旋光效应
摘要：通过旋光仪利用光的偏振特性来测量旋光物质对振动转过角度来测量了溶液的溶度。并分析各因素对此实验的影响。
关键词：三分视场；旋光角；溶度
中图分类号O432 文献标识码A
一. 引言
1911年，阿喇果（D. F. JArago）发现，当线偏振光通过某些透明物质时，它的振动面将会绕光的传播方向转过一定的角度。这种现象就叫旋光效应，光的振动面转过的角度称为旋光度，使光的振动面产生旋转的物质叫做旋光物质（进一步地，迎着光的传播方向看，使光的振动面顺时针转动的物质叫右旋物质，反之则为左旋物质）。常见的旋光物质有：石英、朱砂、酒石酸、食糖溶液、松节油等。利用旋光仪可以测定这些物质的比重、纯度或浓度。
二. 实验原理及内容
2.1 实验原理
溶液的旋光度与溶液中所含旋光物质的旋光能力、溶液的性质、溶液浓度、样品管长度、温度及光的波长等有关。当其它条件均固定时，旋光度与溶液浓度C呈线性关系。如果已知待测物质浓度C和液
柱长度，只要测出旋光度就可以计算出旋光率。如果已知液柱长度为固定值，可依次改变溶液的浓度C，就可测得相应旋光度。并作旋光度与浓度的关系直线，从直线斜率、长度及溶液浓度C，可计算出该物质的旋光率；同样，也可以测量旋光性溶液的旋光度，确定溶液的浓度C。
对于晶体一类的旋光物质，旋光度Q与光所透过的晶体厚度成正比；若为溶液，则正比于溶液在玻璃管中的长度L和溶液的浓度C：Q=αCL.
（1）
式中的比例系数α称为旋光率，其含义为当L=10cm, c=1g/cm3时光振动方向转过的角度（对糖溶液而言，α与入射光波长λ及温度T 有关，对某些物质还与物质的浓度有关）。实验采用钠灯作为光源，实验过程中通常温度变化很小，可以忽略。玻璃管长度L已知，转角Q需要测量出来，这样，根据已知浓度C即可算旋光率α，再根据已知的α即可测定未知糖溶液浓度C。
2.2 实验仪器
其中，起偏镜4和检偏镜7由透明的尼科耳棱镜制成；钠黄光经聚光镜3和起偏镜4后成为与尼科耳棱镜透振方向平行的线偏振光。半影片5两侧是透明玻璃，中间为由石英制成的对钠黄光的λ/2波片，三者粘在一起形成平面圆片，以产生三分视场。于是，线偏振光分别经石英晶体和两侧玻璃后成为夹角为2θ（θ为λ/2波片的快轴与起偏镜透振方向之间的夹角）的两束线偏振光，如图3中P石英和P玻璃所示。在未放入糖溶液试管情况下，随着检偏器的转动，目镜中将看到的三分视场的变化如图3所示，
（a）：中部暗、两侧较亮，视场分界线清晰；（b）：三分视场的界线消失，全视场为很暗的黄色；（c）：中部较亮、两侧很暗，视场分界线清晰；（d）：三分视场的界线消失，整个视场呈亮黄色。
2.3 实验步骤
1. 在未放入待测物质时，转动度盘手轮，应将检偏器透光方向转向图3（b）中“P检”所示位置，即三分视场刚消失且整个视场变为较暗的黄色时，看度盘和游标是否在零线上；若不一致，应分别记录两边的初始值，作为零位误差。
2. 将糖溶液试管放入试管筒。此时，由半影片出射的两束线偏振光的夹角虽然仍为2θ，但通过糖溶液后它们的振动面都沿同一方向转过了相同的角度Q。于是转动检偏镜使视场再次回到图3（b）所示的状况，则检偏镜所转过的角度Q即为被测糖溶液的旋光度。每支试管各作三次测量（取平均），每次测量都须记录左右游标读数。
3. 利用测得的旋光率α测量未知糖溶液浓度。将未知浓度的糖溶液试管放入旋光仪中，测旋光度三次取平均。
2.4 数据记录与处理
零位误差
Q：左 0 右 0
按公式计算旋光度[]==
Lc
Q t λα])[(1
13--???g dm cm 按公式计算未知糖溶液浓度[]=
=
L
Q
c t λα3
-?cm g
三． 讨论与思考
1. 本实验用的糖溶液是何种旋光物质？
右旋物质：迎着光的传播方向看，使光的振动面顺时针转动的
物质。在调节转动手轮时，我们是顺时针转动的，由此可见光的振动面也是顺时针转动的。
2. 在旋光度的测量中为什么要对零点进行校正？可否用蒸馏水来进
行校正？
