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. . 法拉第效应实验论文 摘要：介绍法拉第效应实验的基本原理和过程，分析影响实验过程的因素。 引言：1845年，法拉第发现：当一束平面偏振光通过置于磁场中的磁光介质时，平面偏振光的偏振面就会随着平行于光线方向的磁场发生旋转，旋转的这个角度称之为法拉第旋转角。法拉第效应第一次显示了光和电磁现象之间的联系，促进了对光本性的研究。之后费尔德对许多介质的磁致旋光进行了研究，发现了法拉第效应在固体，液体，气体中都存在。 1 原理 当一束平面偏振光通过某一介质，并且在光传播方向上加上一个磁场，那么就会观察到光经过样品后偏振面转过一个角度，即磁场使介质具有旋光效应。通过实验可以发现，旋光效应中，光偏振面旋转角与光波在介质中传播的路程L以及沿光传播方向的磁感应强度分量B成正比θ=VLB。比例系数V称为费尔德数，它表征物质的旋光性。 我们可以这样解释法拉第效应。 如图，我们把偏振光分成左旋和右旋部分，通过厚l的介质会产生不同相位差， 由量子理论，在B场作用下，介质轨道电子磁矩具有势能 是轨道角动量在B方向上的分量。 用能量为的左旋圆偏振光子激发电子，电子在磁场中能级结构与用能量为的光子激发电子，电子在无磁场时能级结构相同。推出， ， 进一步可得， 带入的关系式，有 的关系，所以可以由V和色散关系来验证荷质比的数值。 2 实验装置 法拉第效应实验装置如图所示。由光源产生的复合白光通过小型单色仪后可以获得波长在360～800nm的单色光，经过起偏镜成为单色线偏振光，然后穿过电磁铁。电磁铁采用直流供电，中间磁路有通光孔，保证人射光与磁场B方向一致。根据励磁电流的大小可以求得对应的磁场值。入射光穿过样品后从电磁铁的另一极穿出人射到检偏器上，透过检偏器的光进入光电倍增管，由数显表显示光电流的大小，即出射光强的大小。根据出射光强最大(或最小)时检偏器的位置读数即可得出旋光角。检偏器的角度位置读数也由数显表读出。 3 实验过程 3.1 首先将检偏器手柄与连接座的标记及电磁铁一端的标记，三点调成一直线。（实际实验中已经调好） 3.2 灵敏度旋钮，顺时针为增加，逆时针为减少，灵敏度的高低，直接反映在数显表的数字跳动的快慢。 3.3 把检偏器的手轮顺时针转到头后，再逆时针旋转两圈后，按一下清零按钮。角度表示值为零，微动调零手钮，使数显表的读数为零，即可进行测量。注意在测量前验证一下角度表的零位正确与否，可通过加磁场来检验，把稳流电源接电磁铁，将电流值分别从1A，2A直到5A，观察数显表的示值应该呈线性增加，这就说明角度表的零位在此。微动调零手钮使数显表的示值为零。 3.4 测量法拉第效应角。首先增加电流使数显表示值上升，再通过旋转手轮改变角度，使数显表的示值再次降为零，而这个角度就是法拉第效应角。它实际上是利用光偏振的特性，当偏振角度与入射角度垂直的时候光强为零，而我们做的就是调整角度使之垂直。通过三角形互余准则可知我们转过的角度即为法拉第效应角。 4 实验数据处理 电流（A) 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 B(mT） 0 151 305 453 586 706 803 883 966 1048 0 0.151 0.305 0.453 0.586 0.706 0.803 0.883 0.966 1.048 1.11 460 0 0.0064 0.0241 0.0387 0.052 0.0519 0.0664 0.0787 0.0955 500 0 0.0075 0.0194 0.0316 0.0424 0.0516 0.0596 0.0575 0.0719 0.0756 0.0807 540 0 0.0079 0.0185 0.0287 0.0349 0.0414 0.0529 0.0597 0.0664 0.0719 0.077 580 0 0.0069 0.0168 0.0249 0.0306 0.0363 0.0407 0.0458 0.0502 0.055 电流和磁场的关系图 波长为460nm的偏振波所对应的磁场强度与旋转角度之间的关系 波长为500nm的偏振波所对应的磁场强度与旋转角度之间的关系 波长为540nm的偏振波所对应的磁场强度与旋转角度之间的关系 波长为580nm的偏振波所对应的磁场强度与旋转角度之间的关系 利用实验测量结果，计算出样品介质的各波长的费尔德常数 波长nm 460 500 540 580 费尔德常数 9.31 7.33 6.94 5.14 旋光色散曲线 4 影响实验过程和结果的因素 4.1 实验装置的调整 在实验中，我在增加电流强度的过程中尤其是越高的电流，最后调节手轮往往不能使数显示值降为零。在老师的协助下，我才发现原因主要还是仪器的精确调整问题。首先要调整单色仪使单色仪处于水