发布时间 : 星期四 文章磁共振实验报告 - 图文更新完毕开始阅读0d1addfd25c52cc58bd6bef9
三、实验设计步骤 1．仪器的调节
（1）在装置加电之前,先进行主体单元光路的机械调整。再用指南针确定地磁场方向，主体
装置的光轴要与地磁场水平方向相平行。用指南针确定水平场线圈、竖直场线圈及扫场线圈产生的各磁场方向与地磁场水平和垂直方向的关系，并作详细记录。 （2）将“垂直场”、“水平场”、“扫场幅度”旋钮调至最小，按下辅助源的池温开关，接通电
源开关。开射频信号发生器、示波器电源。电源接通约三十分钟后，铷光谱灯点燃并发出紫红色光，池温灯亮，吸收池正常工作，实验装置进入工作状态。 （3）主体装置的光学元件应调成等高共轴。
调整准直透镜以得到较好的平行光束，通过铷样品泡并射到聚光透镜上。铷灯因不是点光源，不能得到一个完全平行的光束，但仔细调节，在通过聚光透镜即可使铷灯到光电池上的总光量为最大，便可得到良好的信号。
（4）调节偏振片及1/4波片，使1/4波片的光轴与偏振光偏振方向的夹角为π/4以获得圆偏
振光。
2．光抽运信号的观察
扫场方式选择“方波”，调大扫场幅度。再将指南针置于吸收池上边，设置扫场方向与地磁场方向相反，然后拿开指南针。预置垂直场电流为0.07A左右。用来抵消地磁场分量。然后旋转偏振片的角度、调节扫场幅度及垂直场大小和方向，使光抽运信号幅度最大。再仔细调节光路聚焦，使光抽运信号幅度最大。 光抽运信号波形 扫场波形
图1（扫场波形中要加电场为零的纵轴线）
铷样品泡开始加上方波扫场的一瞬间，基态中各塞曼子能级上的粒子数接近热平衡，即各子能级上的粒子数大致相等。 因此这一瞬间有总粒子数7/8的粒子在吸收D1σ光，对光的吸收最强。随着粒子逐渐被抽运到MF=+2子能级上，能吸收σ的光粒子数减少，透过铷样品泡的光逐渐增强。当抽运到MF=+2子能级上的粒子数达到饱和时，透过铷样品泡的光达到最大且不再变化。当磁场扫过零（指水平方向的总磁场为零）然后反向时，各塞曼子能级跟随着发生简并随即再分裂。能级简并时铷的子分布由于碰撞等导致自旋方向混杂而失去了偏极化，所以重新分裂后各塞曼子能级上的粒子数又近似相等，对D1σ光的吸收又达到最大值，这样就观察到了光抽运信号，如图1
＋
＋
+
3.磁共振信号的观察
扫场方式选择“三角波”，将水平场电流预置为0.7A左右，并使水平磁场方向与地磁场水平分量和扫场方向相同(由指南针判断)。垂直场的大小和偏振镜的角度保持前面的状态不变。调节射频信号发生器，频率可以观察到共振信号如图2，对应波形，可读出频率?1及对应的水平场电流I。再按动水平场方向开关，使水平场方向与地磁场水平分量和扫场方向相反。同样可以得到?2。这样水平磁场所对应的频率为??(?1??2)2,即排除了地磁场水平分量及扫场直流分量的影响。
用三角波扫场法观察磁共振信号时，当磁场B0值与射频频率?0满足共振条件式时，铷原子分布的偏极化被破坏，产生新的光抽运。因此，对于确定的频率，改变磁场值可以获得Rb或Rb的磁共振。可得到磁共振信号的图像。对于确定的磁场值（例如三角波中的某一场值），改变频率同样可以获得Rb或Rb的磁共振。实验中要求在选择适当频率（600KHz）及场强的条件下，观察铷原子两种同位素的共振信号并详细记录所有参量。 4．测量g因子
为了研究原子的超精细结构，测准gF因子时很有用的。我们用的亥姆霍兹线圈轴线中心处的磁感强度为式中N为线圈匝数，r为线圈有效半径（米）
H?
