近代物理实验(法拉第效应)
南京大学近代物理实验2017版
南京大学近代物理实验2017版篇一：南京大学-法拉第效应法拉第效应(南京大学物理学院江苏南京 210000)摘要：平面偏振光穿过介质时，如果在介质中沿光的传播方向加上一个磁场，就会观察到光经过样品后光的振动面转过一个角度，也就是磁场使介质具有了旋光性，这种现象称为法拉第效应。
本实验通过测量不同磁场下的法拉第转角，计算出介质的费尔德常数。
关键词：法拉第效应；法拉第转角；费尔德常数；旋光性一、实验目的1.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θF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BH成正比，这个规律又叫法拉第_费尔得定律。
(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(Verdet)常数，它与光频和温度有关。
几乎所有的物质(包括气体液体固体)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（V>0），反之叫负旋（V篇二：法拉第效应南京大学法拉第效应引言1845年，英国科学家法拉第在探究电磁现象和光学现象之间的关系时发现：当一束平面偏振光穿过介质时，如果在介质中沿光的传播方向加上一个磁场，就会观察到光经过样品后光的振动面转过一个角度，也即磁场使介质居于了旋光性，这种现象后来就称为法拉第效应。
法拉第效应有许多方面的应用，它可以作为物质结构研究的手段，如根据结构不同的碳氢化合物其法拉第效应的表现不同来分析碳氢化合物导体物理的研究中，它可以用来测量载流子得得有效质量、迁移率和提供能带结构的信息；在激光技术中，利用法拉第效应的特性，制成了光波隔离、光频环形器、调制器等；在磁学测量方面，可以利用法拉第效应测量脉冲磁场。
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θF与光波在介质中走过的路程l及磁感应强度在光的传播方向上的分量BH成正比，这个规律又叫法拉第—费尔德定律，即?F?VBHl（1）比例系数V由物质和工作的波长决定，表征着物质的磁光特性，这个系数称为费尔德常数，它与光频和温度有关。
近代物理实验 法拉第效应 (4-6)
5.实验预习参考文献
[1]高立模等. 《近代物理实验》. 南开大学出 版社，2006. [2]马廷钧. 《磁光效应与磁光存储》. 大学物 理，第二期，1997. [3]孙昕; 赵红福; 孙寒; 张志杰; 蔡湘桂. 《法拉第效应实验装置中光路的设计》. 物理 实验，第四期，2005. [4]王海科; 吕云鹏. 《光电倍增管特性及应 用》.仪器仪表与分析监测,第四期，2008.
（3）样品介质系统：
<1>样品介质:选用光学玻璃，做成三棱镜形状，四面抛成光学 面，既可以放在磁场中做旋光样品，也可以放在分光仪上测样 品介质的色散关系。 <2>样品盒和支架:由铜材料做成。
（4）旋光角检测系统：
<1>检偏测角仪：用来检测偏振光的偏振方位。 <2>光电倍增管：用来接收检偏后出射的光信号，转换成电信 号输出给直流复射式检流计。 <3>直流复射式检流计：用来接收光电倍增管输出的信号。 <4>高压电源：用来提供光电倍增管工作电压。
（三）实验装置的介绍
（1）光源系统：
<1>白炽光源：用来提供白光.<2>单色仪：用来产生单色光. <3>聚光镜筒：产生平行光. <4>起偏镜：用来产生平面偏振光。
（2）磁场系统：
<1>电磁铁:圆柱形磁头,中心有通光孔. <2>激磁电源:10A,60V, 输出连续可调. <3>高斯计:用来测量电磁铁所产生的磁场强度。
（二）法拉第旋光角的计算
ΔV
eB eB ΔL 轴 2m 2m
L L轴
VL eB dn nL ( ) n n( ) 2m d
实验 12 法拉第效应
实验目的
1 通过实验研究磁致旋光现象，加深理解法拉第效应。 2 测出磁旋光玻璃的 θ-B 关系。 3 计算样品的费尔德常数。
实验原理
1 磁光效应 我们知道，两个同频率的垂直简谐振动能够 合成为一个圆运动，同样，一个圆运动可以分解 成一对相互垂直的简谐振动。现在我们要讨论的 是：一个直线简谐振动可以分解为一对圆运动(即 左旋圆偏振和右旋圆偏振为磁光介质中光波的两 种传播简谐模式，这就是把一个直线简谐振动分解为一对圆运动的原因)。图 1，E L 和 E R 是 两个大小相等(皆为 A)而不变的旋转矢量。 它们的角速度( )大小相等方向相反。 设在 t 0 时刻它们沿某一方向重合(图 1(a))，由于过任意时刻 t 后两个矢量的角位移( t )也大小相 等方向相反，它们的合矢量 E 总保持在原来的方向上(图 1(b))，这时 E 的瞬时值为：
实验内容
