西安交通大学大学物理仿真实验报告

西安交通大学大学物理仿真实验报告一

-—核磁共振

实验名称：

核磁共振。

实验目得:

观察核磁共振稳态吸收现象，掌握核磁共振得实验原理与方法，测量1H与19F得γ值与ｇ值。

实验仪器：

核磁共振仪，样品(水与聚四氟乙稀）,磁铁得实验平台。

实验原理：

核磁共振就是磁矩不为零得原子核，在外磁场作用下自旋能级发生塞曼分裂,共振吸收某一定频率得射频辐射得物理过程.核磁共振波谱学就是光谱学得一个分支，其共振频率在射频波段，相应得跃迁就是核自旋在核塞曼能级上得跃迁。

从经典力学观点瞧，具有磁矩μ与角动量P得粒子,在外磁场B

中受到一个力矩L得作用:

Ｌ＝μ×B

此力矩使角动量发生变化：

dＰ/dt＝L

故dμ/dｔ＝?μ×Ｂ

若B

0就是稳恒得且沿Z方向，则上式表示μ绕B

进动，进动频率ω

=?

Ｂ0，若在XＹ平面内加一个旋转场B1，其旋转频率为ω0，旋转方向与μ进动

方向一致，因而μ也绕B

１进动,结果使?角增大,表示粒子从B

1

中获得能量。

如果实验时外磁场为B

０

,在该稳恒磁场区域又叠加一个电磁波作用于氢核，

如果电磁波得能量hｖ0恰好等于这时氢核两能级得能量差B

g NμN，即hv0=Ｂ0

g NμN ,即有ｇN＝,从而得其中

μN ＝５、05＊10—27J·T—1=5、0５*１0-23 J·G—1，

用扫场法测量时，共振条件在调制场得一个周期内被满足两次,所以在示波器上观察到有两个峰得共振吸收信号.此时若调节射频场得频率,则吸收曲线上得吸收峰将左右移动.当这些吸收峰间距相等时，则说明在这个频率下得共振磁场为B0。

实验内容：

(１）观测1Ｈ得核磁共振信号。

样品用纯水，先找出共振信号,再分别改变得大小,观察共振信号位置，

形状变化.

(2)观测１H与?N，g N

分别记录下六组不同磁铁间矩d时所对应得以及相应得共振频率ν，再计算?N，ｇN

(3）测量19Ｆ样品用聚四氟乙稀,分别记录下三组不同磁铁间矩d时所对应得以及相应得共振频率ν，再计算?N,gN

v/kHｚB/*１０4T

项目

d/mｍ

10、18 1４236 35２9

10、３9 １40７3 ３４９4

10、67 １3776 3４46

１1、

11、33 1332７3334

1１、65 1３1５3 3280

改用外扫法,

记录数据如下:

v/kHｚB/*１0４T

项目

ｄ/mm

1０、

10、33 14０７８3499

10、65 1３7６6 34４9

11、

1１、29 13318 3335

1１、5５13１54 ３２82

再测1９F得g

这样得到实验数据：

ｖ/kＨz B/*1０４T

项目

d／ｍm

10、

1０、７2 １4４07 34３８

1１、２1 １3９5６3354

改用外扫法:

记录实验数据：

v/ｋＨz Ｂ/*10４Ｔ

项目

d／mm

10、１8 1４839 353６

１0、6７14４17 3435

1１、23 1３9６7 33５9 数据处理：

1、测量得因子与ｇ因子

由得:

将实验数据代入原理中所述公式，得到

g＝5、５７1，误差为

因此,

2、测量得因子与ｇ因子

代入数据求得

ｇ=5、195

因此，

西安交通大学大学物理仿真实验报告二

——钢丝杨氏模量测定

实验名称：

钢丝杨氏模量测定

实验目得:

1。测量钢丝杨氏模量；

2.掌握利用光杠杆测定微小形变得方法；

３．采用逐差法与作图法得出测量结果，掌握这两种数据处理得方法。

实验仪器:

支架与金属钢丝，光杠杆，镜尺组

实验原理:

在胡克定律成立得范围内，应力与应变之比就是一个常数，即

E=(Ｆ/S)/（△L/Ｌ）＝ＦL／Ｓ△L(1）

E被称为材料得杨氏模量,它就是表征材料性质得一个物理量,仅与材料得结

构、化学成分及其加工制造方法有关。某种材料发生一定应变所需要得力大，该材料得杨氏模量也就大。杨氏模量得大小标志了材料得刚性。

通过式（1）,在样品截面积S上得作用应力为F，测量引起得相对伸长量ΔL／L，即可计算出材料得杨氏模量Ｅ。因一般伸长量ΔL很小，故常采用光学放大法,将其放大,如用光杠杆测量ΔL。光杠杆就是一个带有可旋转得平面镜得支架,平面镜得镜面与三个足尖决定得平面垂直,其后足即杠杆得支脚与被测物接触。当杠杆支脚随被测物上升或下降微小距离ΔＬ时,镜面法线转过一个θ角，而入射到望远镜得光线转过2θ角.当θ很小时,

?≈ｔaｎ?=△L/l(2)

式中l为支脚尖到刀口得垂直距离（也叫光杠杆得臂长）。根据光得反射定律，反射角与入射角相等,故当镜面转动θ角时，反射光线转动2θ角

taｎ2?≈2?=b／D（3)