旋光仪的零点校正可以保证仪器的精准性，可以让我们清晰地
了解糖溶液在何时旋光性降为0，在实验中我们用蒸馏水来测定旋光仪的零点校正，这是因为蒸馏水是没有旋光性的，以蒸馏水的旋光度作为0点就能够知道蔗糖在何时旋光度降至零。
3. 为什么要选择亮度相等的暗视场进行读数？
由于人眼判断两个区域的暗度是否相同比判断亮度是否相同要灵敏得多。
4. 为什么用三分视场的方法？是否可以用其他方法来做试验？
三部分亮度一致当放进存有被测溶液的试管后，由于溶液具有旋光性，使平面偏振光旋转了一个角度，零度视场便发生了变化。转动检偏镜一定角度，能再次出现亮度一致的视场。三分视场是光与暗的交界，人眼能够清晰的观测其变化。
可以不用三分视场来测量，但是由于人眼对光的灵敏度比较差，很难识别光的微弱变化，实验测量就会变得很困难，且结果不会很准确。
5. 半影片中石英两侧的玻璃的厚度有无要求？为什么？
石英片两侧配以一定厚度的玻璃片（尽量厚），目的之一是为补偿因石英片吸收引起的光强差别。
6. 置糖溶液试管前后,通过旋光仪目镜所观察到的视场为什么在清晰程度上有差别?能否调清晰？
第一，也是最大的可能，焦距没有调好，调节旋光仪的焦距即可。第二，光路上的几个玻璃片所在的位置上沾有污物，擦干净即可。第三，光路上有气泡，将气泡赶到样品管的凸起部位
7.仪器对试验测量是否有影响？
换用一台试验仪器后试验的数据变化
零位误差
Q：左—0、05 右 0
法拉第效应 一．实验目的 1．初步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F θ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H B 成正比，这个规律又叫法拉第一费尔得定律，即 F H VB l θ= ()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常数，它与光频和温度有关。几乎所有的物质都有法拉第效应，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（0V >）反之叫负旋（0V <）。 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，偏振面相对于实验室坐标的旋转方向，只由B 的方向决定和光的传播方向无关，这个光学过程是不可逆的。光线往返一周，旋光角将倍增。而自然旋光则是可逆的，光线往返一周，累积旋光角为零。与自然旋光类似，法拉第效应也有色散。含有三价稀土离子的玻璃，费尔德常数可近似表示为： ()1 22t V K λλ-=- ()2 这里K 是透射光波长t λ，有效的电偶极矩阵元，温度和浓度等物理量的函数，但是与入射波长λ无关。这种V 值随波长而变的现象称为旋光色散。 2．法拉第效应的经典理论 从光波在介质中传播的图像看，法拉第效应可以这样理解:一束平行于磁场方向传播的平面偏振光，可以看作是两柬等幅的左旋和右旋偏振光的叠加，左旋和右旋是相对于磁场方向而言的。介质中受原子核束缚的电子在人射光的两旋转电矢量作用下，作稳态的圆周运动。在与电子轨道平面相垂直的方向上加一个磁场B ，则在电子上将引起径向力M F ，力的方向决定于光的旋转方向和磁场方向。因此，电子所受的总径向力可以有两个不同的值。轨道半径