1 测定样品的 ~ B 关系 1)把待测样品放入电磁铁的磁场中，在不加励磁电流的状态下，旋转测角仪手轮(检偏 器与之同轴旋转)，观察示波器显示的波形，到示波器上出现倍频信号为止，记录下测角仪 上的刻度值 θ。再给电磁铁供一励磁电流，此时，通过检偏器的直线偏振光的偏振面将会有 一定的旋转，示波器上显示的倍频信号将会发生变化，需重新微调测角仪的手轮，直到示波 器上重新出现倍频信号时，记录下此状态下的励磁电流值 I1 及测角仪上的刻度值 θ1。如此 重复以上操作过程，得到不同电流 Ii 的状态下的 θi 值，列表记录数据。 2)取出待测样品，将测量磁感应强度的特斯拉计的探头放入电磁铁的磁场中，对应列表 中的励磁电流 Ii，测量其相应的磁感应强度 Bi 值。 3) i 0 值就是相应的 Bi 对应下的 θ 值。以 Bi 为横坐标，θi 为纵坐标，在直角坐标纸 上作 θ-B 的关系图，验证 θ=VBd 关系。 ：V=θ/Bd 2 计算费尔德常数 V（T-1·m-1）
法拉第效应实验
实验法拉第效应实验【实验目的】1. 了解和掌握法拉第效应的原理；2. 了解和掌握法拉第效应的实验装置结构及实验原理；3. 学会测量法拉第效应旋光角、计算费尔德常数、测量并计算电子核质比。
【实验仪器和用具】光源，单色仪，起偏镜，电磁铁，检偏镜，光倍管，数显表，游标卡尺，样品【实验原理】1.法拉第效应1845年法拉第发现磁场会引起磁性介质折射率变化而产生旋光现象，即加在介质上的磁场引起了平行于磁场方向传播的线偏振光偏振面的旋转，且光波偏振面偏转角（磁致旋光角）与光在介质中通过的长度D及介质中磁感应强度在光传播方向上的分量B成正比。
此即为法拉第效应。
法拉第效应在固体、液体和气体中都存在。
大部分物质的法拉第效应很弱，掺稀土离子玻璃的法拉第效应稍明显些，而有些晶体如YIG等的法拉第效应较强。
同时，由于法拉第效应弛豫时间极短，对温度稳定性要求低。
故法拉第效应有许多重用的应用，如光纤通讯中的磁光隔离器、单通器，激光通讯，激光雷达等技术中的光频环行器、调制器等，以及磁场测量的磁强计等。
磁光隔离器可减少光纤中器件表面反射光对光源的干扰；磁光隔离器也被广泛用于激光多级放大技术和高分辨的激光光谱技术，激光选模等技术中。
在磁场测量和电流方面，可测量脉冲强磁场、交变强磁场、等离子体中强磁场、低温超导磁场、几千-几千KV的高压电流等。
此外，利用法拉第效应还可研究物质结构、载流子有效质量、能带等。
不同物质偏振面旋转方向可能不同。
通常规定：振动面的旋转方向和产生磁场的螺旋线圈中电流方向一致，称为正旋(V＞0)；反之，叫做负旋(V＜0)。
对于给定物质，其固有旋光效应沿顺光线和逆光线方向观察时线偏振光的振动面的旋向完全相反，因此，当光波往返两次穿过固有旋光物质时振动面复位。
而法拉第效应则不然，其旋转方向仅由磁场方向决定，而与光传播方向无关。
若磁场方向不变，光线往返穿过磁致旋光物质时，法拉第转角将加倍。
利用该特性，可令光线在介质中往返数次，从而加强旋转效应。
法拉第效应实验报告(2021年整理)
法拉第效应实验报告（2021年整理）
二极管现象是电流电压特性表明的一种现象，在1905年，德国物理学家布拉班尼斯·法拉第发现了二极管的原理。
法拉第实验的目的是从物理学的角度研究了电子束的限制，当空气中的气体受到高压线圈轴的电离时，电子束就会流动，当这些活动的电子束遇到其他可以加以阻止的障碍时，就会形成二极管现象从而改变电流的流向。
法拉第的实验设备主要由电源、燃料池和电流测量仪组成，电源用来为被试设备提供电源，燃料池用来装配气体放电和离子发射。
实验中，法拉第发现，在一个实验装置内，当普通气体放电中，电压波形是有一个上升后随着电流增加减少到基线的趋势，当电压到达一定水平时，气体就会发出能量例如紫外线，这被称作“离子发生”。
实验结果表明，在无加热的情况下，电流集中在一个方向并抵消了另一个方向的电流。
法拉第的实验结果也为后来电子设计奠定了基础，由于法拉第发现的“离子发生”现象，可以反映整个电路中电流的方向，在电子电路中，用二极管就可以实现开关功能。
同时，这也将对阻抗、容性和电容的应用产生了重大影响。
因此，法拉第的实验结果对我们在电子设计中的使用和理解电子学和电子技术有着至关重要的作用，他在研究电子学方面作出的贡献有力地推动了电子技术的发展，也使我们可以更加深入地理解和研究电子学，从而用于制作999种有用的电子产品。
南开大学_近代物理实验_4-6_法拉第效应
• ������ = ������ ������ ������������
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������ ������������ − ������ ������������������ ������������
实验内容及步骤
一、法拉第旋光角的测量 平面偏振光位置的确定
