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。

实验目的：

观察核磁共振稳态吸收现象，掌握核磁共振的实验原理和方法，测量1H和19F的γ值和g值。

实验仪器：

核磁共振仪，样品（水和聚四氟乙稀），磁铁的实验平台。

实验原理：

核磁共振是磁矩不为零的原子核，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的射频辐射的物理过程。核磁共振波谱学是光谱学的一个

分支，其共振频率在射频波段，相应的跃迁是核自旋在核塞曼能级上的跃迁。

从经典力学观点看，具有磁矩μ和角动量P的粒子，在外磁场B

中受到一个力矩L的作用：

L=μ×B

此力矩使角动量发生变化：

dP/dt=L

故dμ/dt=ϒμ×B

若B

0是稳恒的且沿Z方向，则上式表示μ绕B

进动，进动频率ω

=ϒB

，

若在XY平面内加一个旋转场B

1，其旋转频率为ω

，旋转方向与μ进动方向一

致，因而μ也绕B

1进动，结果使ϴ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

，在该稳恒磁场区域又叠加一个电磁波作用于氢核，

如果电磁波的能量hv0恰好等于这时氢核两能级的能量差B

g NµN，即

hv0=B

0g NµN ,即有g N =,从而得

p

N m

e

g

2

⋅

=

γ其中

µN =5.05*10-27 J·T-1=5.05*10-23 J·G-1，

用扫场法测量时，共振条件在调制场的一个周期内被满足两次，所以在示波器上观察到有两个峰的共振吸收信号。此时若调节射频场的频率，则吸收曲线上的吸收峰将左右移动。当这些吸收峰间距相等时，则说明在这个频率下的共振磁场为B0。

实验内容：

（1）观测1H的核磁共振信号。

样品用纯水，先找出共振信号，再分别改变的大小，观察共振信号位置，形状变化。

（2）观测1H和ϒN，g N

分别记录下六组不同磁铁间矩d时所对应的以及相应的共振频率ν，再计算ϒN，g N

（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时所对应的以及相应的共振频率ν，再计算ϒN，gN

实验过程及原始数据：

同样的方法，测量六组数据，得到如下表格：

改用外扫法，如图：

记录数据如下：

再测19F的g

这样得到实验数据：

改用外扫法：

记录实验数据：

数据处理：

1. 测量1()H 的γ因子和g 因子

由21836B N p e

m μμ==得：21836p B m e μ=

将实验数据代入原理中所述公式，得到 g=5.571，误差为

因此，

()F的 因子和g因子

2.测量19

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

实验目的：

1．测量钢丝杨氏模量；

2．掌握利用光杠杆测定微小形变的方法；

3．采用逐差法和作图法得出测量结果，掌握这两种数据处理的方法。

实验仪器：

支架和金属钢丝，光杠杆，镜尺组

实验原理：

在胡克定律成立的范围内，应力和应变之比是一个常数，即

E=(F/S)/( △L/L)=FL/S△L（1）

E被称为材料的杨氏模量，它是表征材料性质的一个物理量，仅与材料的结构、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的力大，该材

料的杨氏模量也就大。杨氏模量的大小标志了材料的刚性。

通过式（1），在样品截面积S上的作用应力为F，测量引起的相对伸长量Δ

L/L，即可计算出材料的杨氏模量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。光杠杆是一个带有可旋转的平面镜的支架，平面镜的镜面与三个足尖决定的平面垂直，其后足即杠杆的支脚与被测物

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，而入射到望远镜的光线转过2θ角。当θ很小时，

Ø≈tanØ=△L/l（2）

式中l为支脚尖到刀口的垂直距离（也叫光杠杆的臂长）。根据光的反射定律，反射角和入射角相等，故当镜面转动θ角时，反射光线转动2θ角

tan2Ø≈2Ø=b/D（3）

式中D为镜面到标尺的距离，b为从望远镜中观察到的标尺移动的距离。

从（2）和（3）两式得到

△L/l=b/(2D)（4）

由此得

△L=bl/(2D)（5）

合并（1）和（4）两式得

E=2DLF/(Slb)（6）

式中2D/l叫做光杠杆的放大倍数。只要测量出L、D、l和d（S=Πdd/4）及一

系列的F与b之后，就可以由式（5）确定金属丝的杨氏模量E。

实验内容

1．调节仪器

（1）调节放置光杠杆的平台F与望远镜的相对位置，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？），调平台的上下

位置，使管制器顶部与平台的上表面共面。

（3）光杠杆的调节，光杠杆和镜尺组是测量金属丝伸长量ΔL的关键

部件。光杠杆的镜面（1）和刀口（3）应平行。使用时刀口放在平台的槽内，

支脚放在管制器的槽内，刀口和支脚尖应共面。

（4）镜尺组的调节，调节望远镜、直尺和光杠杆三者之间的相对位置，使望远镜和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