法拉第效應(yīng)實驗教學(xué)研究探討

摘 要：介紹了法拉第效應(yīng)實驗的基本原理、儀器和實驗過程，分析了影響實驗過程的諸多因素。實驗中測量了玻璃的費爾德常數(shù)，掌握操作要點，使同學(xué)們實驗的成功率有很大提高，取得較好的實驗教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：法拉第效應(yīng) 旋光角 費爾德常數(shù)

中圖分類號：G64；O4-34 文獻標識碼：A 文章編號：1673-9795（2013）07（a）-0070-02

The Study on the Faraday Effect Experiment

Hou Yujuan

（School of Science，Huaihai Institute of Technology，Lianyungang Jiangsu，China 222005）

Abstract：We introduce the basic principle of the Faraday effect experiment，experimental apparatus and process of experiment，and analyze the factors of the process of experiment.In the experiment，we measure Reinfeldt’s constant.The main point of the experiment is mastered.So students greatly improve the success rate of experimental greatly and experimental teaching has very good results.

Key Words：Effect Experiment；Rotatory Horns；Reinfeldt’s Constant.

為了深刻理解一些材料的磁光現(xiàn)象及其物理原理，以及使這些效應(yīng)在數(shù)據(jù)存儲和磁光開關(guān)等器件中獲得重要應(yīng)用，人們對法拉第效應(yīng)產(chǎn)生了研究興趣[1]。對于磁光效應(yīng)的測量，已經(jīng)發(fā)展了許多方法[2～5]。法拉第效應(yīng)實驗?zāi)苤庇^驗證磁致旋光物理現(xiàn)象，已經(jīng)進入大學(xué)物理實驗的教學(xué)環(huán)節(jié)[6～9]，對實驗裝置也有不少的研究[10～11]。

1 原理

當(dāng)一束平面偏振光通過某一介質(zhì)，且在介質(zhì)中沿光傳播方向加上一個磁場，就會觀察到光經(jīng)過樣品后偏振面轉(zhuǎn)過一個角度。即磁場使介質(zhì)具有了旋光效應(yīng)。通過實驗可以發(fā)現(xiàn)，磁光效應(yīng)中，光偏振面旋轉(zhuǎn)角與光波在介質(zhì)中傳播的路程L以及沿光傳播方向的磁感應(yīng)強度分量B成正比，即=VIB。式中比例系數(shù)V稱為費爾德數(shù)，單位為弧分/高斯厘米，它表征物質(zhì)的旋光性。

2 儀器及實驗過程

實驗利用長春第一光學(xué)儀器廠研制的WFC法拉第效應(yīng)實驗儀進行測量。該儀器的原理圖示為圖1。

該實驗儀器由光源、磁場和樣品、旋光角檢測系統(tǒng)等組成。由光源（12 V，100 W的白熾燈）產(chǎn)生的復(fù)合白光通過小型單色儀后可以獲得波長在360～800 nm的單色光，經(jīng)過起偏鏡成為單色線性偏振光，然后穿過電磁鐵。電磁鐵采用直流供電，

中間磁路有通光孔，保證入射光與磁場B方向一致，兩磁極間隙為11 mm。入射光穿過樣品后從電磁鐵的另一極穿出入射到檢偏器上，透過檢偏器的光進入光電倍增管，由數(shù)顯表顯示光電流的大小，即出射光強的大小。根據(jù)出射光強最大（或最?。r檢偏器的位置讀數(shù)即可得出旋光角。檢偏器的角度位置讀數(shù)也由數(shù)顯表讀出，其最大讀數(shù)為99°59′，分辨率為1′。（見圖1）

（1）接通電源，預(yù)熱5分鐘，開始實驗。

①首先將檢偏器手柄（標記為紅點）與連接座的標記（為紅點）及電磁鐵一端的標記（為紅點），三點調(diào)成一直線。

②靈敏度旋鈕，順時針為增加，逆時針為減少，靈敏度的高低，直接反映在數(shù)顯表的數(shù)字跳動的快慢。

③把檢偏測角的手輪（以下簡稱手輪）順時針旋轉(zhuǎn)到頭后，再逆時針旋轉(zhuǎn)二周后，按一下清零按鈕，角度表示值為零，微動調(diào)零手鈕，使數(shù)顯表的示值為零，即可以進行測量。在測量前驗證一下角度表的零位正確與否，可通過加磁場來檢驗，把穩(wěn)流電源接電磁鐵，將電流值分別從1A、2A直到5A，觀察其數(shù)顯表的示值應(yīng)呈線性增加，這說明角度表的零位在此。微動調(diào)零手鈕使數(shù)顯表的示值為零。

（2）測量法拉第效應(yīng)角。

①首先增加電流1A，電流逐漸增加，數(shù)顯表的示值也同步增加，觀察數(shù)顯表示值從0增加到二位數(shù)左右。

②再旋轉(zhuǎn)手輪，使角度表的示值從0°增加到若干讀數(shù)，使其數(shù)顯表的示值從二位數(shù)逐漸變化到零。

③將1A的電流關(guān)閉，觀察其數(shù)顯表的示值從零增加二位數(shù)，這時角度表的示值為法拉第效應(yīng)角。

④旋轉(zhuǎn)手輪，觀察數(shù)顯表的示值為零時，則角度表的示值為重復(fù)性誤差，電流從1A、2A增至5A為止，在不同的磁場強度下測量3次，取其平均數(shù)。

⑤用游標卡尺測量樣品厚度，重復(fù)測量五次，求出該樣品的費爾德常數(shù)。

3 影響實驗結(jié)果的因素

3.1 實驗裝置的調(diào)整

調(diào)整單色儀的四角螺釘，是單色儀處于水平狀態(tài)，出光口的中心軸與電磁鐵的通光孔在一條水平線上。將單色儀和電磁鐵配合銜接，從電磁鐵的另一極通光孔中觀察，調(diào)整單色儀狹縫寬度約0.03 mm，調(diào)整單色儀的位置，使光束位于圓孔中心，光束與衍射條紋成一直線，將光電接收的連接罩插入電磁鐵的凹槽中。

3.2 靈敏度旋鈕的選擇

調(diào)節(jié)靈敏度時，可微調(diào)狹縫，使電流每增加1A，數(shù)顯增加20左右，如果數(shù)顯跳動厲害，可降低靈敏度。重復(fù)性誤差在30′以內(nèi)。注意在同一波長情況下，已經(jīng)調(diào)定，在整個測量過程中即不應(yīng)再動此旋鈕。

3.3 測量過程的控制

重復(fù)測量時，每次往返測量在短時間內(nèi)完成，以免因電路零點飄移引起誤差。

3.4 其他因素的影響

單色儀出射狹縫提供的工作波長不能夠準確，另外旋轉(zhuǎn)角測量過程中的偏差、磁感應(yīng)強度的測量精度不夠及操作時工作波長的漂移等因素也會給測量結(jié)果帶來較大影響。

4 結(jié)語

本次實驗操作過程中，學(xué)生掌握實驗的操作要點，調(diào)整好實驗裝置，選擇合適的靈敏度。通過本實驗的操作，使學(xué)生直觀了解法拉第效應(yīng)，提高學(xué)生的實驗基本操作技能。

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