������ ������������������������
4-6法拉第效应
1210243 王子祺
实验背景
塞曼效应 • 磁光效应 法拉第效应 富埃特效应 • 法拉第效应：1845年法拉 第发现了磁场中的均匀各 向同性媒质内，线偏振光 束沿磁场方向传播时，振 动面发生旋转的现象。称 为法拉第效应或磁致旋光
1791年9月22日～1867年8月25日
实验背景
• 法拉第效应实验是人类第一次认识到电磁 与光之间的作用
圆偏光相位差角������
������������ ������ = (������������ − ������������ ) ������ ������ ������������ ������ = = (������������ − ������������ ) ������ ������������
问题
为什么折射率或者电介质常数只是光子能 量的函数？
是否在特定的波长可以有明显的法拉第峰 值出现，从而测定介质（晶体）的整体塞 曼能级？
• 法拉第效应是人类第一次发现的光路不可 逆效应
• 法拉第效应体现了磁场的时间反演不对称
实验原理
B
塞曼分裂
（右旋） ������+ ： ������������������ + 原始：������������������
近物实验II 法拉第效应
法拉第效应一、引言1845年英国物理学家法拉第（Faraday ）发现原本没有旋光性的铅玻璃在磁场中出现了旋光性，这种磁致旋光现象后来被称为法拉第效应，这也是人类第一次认识到电磁现象和光现象之间的相互关联。
后来，费尔德（Verdet ）研究了许多介质的磁致旋光效应，发现法拉第效应普遍存在于固体、液体和气体中，只是大部分物质的法拉第效应很弱，而掺稀土离子的玻璃的费尔德常数稍大。
近年来研制的磁性石榴石（YIG ）等晶体的费尔德常数更大一些。
法拉第效应只是磁光效应中的一种。
磁光效应是描述在磁场的作用下，在具有固有磁矩的介质中传播的光其物理性质发生变化的现象，比如光的频率、偏振面、相位或者散射特性等性质发生了变化。
磁光效应有很多种类型，常见的有法拉第效应、塞曼（Zeeman ）效应、克尔（Kerr ）效应、科顿-穆顿（Cotton-Mouton ）效应和磁激发光散射等。
法拉第效应的应用领域极其广泛。
它可以作为物质结构研究的手段，比如，根据结构对法拉第效应的影响来分析碳氢化合物的结构；在光谱学中，可以用于研究激发能级的有关信息；在电工测量中，可用来测量电路中的电流和磁场。
如今利用法拉第效应原理制成的偏频盒、旋转器、环行器、相移器、锁式开关、Q 开关、光纤隔离器等能快速控制激光参数的各种元器件，已广泛应用于激光雷达、激光测距、激光陀螺、光纤通信中。
本实验的目的是：通过实验理解法拉第效应的本质，掌握测量旋光角的基本方法，并测量几种不同类型材料的旋光角，同时学会计算费尔德常数。
二、实验原理所谓的法拉第效应就是，当在光的传播方向上加上一个强磁场时，平面偏振光穿过处于该磁场中的样品后，其偏振面会偏转一个角度。
实验结果表明，光的偏振面旋转的角度θF 与其在介质中传播的距离l 及介质中磁感应强度在光传播方向上的分量B 成正比，即F d (),V Bl θλ= （1）上式中，比例系数V d (λ)称为费尔德常数，它由材料本身的性质和工作波长决定，表征物质的磁光特性。
法拉第效应实验报告
法拉第效应实验报告法拉第效应是指当导体在磁场中运动时，会在导体两端产生感应电动势的现象。
这一现象是由英国物理学家迈克尔·法拉第在19世纪首次发现并描述的。
在本次实验中，我们将通过简单的实验装置来观察和验证法拉第效应的存在，并对其产生的原理进行分析和探讨。
实验材料和装置：1. 直流电源。
2. 导线。
3. 磁铁。
4. 电压表。
实验步骤：1. 将直流电源连接好，接通电源。
2. 将导线绕制成一个小圈，将磁铁放入圈内。
3. 将电压表连接到导线两端，观察电压表的读数。
实验结果：在实验进行过程中，我们观察到了明显的电压表读数变化。
当磁铁在导线圈内运动时，电压表的读数随之发生变化，表明在导线两端产生了感应电动势。
这一现象正是法拉第效应的典型表现。
实验分析：根据法拉第效应的原理，当导体在磁场中运动时，导体内的自由电子将受到磁场力的作用，从而在导体两端产生感应电动势。
这一感应电动势的大小与导体的速度、磁场的强度以及导体的长度等因素有关。
在本次实验中，磁铁在导线圈内运动，导致导线内的自由电子受到磁场力的作用，从而产生了感应电动势，表现为电压表的读数变化。
结论：通过本次实验，我们验证了法拉第效应的存在，并对其产生的原理进行了分析和探讨。
法拉第效应在现代电磁学中具有重要的理论和实际应用价值，对于理解电磁感应现象和设计电磁设备具有重要意义。
综上所述，法拉第效应是电磁学中的重要现象，通过本次实验，我们对其有了更深入的理解。
