西安交通大學(xué)大學(xué)物理仿真實驗報告

1、西安交通大學(xué)大學(xué)物理仿真實驗報告一 核磁共振 實驗名稱： 核磁共振。實驗?zāi)康模河^察核磁共振穩(wěn)態(tài)吸收現(xiàn)象，掌握核磁共振的實驗原理和方法，測量1H和19F的值和g值。實驗儀器：核磁共振儀，樣品（水和聚四氟乙?。?，磁鐵的實驗平臺。實驗原理： 核磁共振是磁矩不為零的原子核，在外磁場作用下自旋能級發(fā)生塞曼分裂，共振吸收某一定頻率的射頻輻射的物理過程。核磁共振波譜學(xué)是光譜學(xué)的一個分支，其共振頻率在射頻波段，相應(yīng)的躍遷是核自旋在核塞曼能級上的躍遷。 從經(jīng)典力學(xué)觀點看，具有磁矩和角動量P的粒子，在外磁場B0中受到一個力矩L的作用：L=B0此力矩使角動量發(fā)生變化：dP/dt=L故d/dt=B0若B0是穩(wěn)恒的且沿

2、Z方向，則上式表示繞B0進動，進動頻率0= B0，若在XY平面內(nèi)加一個旋轉(zhuǎn)場B1，其旋轉(zhuǎn)頻率為0，旋轉(zhuǎn)方向與進動方向一致，因而也繞B1進動，結(jié)果使角增大，表示粒子從B1中獲得能量。如果實驗時外磁場為B0，在該穩(wěn)恒磁場區(qū)域又疊加一個電磁波作用于氫核，如果電磁波的能量hv0恰好等于這時氫核兩能級的能量差B0gNN，即 hv0=B0gNN ,即有g(shù)N =,從而得其中N =5.05*10-27 JT-1=5.05*10-23 JG-1，用掃場法測量時，共振條件在調(diào)制場的一個周期內(nèi)被滿足兩次，所以在示波器上觀察到有兩個峰的共振吸收信號。此時若調(diào)節(jié)射頻場的頻率，則吸收曲線上的吸收峰將左右移動。當(dāng)這些吸收峰

3、間距相等時，則說明在這個頻率下的共振磁場為B0。實驗內(nèi)容：（1）觀測1H的核磁共振信號。 樣品用純水，先找出共振信號，再分別改變的大小，觀察共振信號位置，形狀變化。 （2）觀測1H和N，gN 分別記錄下六組不同磁鐵間矩d時所對應(yīng)的以及相應(yīng)的共振頻率，再計算N，gN （3）測量19F樣品用聚四氟乙稀，分別記錄下三組不同磁鐵間矩d時所對應(yīng)的以及相應(yīng)的共振頻率，再計算N，gN 實驗過程及原始數(shù)據(jù)：同樣的方法，測量六組數(shù)據(jù)，得到如下表格：項目d/mmv/kHzB/*104T10.1814236352910.3914073349410.6713776344611.0213612338711.331332

4、7333411.65131533280改用外掃法，如圖：記錄數(shù)據(jù)如下：項目d/mmv/kHzB/*104T10.0814226354310.3314078349910.6513766344911.0613619337711.2913318333511.55131543282再測19F的g和Y。這樣得到實驗數(shù)據(jù)：項目d/mmv/kHzB/*104T10.0814854354610.7214407343811.21139563354改用外掃法：記錄實驗數(shù)據(jù)：項目d/mmv/kHzB/*104T10.1814839353610.6714417343511.23139673359數(shù)據(jù)處理：1. 測量的