实验4 磁旋光效应 磁旋光效应(法拉第效应)实验，对不同物质的旋光特性有所认识。实验发现，磁旋光性物质具有左旋和右旋之分,而且它的旋光方向是由磁场的方向来决定。根据实验数据分析获得磁场强度与偏振角之关系，观察磁场电流与旋光方向的关系,进一步了解不同介质的旋光特性。 [实验目的] 1．观察和了解磁旋光现象及其基本特征。 2．学习测量介质的磁旋光费尔德常数V的数值的方法。 3．思考磁旋光效应的应用。 [实验内容] 对给定的两个样品进行下面测量 1、在350nm-750nm波长范围内，分散选取5个以上不同波长，对其在不同磁场强度（在50mT-600mT范围内取10个以上点）下测量样品的磁旋光角。 2、对两个样品，做不同波长的磁旋光角-磁场强度关系图，并由图确定相应的费尔德常数值。 3、分析实验所得磁旋光角--磁场强度关系是否符合式（1）线性关系，以及费尔德常数值随光波长变化的色散关系。 [导引问题] 1．磁旋光现象具有什么特征？它与天然旋光现象有什么相同和不同的地方？ 2．如何理解磁旋光效应的物理本质？ 3、实验中所使用的磁场并非均匀场，这对V值的精确测量有影响吗？如果有，你能提出改 进意见吗？ 4、许多材料除了有法拉第旋光效应外，还有自然旋光、双折射等效应。它们的存在是否会 影响本实验测量的准确度？如果影响，你能提出消除影响的办法吗？ [实验原理] 1845年由M.法拉第发现。当线偏振光（见光的 偏振）在介质中传播时，若在平行于光的传播方向上 加一强磁场，则光振动方向将发生偏转，偏转角图1 法拉第效应示意图度ψ与磁感应强度B和光穿越介质 的长度l的乘积成正比，即ψ＝VBl，比例系数V称 为费尔德常数，与介质性质及光波频率有关。偏转方
法拉第旋光效应实验报告 一．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.测量法拉第效应偏振面旋转角与外加磁场电流I的关系曲线。二．实验仪器： LED 发光二极管（或白光光源和滤波片），偏振片，透镜，直流励磁电源，导轨，偏振片，集成霍尔元件，稳压电源等。三．实验原理和操作步骤： 天然旋光现象。 当线偏振光通过某些透明物质(如石英、糖溶液、酒石酸溶液等)后．其振动面将以光的传播方 向为轴旋转一定的角度，这种现象称为旋光现象。1811 年阿拉果首先发现石英有旋光现象，以后 毕奥（J. B. Biot）和其他人又发现许多有机液体和有机物溶液也具有旋光现象。凡能使线偏振光 振动面发生旋转的物质称为旋光物质，或称该物质具有旋光性。 图3.1 石英的旋光现象 如图3.1 所示，1P 和2P 分别为起偏器和检偏器（正交）。显然，在没有旋光物质时，2P 后面的视场是暗的。当在1P 和2P 之间加入旋光物质后2P 后的视场将变亮，将2P 旋转某一角度后，视场又将变暗。这说明线偏振光透过旋光物质后仍然是线偏振光，只是其振动面旋转了一个角度。 振动面旋转的角度称为旋光度，用?表示。 线偏振光通过旋光晶体时，旋光度?和晶体厚度 d 成正比，即 d α ? = （3.1）式中，α是比例系数，与旋光晶体的性质、温度以及光的频率有关，称为该晶体的旋光率。 不同的旋光物质可以使线偏振光的振动面向不同的方向旋转．人们对旋光方
向作下述约定： 迎着光传播方向观察，若出射光振动面相对于入射光扳动面沿顺时针方向旋转为右旋；沿逆时针方向旋转称为左旋．在图 3.1 中，若在1P 前加一个白色光源，由于不同波长的光旋转角度不同，因此到达2P 时有一部分光能透过去，有些光透不过去，有些能部分透过去，所以2P 后的视场是彩色的，旋转2P 其法拉第旋光效应25色彩会发生变化，这种现象叫做旋光色散。 2. 旋光现象的菲涅耳解释。 菲涅耳提出了一种唯象理论来解释物质的旋光性质。线偏振光可以分解为左旋圆偏振光和右旋圆偏振光。左旋圆偏振光和右旋圆偏振光以相同的角速度沿相反方向旋转，它们合成为在一直线上振动的线偏振光。在旋光物质中左旋圆偏振光和右旋圆偏振光传播的相速度不相同。假定右旋圆偏振光在某旋光物质中传播速度比左旋圆偏振光的速度快，在旋光物质出射面处观察，于右旋圆偏振光速度快，因此右旋圆偏振光振幅旋转过的角度较大，在出射面处，两圆偏光合成的线偏振光PE 的振动方向比起原来(进入旋光物质前)的振动方向0 PE 来，顺时针方向转过角度θ，这就是右旋。当材料中左旋圆偏振光的相速度较大时．就是左旋光材料。 3. 磁致旋光。 前面介绍的是物质的天然旋光性，实际上，有些物质本身不具有旋光性，但在磁场作用下就有旋光性了，就是前面介绍的法拉第旋光效应，也叫磁致旋光效应。