希望本次实验能够对大家对法拉第效应有所帮助，也希望大家能够继续对电磁学知识进行深入学习和探索。
近代物理实验报告—法拉第效应
法拉第效应一、引言1845年英国物理学家法拉第发现原本没有旋光性的铅玻璃在磁场中出现了旋光性，这种磁致旋光现象即法拉第效应。
随后费尔德的研究发现法拉第效应普遍存在于固体、液体、和气体中，只是大部分物质的法拉第效应很弱。
法拉第效应只是磁光效应中的一种。
磁光效应是描述在磁场的作用下，具有固有磁矩的介质中传播的光气无力性质发生变化的现象，比如光的频率，偏振面，相位等性质发生了变化。
法拉第效应的应用领域极其广泛，可用于物质结构的研究、光谱学和电工测量等领域。
此外利用法拉第效应原理制成的各种可快速控制激光参数的元器件也已广泛地应用于激光雷达、激光测距、激光陀螺、光纤通信中。
本实验的目的是通过实验理解法拉第效应的本质，掌握测量旋光角的基本方法，学会计算费尔德常数。
二、实验原理法拉第效应就是，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，振动面转过的角度称为法拉第效应旋光角。
实验发现θ＝VBL （1）其中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 称为费尔德常数，它由材料本身的性质和工作波长决定的，表征物质的磁光特性。
一般约定，当光的旋转方向与产生磁场的电流的方向一致时，称法拉第旋转是左旋，V>0;反之则叫右旋,V<0。
法拉第效应与自然旋光不同在于：法拉第效应对于给定的物质，偏振面的旋转方向只由磁场的方向决定而与光的传播方向无关，光线往返一周，旋光角将倍增，这叫做法拉第效应的“旋光非互易性”。
而自然旋光过程是可逆的。
1、法拉第效应原理的菲涅尔唯象理论一束平面偏振光可以分解为两个不同频率等振幅的左旋和右旋圆偏振光。
在没有外加磁场时，介质对它们具有相同的折射率和传播速度，他们通过距离为 的介质后，他们产生的相位移相同，不发生偏转。
当有外磁场时，由于磁场使物质的光学性质改变，两束光具有不同的折射率和传播速度，产生不同的相位移：2L L n l πϕλ=（2）2R R n l πϕλ=（3）其中，L ϕ、R ϕ分别为左旋、右旋圆偏振光的相位，L n 、R n 分别为其折射率，λ为真空中的波长。
法拉第效应实验报告
消光位置附近，光强变化曲率小，难以直接测量， 需利用对称测量法。
（2）旋光角的测量 φ=φˈ-φ0
2.测量数据-不同磁场强度、不同入射波长下的偏振面旋转角测量：
3.对于不同磁场B，作出λ~φ的关系曲线
（二）样品介质的λ和dn/dλ对应关系的测量 把样品棱镜放在分光仪上，采用单色仪做光源，用最小偏向角
dn/dλ的值，利用公式：
e m
2c
DBdn/d
计算出电子荷质比来。
（二）计算样品介质费德尔常数：
V
DB
五、参考文献
[1]高立模等. 《近代物理实验》. 南开大学出版社，2006.
实验4-6 法拉第效应
实验目的和要求
1.了解磁光效应现象和法拉第效应的作用机制； 2.掌握旋光角的测量方法，学会使用有关仪器； 3.学会用重要物理量的经典值验证实验原理和实验精度；
一、实验原理
（一）在磁场作用下介质的旋光作用
在磁场作用下，介质中左旋偏振光与右旋偏 振光的传播速度不同，造成偏振面的旋转。
（三）样品介质系统 1. 样品介质：选用光学玻璃，做成三棱镜形状，四面抛成光学面；
既可以放在磁场中做旋光样品，也可以放在分光仪上测样品介质 的色散关系λ~dn/dλ； 2. 样品盒和支架：铜材料做成。
（四）旋光角检测系统 1. 检偏测角仪：用来检测偏振光的偏振方位； 2. 光电倍增管：用来接收检偏后出射的光信号，转换成电信号输出
给直流复射式检流计； 3. 直流复射式检流计：用来接收光电倍增管输出的电流信号； 4. 高压电源：用来提供光电倍增管工作电压。 （五）最小偏向角测量系统
1. 白炽光源；
2. 单色仪；
3. 分光仪：用来测量样品介质对应不同波长λ和最小偏向角θ的对应关 系。
近代物理实验(法拉第效应)
近代物理实验【实验名称】法拉第效应【实验目的】1.了解磁光效应现象和法拉第效应的机理。
2.测量磁致旋光角，验证法拉第—费尔德定律θ=VBL 。
3.法拉第效应与自然旋光的区别。
4.了解磁光调制原理。
【实验仪器】1、光源系统：白炽灯光源，单色仪，聚光灯筒，起偏镜；2、磁场系统：电磁铁，激磁电源，高斯计；3、样品介质系统：样品介质，样品盒；4、旋光角监测系统：检偏测角仪，光电倍增管，直流复射式检流计，高压电源；【实验原理】介质因外加磁场而改变其光学性质的现象称之为磁光效应。
其中，光通过处于磁场中的物质时偏振面发生旋转的效应较为重要，我们称这种偏振面的磁致旋转效应为法拉第效应。
它与克尔效应一起揭示了光的电磁本质，是光的电磁理论的实验基础。
