着新材料的不断发现和技术的不断进步，法 拉第效应的技术应用将更加广泛。
这种效应可以用公式表示为：θ = V × B × l / c，其中θ表示偏振方向旋转的角 度，V表示线偏振光的速度，B表示磁感应强度，l表示光通过磁场的距离，c表示 光速。
法拉第效应的现象
法拉第效应的现象包括：偏振光的偏振方向在通过磁场后发 生旋转，旋转方向与磁场方向和光传播方向有关。当改变磁 场方向或光传播方向时，偏振方向的旋转方向也会相应改变 。
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法拉第效应（教案指导书）
法拉第效应是一种磁光效应。
在现代光学技术特别是激光技术中，法拉第效应获得了非常重要的应用，例如，作光调制器件、光开关，进行光信息处理等。
一、教案目的
1．了解法拉第效应原理
2．学会测量法拉第效应旋光角。
二、教案要求
1、实验两小时完成。
2、了解法拉第效应实验装置的结构、原理。
3、根据励磁电流，查图得出磁感强度，计算费尔德常数。
4、根据波长一鼓轮读数对照表，查出波长；求出λ(A)，作λ—V(A)曲线。
三、教案重点和难点
1、重点：掌握法拉第效应的原理。
2、难点：法拉第效应旋光角的测量。
四、讲授内容（约20分钟）
1、什么是法拉第效应？
当线偏振光穿过介质时，若在介质中加一平行于光的传播方向的磁场，则光的振动面将发生旋转，这种磁致旋光现象是1845年由法拉第首先发现的，故称为法拉第效应。
振动面转过的角度称为法拉第效应旋光角。
实验发现
θ＝VBL
式中：θ为法拉第效应旋光角；
L为介质的厚度；
B为平行与光传播方向的磁感强度分量；
V称为费尔德(Verdet)常数。
2、法拉第效应测试仪结构如何？
结合仪器，从结构示意图从左向右介绍：
光源→单色仪→起偏镜→电磁铁（中间有样品ZF6）→检偏镜→光倍管→数显表。
3、实验主要步骤？
1．实验准备(已由实验室完成)
将白炽灯电源线捅人电源变压器后，接通电源，开启单色仪入射狭缝。
将光源、单色仪与电磁铁配合衔接起来(即把偏振片座套插入电磁铁之圆凹槽里)，从电磁铁另一磁极圆孔中，用30×读数显微镜观察，调整单色仪与电磁铁的配合，使光束位于圆孔中心．然后将光电接收部分的连接罩插人到电磁铁的圆凹槽中。
将玻璃样品用弹性固定圈固定在电磁铁磁极中间。
2．仪器调节
(1)接通电源，预热5min，使单色仪输出某一波长的单色光。
(2)将检偏器手柄上的红点与连接座的标记及电磁铁一端的标记(均为红色)三点调成一直线。
(3)调数显表灵敏度旋钮在合适位置。
灵敏度的高低，直接反映在数显表数值跳动的快慢上。
顺时针为增加灵敏度，逆时针为降低灵敏度。
注意：在同一波长的情况下，一经调定，在测量过程中应固定不动。
(4)将检偏镜测角手轮顺时针旋到头后，再逆时针旋转两周，按一下角度数显表的清零按钮，使角度显示值为零。
(5)微动光电流数显表的调零旋钮，使其示值为零。
3．测量法拉第效应旋光角
(1)将励磁电流由零增加到1A，观察数显表示值的变化。
(2)调节检偏器手轮，使数显表的示值逐渐变化到零。
记下角度表的读数口。
(3)将励磁电流分别调到2A、3A、4A，重复过程(2)。
4、数显表和角度表为零时，检偏镜和起偏镜的夹角是多少？
答：900
5、灵敏度旋钮的旋转方向与灵敏度的关系如何？
答：顺时针为增加灵敏度，逆时针为降低灵敏度。
6、实验注意事项：
1．认清单色仪狭缝开启方向，切勿使其关闭过零。
2．数显表溢出时，可关小单色仪人射狭缝或调整放大倍率。
3．数显表未与整机相连时，切勿接通电源，以免烧坏仪器。
五、指导要点
1、将数显表移开电磁铁凹槽的时候一定要将其关掉，否则会烧坏测试仪（重点强调）。
2、增加电磁铁电流数显表变化不大：原因是灵敏度较小的缘故，要调灵敏度旋钮到适当位置。