5、因子和g因子由得：將實驗數(shù)據(jù)代入原理中所述公式，得到g=5.571，誤差為 因此， 2.測量的因子和g因子代入數(shù)據(jù)求得g=5.195 因此， 西安交通大學(xué)大學(xué)物理仿真實驗報告二 鋼絲楊氏模量測定實驗名稱：鋼絲楊氏模量測定實驗?zāi)康模?測量鋼絲楊氏模量；2掌握利用光杠桿測定微小形變的方法；3采用逐差法和作圖法得出測量結(jié)果，掌握這兩種數(shù)據(jù)處理的方法。實驗儀器：支架和金屬鋼絲，光杠桿，鏡尺組實驗原理：在胡克定律成立的范圍內(nèi)，應(yīng)力和應(yīng)變之比是一個常數(shù)，即E=(F/S)/( L/L)=FL/SL（1）E被稱為材料的楊氏模量，它是表征材料性質(zhì)的一個物理量，僅與材料的結(jié)構(gòu)、化學(xué)成分及其加工制造方法有關(guān)。某種材

6、料發(fā)生一定應(yīng)變所需要的力大，該材料的楊氏模量也就大。楊氏模量的大小標(biāo)志了材料的剛性。通過式（1），在樣品截面積S上的作用應(yīng)力為F，測量引起的相對伸長量L/L，即可計算出材料的楊氏模量E。因一般伸長量L很小，故常采用光學(xué)放大法，將其放大，如用光杠桿測量L。光杠桿是一個帶有可旋轉(zhuǎn)的平面鏡的支架，平面鏡的鏡面與三個足尖決定的平面垂直，其后足即杠桿的支腳與被測物接觸。當(dāng)杠桿支腳隨被測物上升或下降微小距離L時，鏡面法線轉(zhuǎn)過一個角，而入射到望遠鏡的光線轉(zhuǎn)過2角。當(dāng)很小時，tan=L/l（2）式中l(wèi)為支腳尖到刀口的垂直距離（也叫光杠桿的臂長）。根據(jù)光的反射定律，反射角和入射角相等，故當(dāng)鏡面轉(zhuǎn)動角時，反射光線

7、轉(zhuǎn)動2角 tan22=b/D（3）式中D為鏡面到標(biāo)尺的距離，b為從望遠鏡中觀察到的標(biāo)尺移動的距離。從（2）和（3）兩式得到L/l=b/(2D)（4）由此得L=bl/(2D)（5）合并（1）和（4）兩式得E=2DLF/(Slb)（6）式中2D/l叫做光杠桿的放大倍數(shù)。只要測量出L、D、l和d（S=dd/4）及一系列的F與b之后，就可以由式（5）確定金屬絲的楊氏模量E。實驗內(nèi)容1 調(diào)節(jié)儀器（1） 調(diào)節(jié)放置光杠桿的平臺F與望遠鏡的相對位置，使光杠桿鏡面法線與望遠鏡軸線大體重合。（2） 調(diào)節(jié)支架底腳螺絲，確保平臺水平（為什么？），調(diào)平臺的上下位置，使管制器頂部與平臺的上表面共面。（3） 光杠桿的調(diào)節(jié)，

8、光杠桿和鏡尺組是測量金屬絲伸長量L的關(guān)鍵部件。光杠桿的鏡面（1）和刀口（3）應(yīng)平行。使用時刀口放在平臺的槽內(nèi)，支腳放在管制器的槽內(nèi)，刀口和支腳尖應(yīng)共面。（4） 鏡尺組的調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)望遠鏡、直尺和光杠桿三者之間的相對位置，使望遠鏡和反射鏡處于同等高度，調(diào)節(jié)望遠鏡目鏡視度圈（4），使目鏡內(nèi)分劃板刻線（叉絲）清晰，用手輪（5）調(diào)焦，使標(biāo)尺像清晰。2 測量（1） 砝碼托的質(zhì)量為m0，記錄望遠鏡中標(biāo)尺的讀數(shù)r0作為鋼絲的起始長度。（2） 在砝碼托上逐次加500g砝碼（可加到3500g），觀察每增加500g時望遠鏡中標(biāo)尺上的讀數(shù)ri，然后再將砝碼逐次減去，記下對應(yīng)的讀數(shù)ri，取兩組對應(yīng)數(shù)據(jù)的平均值 。（3）