法拉第在寻找磁与光现象的联系时首先发现了线偏振光在通过处于磁场当中的各向同性介质时其偏振面发生旋转的现象。
在磁场不是非常强时，偏振面的旋转角度 与介质的长度及磁感应强度在光的传播方向上的分量B 成正比BlV =θ （1）比例系数V 成为维尔德（Verdet ）常数，它取决于光的波长和色散关系，一般物质的维尔德常数比较小，表1给出了几种材料的维尔德常数V 。
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，光矢量的旋转方向只由磁场的方向决定，而与光的传播方向无关，即当光线经样品物质往返一周时，旋光角将倍增。
线偏振光可看作两个相反偏振量σ+和σ –的圆偏振光的相干叠加，从原子物理知识可知，磁场将使原子中的振荡电荷产生旋进运动，旋进的频率等于拉莫尔频率，即ωL =B me ⋅,这里e 和m 分别为振荡粒子的电荷和质量，B为磁场强度。
线偏振光的σ+和σ –分量有不同的旋进频率，分别为L ωω- 和L ωω+，相应的折射率n+和n-，相速度v+和v- 都不同，而在光学行为中是等效的，偏振面旋转角由下述等式得到，旋转角由光通过的材料长度l 决定,即l cn n ⋅-=-+2)(ωθ （2）上式中，c 为光速，ω为入射光的频率，上式的推导较为简单，是建立在经典电磁理论的基础之上。
法拉第效应实验报告
法拉第效应实验报告10物理小彬连摘要：实验利用励磁电流产生磁场，首先测量磁场和励磁电流之间的关系，利用磁场和励磁电流之间的线性关系，用电流表征磁场的大小，用消光的方法测定MR3样品的旋光角和磁场的关系，用倍频法测量MR3和ZF6样品的旋光角和磁场的关系。
最后让偏振光分别两次通过MR3样品，区分自然旋光和法拉第旋光，验证法拉第旋光的非互易性。
关键词：法拉第旋光、旋光角、倍频法、消光法。
引言1845年英国物理学家法拉第（Faraday ）发现原本没有旋光性的铅玻璃在磁场中出现了旋光性，后来这种磁致旋光现象被称为法拉第效应。
随后费尔德的研究发现法拉第效应普遍存在于固体、液体、和气体中，只是大部分物质的法拉第效应很弱。
法拉第效应的应用领域极其广泛，可用于物质结构的研究、光谱学和电工测量等领域。
此外利用法拉第效应原理制成的各种可快速控制激光参数的元器件也已广泛地应用于激光雷达、激光测距、激光陀螺、光纤通信中。
通过本次实验，我们对法拉第效应的本质有了更深理解，并掌握了测量旋光角的基本方法，同时学会计算费尔德常数。
原理1、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。
实验发现光的偏振面旋转的角度F θ与其在介质中通过的距离l 及磁感应强度在光传播方向上的分量B 成正比，即lBV d F )(λθ=（1）其中F 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；)(λd V 称为费尔德(Verdet)常数。
一般约定，当光的旋转方向与产生磁场的电流的方向一致时，称法拉第旋转是左旋，v>0;反之则叫右旋,v<0。
法拉第效应与自然旋光不一样，不具备一般的光学过程可逆，对于给定的物质，旋转的方向只由磁场的方向决定，和光的传播方向无关，这叫做法拉第效应的“旋光非互易性”。
法拉第效应实验报告总结
一、实验背景法拉第效应是电磁学和光学领域中的一个重要现象，由英国物理学家迈克尔·法拉第于1845年发现。
当一束平面偏振光通过一个介质，并在此介质中加上一个沿光传播方向的磁场时，光的偏振面会发生旋转，这种现象称为法拉第效应。
本实验旨在通过实验验证法拉第效应，并探究其影响因素。
二、实验目的1. 了解法拉第效应的原理和实验装置。
2. 通过实验验证法拉第效应的存在。
3. 探究法拉第效应的影响因素，如磁场强度、光波波长、介质材料等。
4. 熟悉实验数据处理方法，提高实验技能。
三、实验原理法拉第效应的实验原理基于法拉第旋光定律，即当一束平面偏振光通过介质时，如果沿光传播方向加上一个磁场，光的偏振面将发生旋转。
旋转角度与磁场强度、光波波长、介质材料等因素有关。
法拉第旋光定律可表示为：θ = V B l其中，θ为偏振面的旋转角度，V为法拉第常数，B为磁场强度，l为光在介质中传播的距离。
四、实验装置与步骤1. 实验装置：实验装置主要包括光源系统、磁场系统、样品介质、旋光角检测系统等。
2. 实验步骤：（1）将光源发出的光经过透镜聚焦后，通过单色仪选出特定波长的光。
（2）将选出的光通过起偏器成为平面偏振光。
（3）将平面偏振光通过电磁铁产生的磁场区域，观察偏振面旋转情况。
（4）调节磁场强度，记录不同磁场强度下偏振面的旋转角度。
（5）改变光波波长，重复步骤（3）和（4）。
（6）改变样品介质，重复步骤（3）和（4）。
五、实验结果与分析1. 实验结果表明，当一束平面偏振光通过介质并在此介质中加上一个沿光传播方向的磁场时，光的偏振面会发生旋转，验证了法拉第效应的存在。