式中Ｄ为镜面到标尺得距离，ｂ为从望远镜中观察到得标尺移动得距离。

从(2)与（３)两式得到

△L/ｌ=ｂ/（2D)（4）

由此得

△L=bl/(2D)（５)

合并(1)与（４)两式得

E=2DLF/(Slb)（６）

式中2Ｄ/l叫做光杠杆得放大倍数。只要测量出L、D、l与d(Ｓ=Πdｄ/4）及一系列得F与b之后，就可以由式（５)确定金属丝得杨氏模量Ｅ。

实验内容

1。调节仪器

（１）调节放置光杠杆得平台Ｆ与望远镜得相对位置，使光杠杆镜面法线与望远镜轴线大体重合。

(2) 调节支架底脚螺丝，确保平台水平（为什么？)，调平台得上下位置，使管制器顶部与平台得上表面共面。

(3）光杠杆得调节，光杠杆与镜尺组就是测量金属丝伸长量ΔL得关键部件。光杠杆得镜面(1）与刀口（3)应平行。使用时刀口放在平台得槽内,支脚放在管制器得槽内,刀口与支脚尖应共面。

(４）镜尺组得调节,调节望远镜、直尺与光杠杆三者之间得相对位置,使望远镜与反射镜处于同等高度，调节望远镜目镜视度圈（４），使目镜内分划板刻线(叉丝)清晰,用手轮(5）调焦,使标尺像清晰。

2。测量

（1）砝码托得质量为ｍ0,记录望远镜中标尺得读数r0作为钢丝得起始长度.

(２) 在砝码托上逐次加5００g砝码（可加到３5０0ｇ），观察每增加50０g时望远镜中标尺上得读数,记下对应得读数

r’i，取两组对应数据得平均值

（3）L与平面镜与标尺之间得距离D,以及光

杠杆得臂长

数据处理

数据记录

发码数标尺读数

逐差加砝

码

减砝

码

标尺读

数

1 1、

２0

1、

１5

1、1８N1 1、11

2 2、

20

2、3

０

２、２

５

Ｎ2 1、10

3 3、

39

3、4

０

3、40 N3 1、13

4 4、

４5

４、

３9

４、42 平均值1、94

5 5、

60

５、

６1

５、６

1

6 6、

66

6、

61

6、64

7 7、

９2

７、

9２

７、９

２

ｌ＝4、0５cm，Ｄ=115、1８ｃm，L=９9、７４ｃm,d=0、293mm

计算杨氏模量E=2DLF/（Slb)

Ｅ=2、1３＊1０E12

注意事项

(1）调节平台得高低，使管制器顶部与平台得上表面共面。调节时用手小心托住平台防止光杠杆倾跌。调节光杠杆得臂长,并使光杠杆镜面法线与望远镜在同一水平面上。

（2)调节支架底脚螺丝使仪器平正,以水平仪上得水平泡居中为准。

(3)调整望远镜及标尺得位置、首先沿镜简得轴线方向，通过准星，观察反射镜内就是否有标尺得象，如果瞧不到标尺象，则可左右移动望远镜底座，或松开手轮,调整望远镜，直至反射镜内出现标尺得象为止.

（4)测量钢丝长度，应注意两端点得位置,上端起于夹钢丝得两个半圆柱得下表面，下端止于管制器得下表面。

(5)光杠杆放在工作平台上，刀口放在平台得横槽内，后足尖放在管制器得沟槽内,但不得与钢丝相碰,光杠杆得平面镜要与平台垂直。

（6）光杠杆、望远镜标尺调整好后,整个实验中防止位置变动.加取砝码要轻取轻放，待钢丝不动时再观测读数.观察标尺时眼睛正对望远镜，不得忽高忽低引起视差。

（7)调整好光杠杆与镜尺组之后，整个实验过程都要防止光杠杆得刀口与望远镜及竖尺得位置有任何变动，特别在加减砝码时要格外小心，轻放轻取。

（8）按先粗调后细调得原则,通过望远镜筒上得准星瞧反射镜，应能瞧到标尺,然后再细调望远镜。调目镜可以瞧清叉丝,调聚焦旋钮可以瞧清标尺。

实验小结

实验结论：根据所测数据计算得 E＝2、13*1０E１2

实验误差：

(1）没有调整好仪器就开始实验导致数据有误;

(2)读数错误导致误差;

（3）实验操作不规范，导致实验数据有误，如加砝码就是不轻不稳；

思考题

1、利用光杠杆把测微小长度ΔＬ变成测ｂ,光杠杆得放大率为2Ｄ/l,根据此式能否以增加D减小l来提高放大率，这样做有无好处?有无限度?应怎样考虑这个问题？

答：ｌ为光杠杆长度，一般为固定值,不能改变。Ｄ可以增加，以加大放大率。但这就是由限度得，即使不考虑场地，若距离太远,望远镜中将难以观测到尺子.

有一个约4cm长得压电陶瓷双晶片,加直流电压后，一片伸长，另一片收缩。将两片粘在一起，一端固定，两侧施加几十伏直流电,则活动端将产生几十微米得横向位移，请您设计一种方法测量这横向位移.(１997年在加拿大举行得第28届国际物理奥林匹克竞赛试题。)

答：可将翘起方向朝上，光杠杆得第三足放在金属片翘起一端,利用光杠杆得放大作用测此位移。因要求得放大倍率比较大，可换用更好得望远镜，同时减小光杠杆得臂长，增加望远镜与尺子得距离。