9、 用米尺測量金屬絲的長度L和平面鏡與標(biāo)尺之間的距離D，以及光杠桿的臂長 。數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)記錄發(fā)碼數(shù)標(biāo)尺讀數(shù)逐差加砝碼減砝碼標(biāo)尺讀數(shù)11.20 1.15 1.18 N11.11 22.20 2.30 2.25 N21.10 33.39 3.40 3.40 N31.13 44.45 4.39 4.42 平均值1.94 55.60 5.61 5.61 66.66 6.61 6.64 77.92 7.92 7.92 l=4.05cm,D=115.18cm,L=99.74cm,d=0.293mm計算楊氏模量 E=2DLF/(Slb)E=2.13*10E12注意事項（1）調(diào)節(jié)平臺的高低，使管制器頂部與平臺的

10、上表面共面。調(diào)節(jié)時用手小心托住平臺防止光杠桿傾跌。調(diào)節(jié)光杠桿的臂長，并使光杠桿鏡面法線與望遠鏡在同一水平面上。 （2）調(diào)節(jié)支架底腳螺絲使儀器平正，以水平儀上的水平泡居中為準(zhǔn)。（3）調(diào)整望遠鏡及標(biāo)尺的位置、首先沿鏡簡的軸線方向，通過準(zhǔn)星，觀察反射鏡內(nèi)是否有標(biāo)尺的象，如果看不到標(biāo)尺象，則可左右移動望遠鏡底座，或松開手輪，調(diào)整望遠鏡，直至反射鏡內(nèi)出現(xiàn)標(biāo)尺的象為止。（4）測量鋼絲長度，應(yīng)注意兩端點的位置，上端起于夾鋼絲的兩個半圓柱的下表面，下端止于管制器的下表面。（5）光杠桿放在工作平臺上，刀口放在平臺的橫槽內(nèi)，后足尖放在管制器的溝槽內(nèi)，但不得與鋼絲相碰，光杠桿的平面鏡要與平臺垂直。 （6）光杠桿、望

11、遠鏡標(biāo)尺調(diào)整好后，整個實驗中防止位置變動。加取砝碼要輕取輕放，待鋼絲不動時再觀測讀數(shù)。觀察標(biāo)尺時眼睛正對望遠鏡，不得忽高忽低引起視差。（7）調(diào)整好光杠桿和鏡尺組之后，整個實驗過程都要防止光杠桿的刀口和望遠鏡及豎尺的位置有任何變動，特別在加減砝碼時要格外小心，輕放輕取。（8）按先粗調(diào)后細調(diào)的原則，通過望遠鏡筒上的準(zhǔn)星看反射鏡，應(yīng)能看到標(biāo)尺，然后再細調(diào)望遠鏡。調(diào)目鏡可以看清叉絲，調(diào)聚焦旋鈕可以看清標(biāo)尺。實驗小結(jié)實驗結(jié)論：根據(jù)所測數(shù)據(jù)計算得 E=2.13*10E12實驗誤差： （1）沒有調(diào)整好儀器就開始實驗導(dǎo)致數(shù)據(jù)有誤；（2）讀數(shù)錯誤導(dǎo)致誤差；（3）實驗操作不規(guī)范，導(dǎo)致實驗數(shù)據(jù)有誤，如加砝碼是不輕不穩(wěn)；思考題1. 利用光杠桿把測微小長度L變成測b，光杠桿的放大率為2D/l，根據(jù)此式能否以增加D減小l來提高放大率，這樣做有無好處？有無限度？應(yīng)怎樣考慮這個問題？ 答：l為光杠桿長度，一般為固定值，不能改變。D可以增加，以加大放大率。但這是由限度的，即使不考慮場地，若距離太遠，望遠鏡中將難以觀測到尺子。有一個約4cm長的壓電陶瓷雙晶片，加直流電壓后，一片伸長