2. 实验结果表明，法拉第效应的旋转角度与磁场强度成正比，符合法拉第旋光定律。
3. 实验结果表明，法拉第效应的旋转角度与光波波长成反比，即光波波长越长，旋转角度越小。
4. 实验结果表明，法拉第效应的旋转角度与样品介质材料有关，不同材料具有不同的法拉第常数。
法拉第效应实验报告完整版法拉效应实验报告
法拉第效应实验报告引言法拉第效应是指材料中存在自发磁化现象的一种物理现象。
它是由英国物理学家迈克尔·法拉第于1845年首次研究得出的，因此被命名为法拉第效应。
本实验旨在通过构建一个简单的法拉第效应实验装置，观察和测量不同温度和磁场条件下材料的磁化程度，以及研究法拉第效应对磁性材料的影响。
实验装置与方法实验所需的主要装置和材料有：热电偶、磁铁、直流电源、毫伏表、铁片等。
实验分为以下几个步骤：1. 准备工作：将毫伏表连接到合适的测量范围，并将直流电源连接到实验装置上。
2. 温度控制：使用热电偶测量温度，并通过调节热源的加热或降温来控制温度。
3. 施加磁场：将磁铁放置在材料附近，并调节磁铁的位置和朝向，以施加合适的磁场强度。
4. 测量磁场强度：使用毫伏表测量磁场强度，记录在不同位置和磁场强度下的数值。
5. 测量磁化程度：使用毫伏表测量材料的磁化程度，记录在不同温度和磁场条件下的数值。
实验结果与讨论通过上述实验方法，我们获得了一系列在不同温度和磁场条件下的实验数据。
根据实验数据，我们可以得出以下结论：1. 磁场强度对材料磁化程度的影响：实验结果显示，随着磁场强度的增加，材料的磁化程度也增加。
这与法拉第效应的基本原理相吻合，即磁场会导致材料中的磁性微区域重新排列，从而增强整体的磁化程度。
2. 温度对材料磁化程度的影响：实验结果显示，在相同的磁场强度下，随着温度的增加，材料的磁化程度减小。
这是因为高温会破坏材料中的磁性微区域，使得整体的磁化程度降低。
3. 法拉第效应的应用：法拉第效应广泛应用于磁性材料的磁化控制和传感器等领域。
通过控制磁场和温度条件，可以实现对材料磁化程度和磁性特性的精确控制，从而实现一系列应用需求。
结论通过本实验，我们成功观察和测量了法拉第效应在磁性材料中的表现，并研究了不同温度和磁场强度对材料磁化程度的影响。
实验结果验证了法拉第效应的基本原理，并揭示了其在磁性材料的应用中的重要作用。
物理实验报告_法拉第效应
实验题目：法拉第效应摘要：本实验利用磁光调制器将激光调制后，再经过装有样品的磁场旋转，通过倍频法测相应的旋光角。
并比较了不同样品的旋光特性，并验证了法拉第旋光具有不可逆性。
使得法拉第效应的本质更易理解。
其中动手设计的部分更锻炼了思考和实践能力。
关键词：法拉第效应，磁光调制器，MR3，ZF6，互易性，关系图。
引言：1845年法拉第发现了磁致旋光现象，称为法拉第效应。
这是人类第一次认识到电磁现象与光现象的联系。
后来，费尔德发现法拉第效应普遍存在于固体、液体和气体。
法拉第效应只是磁光效应中的一种，磁光效应有很多类型，常见的有法拉第效应、塞曼效应、克尔效应、科顿-穆顿效应和磁激发光散射。
法拉第效应的应用领域极其广泛。
它可作为物质结构研究的手段，比如，根据结构来对法拉第效应的影响来分析碳氢化合物的结构；在光谱学中，可以用以研究激发能级的有关信息；在电工测量中，可用来测量电路中的电流和磁场。
如今利用法拉第效应原理制成的偏频盒、旋转器、环行器、相移器、锁式开关、Q开关、光纤隔离器等能快速控制激光参数的各种元器件，已广泛应用于激光雷达、激光测距、激光陀螺、光纤通信重。
实验原理: 所谓法拉第效应是指，在光的传播方向加一强磁场时，平面偏振光穿过磁场中样品后，偏振面将偏转一个角度，如图1-1所示。
其偏转角θ满足关系式：θ＝VBL (1)图表1-1 平面偏振光沿磁场通过介质时偏振面偏转其中V称为费尔德常数，由材料本身性质和工作波长决定，在顺磁、弱磁和抗磁性材料中，V通常为常数，即θ与B具有线性关系；而在铁磁或亚铁磁材料中，θ与B不再是简单的线性关系。
在不同的介质中，光的偏振面旋转的方向也可能不同，且其方向与外磁场方向有关。
一般约定，旋转方向与产生磁场的螺线管中电流方向一致时，法拉第旋转是左旋的，V>0;反之则V<0,是右旋的。
法拉第旋光方向只由磁场方向决定，与传播方向无关，具有不可逆性。
而自然旋光过程是可逆的。
塞曼效应&法拉第效应实验
2
2d
塞曼分裂观察：
m
汞546.1nm的塞曼分裂：
3S 1
6s7s S1 6s6 p P 2
3 3
1 0 -1
选择定则：
Δm=0，Δm=±1
546.1 nm 2 1 0 -1 -2 100 75 π 75
3P 2
未加磁场的谱线
加磁场的谱线
【实验】1895年前后，受法拉第启发，塞曼发现钠黄线在 M. Faraday
磁场下变宽，镉兰线在磁场的作用下分裂成两根与三根.