磁致旋光中振动面的旋转角?和样品长度L 及磁感应强度B 成正比，即有VLB = ?（3.2）式中V 是—个与物质的性质、光的频率有关的常数，称为维尔德(Verdet)常数。某些物质的维尔德磁致旋光也有左右之分．我们规定：当光的传播方向和磁场方向平行时迎着光的方向观察，光的振动面向左旋转(逆时针)，则维尔德常数为正。旋光现象的唯象解释 近代物理实验讲义 4. 磁致旋光的经典唯象解释。 可以用唯象模型来说明磁致旋光效应。电子在左旋圆偏振光和右旋圆偏振光的电场作用下作左旋和右旋圆周运动，电子运动平面与磁场垂直。电子在磁场中受到洛仑兹力，其方向向着电子轨道中心或背着轨道中心，视速度的方向而定注意：电子本身带负电荷。在洛仑兹力向着轨道中心的情况中，电子受到的向心力增加，电子旋转速率增大。在洛仑兹力背向轨道中心的情况中，电子旋转变慢。电子旋转快慢的变化影响了圆偏振光电场矢量旋转角速度。当光从磁光媒质出射时重新合成线偏振光。由于在媒质中左旋和右旋的速率不同，合成偏振光的振动面转过了一个角度。从图上可以看出，电子旋转速率变化只决定于磁场方向与电子旋转方向，而与光的传播方向无关。值得注意的是，天然旋光的旋转方向与光的传播方向有关，而磁致旋光的旋转方向与光的传播方向无关，而决定于外加磁场的方向。如图 3.5 所示，若将出射光再反射回晶体，则通过天然旋光晶体的线偏光沿原路返回后振动面将回复原位，而通过磁致旋光晶体的线偏光将继续旋光，其振动面与原振动面夹角更大。磁致旋转现象是由于外磁场存在时物质的原子或分子中的电子进动而引起的。这种进动的结果，使物体对顺时针与逆时针的圆偏振光产生不同的折射率。因此方向不同的圆偏振光的传播速度不同，引起了振动面的旋转。 四．
法拉第效应实验 1845年法拉第（Michal Faraday）发现玻璃在强磁场中具有旋光性，加在玻璃棒上的磁场引起了平行于磁场方向传播的平面偏振光偏振面的旋转，此现象称为法拉第效应。法拉第效应第一次显示了光和电磁现象之间的联系，促进了人们对光本性的研究。之后费尔德（Verdet）对许多介质的磁致旋光进行了研究，发现法拉第效应在固体、液体和气体中广泛存在。 法拉第效应在许多方面都有应用。比如，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；在测量技术中，利用它弛豫时间短（约10-10秒）的特点，制成磁光效应磁强计，可用来测量脉冲磁场和交变强磁场；在激光通讯、激光雷达技术中，利用法拉第效应可制成光频环行器、磁光调制器等重要器件；特别是在激光技术中，利用法拉第效应，可制成光波隔离器或单通器，这些在激光多级放大技术和高分辨激光光谱技术都是不可缺少的器件。 【实验目的】 1.通过实验了解磁致旋光现象的本质，加深对法拉第效应的理解。 2.测量材料的费尔德系数。 3.了解费尔德系数与入射光波长的关系。 【实验原理】 1.法拉弟效应 法拉弟效应所呈现的磁致旋光现象源于塞曼效应。介质分子中原来简并的基态或激发态在磁场作用下发生分裂，使左圆与右圆偏振光的共振吸收频率不同，从而使它们的吸收曲线和色散曲线相互错开。这导致两种效应：一是使介质对一定频率的左圆与右圆偏振光的吸收率不同，产生磁圆二色性；二是使通过介质的平面偏振光的偏振面旋转，产生法拉第效应。这两种效应总是同时存在的，但磁圆二色性只在吸收峰附近才显示出来，而法拉第效应对所有物质在所有波长都会出现。 实验表明，在磁场不是非常强时，法拉弟效应振动面偏转的角度φ与偏振光在介质中通过的路程l和介质中的磁感应强度在光的传播方向的分量B的乘积成正比，即 φ=V?l?B（1） 式中比例系数V与工作介质和光的波长λ有关，反映了介质材料的磁光特性，这个比例系数V 称为磁光介质的费尔德常数。 磁光介质的磁致旋光有右旋和左旋两种，顺着磁场的方向观察，振动面按顺时针方向旋转的称为右旋；按逆时针方向旋转的称为左旋。对于每一种给定的物质，磁致旋转的方向仅由磁场方向决定，与光线的传播方向无关。 法拉弟效应与天然旋光是有差别的。天然旋光性的振动面旋转方向取决于物质的结构，线偏振光往返两次通过天然旋光物质，振动面将恢复到原先的方位。而线偏振光往返两次通过磁致旋光物质情况就不同了，如果光沿磁场方向通过，振动面向右旋转了φ角，那么当它沿原路径逆着磁场返回时，振动面将朝同一方向旋转φ角，这样往返两次通过同一物质振动面共旋转了2φ角，即法拉弟效应是一个不可逆的光学过程。 2.旋光现象的解释