87
85
8785
16 NH?3扫场I?10 352rH10ISt共振信号t0I为直流电流（安）。B为磁感强度（特斯拉），式hv= gFuBBh??gF?BB0中，普朗克常数h=6.626×10焦耳秒，玻尔磁子uB=9.274×10焦耳/特斯拉。利用两式可以测出gF因子值。要注意，引起塞曼能级分裂的磁场是水平方向的总磁场(地磁场的竖上分量已抵消)，可视为B=B水平+ B地+ B扫，而B地、B扫的直流部分和可能还有的其它杂散磁场，所有这些都难以测定。这样给直接测量gF因子带来困难，但只要参考霍尔效应实验中用过的换向方法，就不难解决了。测量gF因子实验的步骤自己拟定。
有实验测量的结果计算出Rb或Rb的gF因子值。计算理论值并与测量值进行比较。
87
85
-34
-24
四、实验数据记录与处理 1、图形展示
光抽运信号 磁共振信号
2、公式2hν=gμB(B1+B2); 理论上Rbg因子为1/3. Rbg因子为1/2. 射频场频率（KHZ） 650 Rb对应的 Rb对应的 电流值 0.253 0.346 960 0.390 0.487 电流值 0.151 0.245 0.244 0.337 平均值 858785
87
扫场方向和 水平场的方向 同方向（按下） Rbg因子 85Rbg因子 87反方向（弹起） 0.331700421 0.501738767 同方向（按下） 反方向（弹起） 0.33460399 0.333152205 0.505073507 0.503406137 0.68% 误差
五、实验结论
0.054% 本次实验由于我们距离学习原子物理的时间较长，对于其中所涉及到的实验原理有些不
理解的地方，当老师讲解过后，我们加深对原子超精细结构、光抽运、光跃迁及光磁共振的过程的理解。对于整个过程有了深刻的理解，最终顺利实验测定铷原子超精细结构塞曼子能级的郎德因子g。
微波顺磁共振实验报告
【摘要】本次实验在了解微波的一些基本原理的基础上来观察微波顺磁共振信号，并进行g因子的计算。
【关键词】电子自旋、顺磁性、 g因子 、共振跃迁 【引言】由不配对电子的磁矩发源的一种磁共振技术，可用于从定性和定量方面检测物质原子或分子中所含的不配对电子，并探索其周围环境的结构特性。对自由基而言，轨道磁矩几乎不起作用，总磁矩的绝大部分(99％以上)的贡献来自电子自旋，所以电子顺磁共振亦称“电子自旋共振”(ESR)。
EPR现象首先是由苏联物理学家 Е.К.扎沃伊斯基于1944年从MnCl2、CuCl2等顺磁性盐类发现的。物理学家最初用这种技术研究某些复杂原子的电子结构、晶体结构、偶极矩及分子结构等问题。以后化学家根据 EPR测量结果，阐明了复杂的有机化合物中的化学键和电子密度分布以及与反应机理有关的许多问题。美国的B.康芒纳等人于1954年首次将EPR技术引入生物学的领域之中,他们在一些植物与动物材料中观察到有自由基存在。60年代以来，由于仪器不断改进和技术不断创新,EPR技术至今已在物理学、半导体、有机化学、络合物化学、辐射化学、化工、海洋化学、催化剂、生物学、生物化学、医学、环境科学、地质探矿等许多领域内得到广泛的应用。 【正文】
一、实验原理
根据泡利原理:
每个分子轨道上不能存在两个自旋态相同的电子，因而各个轨道上已成对的电子自旋运动产生的磁矩是相互抵消的，只有存在未成对电子的物质才具有永久磁矩，它在外磁场中呈现顺磁性。
电子自旋产生自旋磁矩μs=ge? ，其中?是玻尔磁子；ge是无量纲因子，称为g因子。自由电子的g因子为ge=2.0023，单个电子磁矩在磁场方向分量μ=1/2ge?外磁场H 的作用下，只能有两个可能的能量状态。即 E=±1/2gβH， 能量差△E＝gβH这种现象称为塞曼分裂(Zeeman splitting)。 电子具有： 11S?;m??S
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电子自旋磁矩和外磁场的相互作用能：
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E????Be0
若设外磁场加在Z轴方向上，则有：
E???B这里：
?g?mSB0
共振条件： ?
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