【理论】塞曼和洛仑兹用经典电子论解释了正常塞曼效应， 和分裂后的谱线的偏振特性,并且估算出的电子的荷质。 【影响】 为汤姆逊发现电子提供了证据。 证实了原子具有磁矩并且空间取向是量子化的。 1902年，塞曼与洛仑兹因这一发现共同获得了诺贝尔物理 学奖。 反常塞曼效应，促使1921年朗德提出g因子概念，1925年 泡利提出不相容原理，同年乌伦贝克和哥德斯密特提出电 子自旋，推动量子理论的发展。
注：第三项内容对8学时实验为选作内容，12学时为必做内容
参考实验程序（塞曼效应）
1. 测量电磁体磁场与电流的对应关系，观察磁体间隙中的磁 场均匀性； 2. 了解实验装置各部件的功能后，搭建初步光路； 3. 调整光路：各光学器件共轴；调节会聚透镜的位置，使汞 灯的光刚好充满标准具；调节电磁体与导轨的去向，使标 准具视场中的干涉环处于中央位置。 4. 调节标准具，使两个反射面高精度平行； 5. 记录干涉圆环，计算荷质比，并与理论值比较，分析误差 产生原因；观察各环的偏振特性。 自己设计实验程序观察法拉第效应，测量两种材料的费尔 德常数。
有解条件与传输模式：左右旋圆偏光
实验3.11 法拉第效应实验
实验3.11 法拉第效应实验光和一切微观物质一样，具有波粒二象性，当一束光通向在磁场作用下的具有磁矩的物质，从介质反射或者透射后，光的相位、频率、光强、传输方向和偏振状态等传输特性发生变化，这种现象叫做磁光效应。
法拉第效应有许多重要的应用，尤其在激光技术发展后，其应用价值倍增。
如用于光纤通讯系统中的磁光隔离器，激光磁光调制等技术。
一、实验目的1．观察光的偏振现象，研究光的波动性。
2．观察并理解法拉第效应，研究影响振动面偏转角度的因素。
3. 计算材料的费尔德常数。
二、实验原理1.法拉第效应：1845年，法拉第在实验中发现，当一束线偏振光通过非旋光性介质时，如果在介质中沿光传播方向加一外磁场，则光通过介质后，光振动（指电矢量）的振动面转过一个角度θ，这种磁场使介质产生旋光性的现象称为法拉第效应或者磁致旋光效应。
自从法拉第发现这一效应以后，人们在许多固体、液体和气体中观察到磁致旋光现象。
对于顺磁介质和抗磁介质，光偏振面的法拉第旋转角θ与光在介质中通过的路程L 以及外加磁场磁感应强度在光传播方向上的分量成正比，即有：VBL =θ (3.1)其中V 为费尔德常数。
对于不同介质，偏振面旋转方向不同，习惯上规定，偏振面旋转绕向与磁场方向满足右手螺旋关系的称为“右旋”介质，其费尔德常数V > 0；反向旋转的称为“左旋”，费尔德常数V < 0。
2.法拉第效应的唯象解释：一束平行于磁场方向传播的线偏振光，可以看作是两束等幅左旋和右旋圆偏振光的迭加。
这里左旋和右旋是相对于磁场方向而言的。
如果磁场的作用是使右旋圆偏振光的传播速度和左旋圆偏振光的传播速度不等，于是通过厚度为L 的介质后，便产生不同的相位滞后。
这里应注意，圆偏振光的相位即旋转电矢量的角位移；相位滞后即角位移倒转。
在磁致旋光介质的入射截面上，入射线偏振光的电矢量E 可以分解为图 3.1 (a)所示两个旋转方向不同的圆偏振光L E 和R E ，通过介质后，它们的相位滞后不同，旋转方向也不同，在出射界面上，两个圆偏振光的旋转电矢量如图3.1 (b)所示。
近代物理法拉第效应
一、实验目的
几种材料的费尔德常数（单位:弧分/特斯拉·厘米）
V V 一、实验目的
标准
相对误 差 ？ % 的激光能够完全被探测器接收。
V 1、在激光技术中的光波隔离器或单通器。
2、在激光通讯中的磁光调制器。
标准Biblioteka 测量并计算出检偏器转过的角度，
法拉第效应，也叫磁致旋光效应。
测微头的移动范围0-10mm。
(（1）) 、2天然、旋光在物质激：光通讯中的磁光调制器。
偏振光通过某些物质后，其振动面将以光的传播方向为轴线转过一定的角度。 1、在激光技术中的光波隔离器或单通器。 转盘，使得探测器输出最小。 式中比例常数V叫做费尔德常数， 过电磁铁的中心孔，调节探测器前端的光阑，使通过电磁铁
如果线偏3振、光往在返一半次通导过天体然物物质，理振动中面方的向不测变 量有效质量、迁移率。
近代物理法拉第效 应
一、实验目的
1、了解法拉第效应。 2、掌握旋光角的测量方法，学会使用有关仪器。 3、确定费尔德常数（Verdet）常数。
二、 实验原理
1、法拉第效应
1845年，法拉第发现当一束线偏振光穿过介质时，如果在介质 中，沿光的传播方向加上一个磁场，就会观察到光经过样品后偏 振面转过一个角度，即磁场使介质具有了旋光性，这种现象就称为 法拉第效应，也叫磁致旋光效应。
四、实验仪器
旋 光 玻 璃
激
起
检
光
偏
偏
器
器
电磁铁
器
探 测 器
五、实验步骤
１）调节激光器固定架上的两维调节旋钮，使激光斑完全通 过电磁铁的中心孔，调节探测器前端的光阑，使通过电磁铁 的激光能够完全被探测器接收。
２）拿掉检偏器，旋转起偏器使探测器输出数值最大，调节起 偏器使其透光轴方向与部分偏振光较大电矢量方向一致。
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近代物理实验
【实验名称】法拉第效应