旋光效应 摘要：通过旋光仪利用光的偏振特性来测量旋光物质对振动转过角度来测量了溶液的溶度。并分析各因素对此实验的影响。 关键词：三分视场；旋光角；溶度 中图分类号O432 文献标识码A 一. 引言 1911年，阿喇果（D. F. JArago）发现，当线偏振光通过某些透明物质时，它的振动面将会绕光的传播方向转过一定的角度。这种现象就叫旋光效应，光的振动面转过的角度称为旋光度，使光的振动面产生旋转的物质叫做旋光物质（进一步地，迎着光的传播方向看，使光的振动面顺时针转动的物质叫右旋物质，反之则为左旋物质）。常见的旋光物质有：石英、朱砂、酒石酸、食糖溶液、松节油等。利用旋光仪可以测定这些物质的比重、纯度或浓度。 二. 实验原理及内容 2.1 实验原理 溶液的旋光度与溶液中所含旋光物质的旋光能力、溶液的性质、溶液浓度、样品管长度、温度及光的波长等有关。当其它条件均固定时，旋光度与溶液浓度C呈线性关系。如果已知待测物质浓度C和液
柱长度，只要测出旋光度就可以计算出旋光率。如果已知液柱长度为固定值，可依次改变溶液的浓度C，就可测得相应旋光度。并作旋光度与浓度的关系直线，从直线斜率、长度及溶液浓度C，可计算出该物质的旋光率；同样，也可以测量旋光性溶液的旋光度，确定溶液的浓度C。 对于晶体一类的旋光物质，旋光度Q与光所透过的晶体厚度成正比；若为溶液，则正比于溶液在玻璃管中的长度L和溶液的浓度C：Q=αCL. （1） 式中的比例系数α称为旋光率，其含义为当L=10cm, c=1g/cm3时光振动方向转过的角度（对糖溶液而言，α与入射光波长λ及温度T 有关，对某些物质还与物质的浓度有关）。实验采用钠灯作为光源，实验过程中通常温度变化很小，可以忽略。玻璃管长度L已知，转角Q需要测量出来，这样，根据已知浓度C即可算旋光率α，再根据已知的α即可测定未知糖溶液浓度C。 2.2 实验仪器
磁光效应实验报告 班级：光信息31 姓名：张圳 学号：21210905023 同组：白燕，陈媛，高睿孺
近年来，磁光效应的用途愈来愈广，如磁光调制器，磁光开关，光隔离器，激光陀螺中的偏频元件，可擦写式的磁光盘。所以掌握磁光效应的原理和实验方法非常重要。 一．实验目的 1.掌握磁光效应的物理意义，掌握磁光调制度的概念。 2.掌握一种法拉第旋转角的测量方法（磁光调制倍频法）。 3.测出铅玻璃的法拉第旋转角度θ和磁感应强度B之间的关系。二．实验原理 1. 磁光效应 当平面偏振光穿过某种介质时，若在沿平行于光的传播方向施加一磁场，光波的偏振面会发生旋转，实验表面其旋转角θ正比于外加的磁场强度B，这种现象称为法拉第（Faraday）效应，也称磁致旋光效应，简称磁光效应，即： θ（9-1） = vlB 式中l为光波在介质中的路径，v为表征磁致旋光效应特征的比例系数，称为维尔德常数，它是表征物质的磁致旋光特性的重要参数。根据旋光方向的不同(以顺着磁场方向观察)，通常分为右旋(顺时针旋转)和左旋(逆时针旋转)，右旋时维尔德常数v>O，左旋时维尔德常数v<0。实验还指出，磁致旋光的方向与磁场的方向有关，由于磁致旋光的偏振方向会使反射光引起的旋角加倍，而与光的传播方向无关，利用这一特性在激光技术中可制成具有光调制、光开关、光隔离、光偏振等功能性磁光器件，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等。 2.