法拉第效應(yīng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究探討

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

關(guān)鍵詞：法拉第效應(yīng) 旋光角 費(fèi)爾德常數(shù)

中圖分類號(hào)：G64；O4-34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：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(chǔ)和磁光開關(guān)等器件中獲得重要應(yīng)用，人們對(duì)法拉第效應(yīng)產(chǎn)生了研究興趣[1]。對(duì)于磁光效應(yīng)的測(cè)量，已經(jīng)發(fā)展了許多方法[2～5]。法拉第效應(yīng)實(shí)驗(yàn)?zāi)苤庇^驗(yàn)證磁致旋光物理現(xiàn)象，已經(jīng)進(jìn)入大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的教學(xué)環(huán)節(jié)[6～9]，對(duì)實(shí)驗(yàn)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(gè)磁場(chǎng)，就會(huì)觀察到光經(jīng)過樣品后偏振面轉(zhuǎn)過一個(gè)角度。即磁場(chǎng)使介質(zhì)具有了旋光效應(yīng)。通過實(shí)驗(yàn)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(qiáng)度分量B成正比，即=VIB。式中比例系數(shù)V稱為費(fèi)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(shí)驗(yàn)過程

實(shí)驗(yàn)利用長(zhǎng)春第一光學(xué)儀器廠研制的WFC法拉第效應(yīng)實(shí)驗(yàn)儀進(jìn)行測(cè)量。該儀器的原理圖示為圖1。

該實(shí)驗(yàn)儀器由光源、磁場(chǎng)和樣品、旋光角檢測(cè)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(zhǎng)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(chǎng)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(jìn)入光電倍增管，由數(shù)顯表顯示光電流的大小，即出射光強(qiáng)的大小。根據(jù)出射光強(qiáng)最大（或最?。r(shí)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(shí)驗(yàn)。

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

②靈敏度旋鈕，順時(shí)針為增加，逆時(shí)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(dòng)的快慢。

③把檢偏測(cè)角的手輪（以下簡(jiǎn)稱手輪）順時(shí)針旋轉(zhuǎn)到頭后，再逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)二周后，按一下清零按鈕，角度表示值為零，微動(dòng)調(diào)零手鈕，使數(shù)顯表的示值為零，即可以進(jìn)行測(cè)量。在測(cè)量前驗(yàn)證一下角度表的零位正確與否，可通過加磁場(chǎng)來檢驗(yàn)，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(dòng)調(diào)零手鈕使數(shù)顯表的示值為零。

（2）測(cè)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(shí)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(shí)，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(chǎng)強(qiáng)度下測(cè)量3次，取其平均數(shù)。

⑤用游標(biāo)卡尺測(cè)量樣品厚度，重復(fù)測(cè)量五次，求出該樣品的費(fèi)爾德常數(shù)。

3 影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的因素

3.1 實(shí)驗(yàn)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(shí)，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(dòng)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(zhǎng)情況下，已經(jīng)調(diào)定，在整個(gè)測(cè)量過程中即不應(yīng)再動(dòng)此旋鈕。

3.3 測(cè)量過程的控制

重復(fù)測(cè)量時(shí)，每次往返測(cè)量在短時(shí)間內(nèi)完成，以免因電路零點(diǎn)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(zhǎng)不能夠準(zhǔn)確，另外旋轉(zhuǎn)角測(cè)量過程中的偏差、磁感應(yīng)強(qiáng)度的測(cè)量精度不夠及操作時(shí)工作波長(zhǎng)的漂移等因素也會(huì)給測(cè)量結(jié)果帶來較大影響。

4 結(jié)語

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

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