【实验目的】1.了解磁光效应现象和法拉第效应的机理。
2.测量磁致旋光角，验证法拉第—费尔德定律θ=VBL 。
3.法拉第效应与自然旋光的区别。
4.了解磁光调制原理。
【实验仪器】1、光源系统：白炽灯光源，单色仪，聚光灯筒，起偏镜；2、磁场系统：电磁铁，激磁电源，高斯计；3、样品介质系统：样品介质，样品盒；4、旋光角监测系统：检偏测角仪，光电倍增管，直流复射式检流计，高压电源；
【实验原理】介质因外加磁场而改变其光学性质的现象称之为磁光效应。
其中，光通过处于磁场中的物质时偏振面发生旋转的效应较为重要，我们称这种偏振面的磁致旋转效应为法拉第效应。
它与克尔效应一起揭示了光的电磁本质，是光的电磁理论的实验基础。
法拉第在寻找磁与光现象的联系时首先发现了线偏振光在通过处于磁场当中的各向同性介质时其偏振面发生旋转的现象。
在磁场不是非常强时，偏振面的旋转角度 与介质的长度及磁感应强度
在光的传播方向上的分量B 成正比
BlV =θ （1）
比例系数V 成为维尔德（Verdet ）常数，它取决于光的波长和色散关系，一般物质的维尔德常数比较小，表1给出了几种材料的维尔德常数V 。
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，光矢量的旋转方向只由磁场的方向决定，而与光的传播方向无关，即当光线经样品物质往返一周时，旋光角将倍增。
线偏振光可看作两个相反偏振量σ+和σ –的圆偏振光的相干叠加，从原子物理知识可知，磁场将使原子中的振荡电荷产生旋进运动，旋进的频率等于拉莫尔频率，即 ωL =
B m
e
⋅,这里e 和m 分别为振荡粒子的电荷和质量，B 为磁
场强度。
线偏振光的σ+和σ –分量有不同的旋进频率，分别为L ωω- 和L ωω+，相应的折射率n+和n-，相速度v+和v- 都不同，而在光学行为中是等效的，偏振面旋转角由下述等式得到，旋转角由光通过的材料长度l 决定,即
l c
n n ⋅-=
-+2)
(ωθ
（2）
上式中，c 为光速，ω为入射光的频率，上式的推导较为简单，是建立在经典电磁理论的基础之上。
由量子理论知道，介质中原子的轨道电子磁矩
µ=
-
L m
e 2
（3）
式中，e 为电子电荷，m 为电子质量，L 为轨道角动量，在磁场B 中，一个电子磁矩具有势能: E P
E P =-µ
·B=
L m
e 2·B=
z L m
eB 2
（4）
其中z L 为电子的轨道角动量沿磁场方向的分量。
当平面偏振光在磁场B 作用下通过样品介质时，光子与束缚电子发生相互作用，光子使束缚电子由基态激发到高能态，处于激发态的电子吸收了光量子的角动量
±=∆z L （π2/h = ）。
因此电子的势能增加了P E ∆
m
eB
m eB L m eB E z P 2)(22±=±=∆=
∆
（5）
其中正号对应于左旋圆偏振光量子，负号对应于右旋圆偏振光量子，在电子的势能增加P E ∆同时，光子的能量减少了
=∆E P E ∆。
由量子理论知道，光子具有的能量为ω ，样品介质对光子的折射率n=n （ω）。
当光子的能量减少了=∆E P E ∆时，n=n （ω-
P E ∆），函数形式未发生改变。
将n 在n （ω）附近展开有
n=n （ω-
P
E ∆）≈n （ω）±
ω
d dn E P ∆
（6）
将（5）式代入（6）式有
n
≈n （
ω
）±
ω
d dn
m eB 2
（7）
正号为介质对左旋光的折射率，负号为介质对右旋光
的折射率。
将上式代入（2）式 ，并用波长表示（λπ=ω/2c ），则有
λ
λϕd dn
mc eBl ⋅-
=∆2
（8）
上式表明法拉第旋光角的大小ϕ∆与样品介质厚度S 、磁场强度B 正比，并且和入射光的波长λ及介质的色散λ
d dn 有关。
若用CGS 单位制，则有，
λλϕd dn
mc eBl ⋅-
=∆2
2
（9）
将（9）式代入（1）式有，
V=
λλd dn
mc
e ⋅⋅2
2
(10)
【实验步骤】1.调整磁场B=f(I); I 为线圈电流； 2.验证磁场强度B 与偏振面旋转角度θ之间的正比关系。
3.维尔德（Verdet ）常数随光波波长λ的变化。
【实验数据与处理】
根据公式BlV =θ，当=ϑ68’，B=0.1T ，=l 1cm 时 费尔德常数V=680弧分/特斯拉·厘米 当=ϑ171’，B=0.3T ，=l 1cm 时
费尔德常数V=570弧分/特斯拉·厘米 当=ϑ248’，B=0.42T ，=l 1cm 时 费尔德常数V=590弧分/特斯拉·厘米 当=ϑ262’，B=0.54T ，=l 1cm 时 费尔德常数V=485弧分/特斯拉·厘米 当=ϑ374’，B=0.62T ，=l 1cm 时 费尔德常数V=603弧分/特斯拉·厘米 当=ϑ413’，B=0.70T ，=l 1cm 时
费尔德常数V=590弧分/特斯拉·厘米
【实验总结】
1. 当励磁电流较高时（2A以上），螺线管会发热，属正常现象。
但如果工作时间较长，应断电冷却后再继续工作。
2. 螺线管两端有挡片，玻璃样品只能从螺线管有活动挡片的一端放入/取出。
实验中注意不要打碎样品。
3. 实验结束时要将磁场电流减小到0，关掉仪器电源，整理好仪器，填写好仪器记录。