在磁场作用下介质的旋光作用 从光波在介质中传播的图象看，法拉第效应可以做如下理解：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。 图3 法拉第效应的唯象解释 如果磁场的作用是使右旋圆偏振光的传播速度c / n R 和左旋圆偏振光的传播速度c / n L 不等，于是通过厚度为d 的介质后，便产生不同的相位滞后： d n R R λπ ?2= ， d n L L λ π?2= （2） 式中λ 为真空中的波长。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(a)所示两个旋转方向不同的圆偏振光E R 和E L ，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5.16.3(b)所示。当光束射出介质后，左、右旋圆偏振光的速度又恢复一致，我们又可以将它们合成起来考虑，即仍为线偏振光。从图上容易看出，由介质
法拉第旋光效应实验报告 法拉第旋光效应实验报告 一.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?测量法拉第效应偏振面旋转角与外加磁场电流I的关系曲线。 二.实验仪器： LED发光二极管（或白光光源和滤波片），偏振片，透镜，直流励磁电源，导轨，偏振片，集成霍尔元件，稳压电源等。 三.实验原理和操作步骤： 天然旋光现象。 当线偏振光通过某些透明物质（如石英、糖溶液、酒石酸溶液等）后.其振动面将以光的传播方 向为轴旋转一定的角度，这种现象称为旋光现象。1811年阿拉果首先发现石英有旋光现象，以后 毕奥（J. B Biot）和其他人又发现许多有机液体和有机物溶液也具有旋光现象。凡能使线偏振光 振动面发生旋转的物质称为旋光物质，或称该物质具有旋光性。
图3.1石英的旋光现象 如图3.1所示，1P和2P分别为起偏器和检偏器（正交）。显然，在没有旋光物质时，2P后面的视场是暗的。当在1P和2P之间加入旋光物质后2P后的视场将变亮，将2P旋转某一角度后，视场又将变暗。这说明线偏振光透过旋光物质后仍然是线偏振光，只是其振动面旋转了一个角度。 振动面旋转的角度称为旋光度，用？表示。 线偏振光通过旋光晶体时，旋光度？和晶体厚度d成正比，即
d a ?（3.1）式中，a是比例系数，与旋光晶体的性质、温度以及光的频率有关，称为该晶体的旋光率。 不同的旋光物质可以使线偏振光的振动面向不同的方向旋转.人们对旋光方向作下述约定： 迎着光传播方向观察，若出射光振动面相对于入射光扳动面沿顺时针方向旋转为右旋；沿逆时针方向旋转称为左旋.在图 3.1中，若在1P前加一 个白色光源，由于不同波长的光旋转角度不同，因此到达2P时有一部分光能透过去，有些光透不过去，有些能部分透过去，所以2P后的视场是彩色 的，旋转2P其法拉第旋光效应25色彩会发生变化，这种现象叫做旋光色散。 2.旋光现象的菲涅耳解释。 菲涅耳提出了一种唯象理论来解释物质的旋光性质。线偏振光可以分解为左旋圆偏振光和右旋圆偏振光。左旋圆偏振光和右旋圆偏振光以相同的角速度沿相反方向旋转，它们合成为在一直线上振动的线偏振光。在旋光物质中左旋圆偏振光和右旋圆偏振光传播的相速度不相同。假定右旋圆偏振光在某旋光物质中传播速度比左旋圆偏振光的速度快，在旋光物质出射面处观察，于右旋圆偏振光速度快，因此右旋圆偏振光振幅旋转过的角度较大，在出射面处，两圆偏光合成的线偏振光PE的振动方向比起原来（进入 旋光物质前）的振动方向0 PE来，顺时针方向转过角度9 ，这就是右旋。当材料中左旋圆偏振光的相速度较大时.就是左旋光材料。 3.磁致旋光。 前面介绍的是物质的天然旋光性，实际上，有些物质本身不具有旋光性，但在磁场作用下就有旋光性了，就是前面介绍的法拉第旋光效应，也叫 磁致旋光效应。磁致旋光中振动面的旋转角？和样品长度L及磁感应强度B成正比，即有VLB = ? （3.2）式中V是一个与物质的性质、光的 频率有关的常数，称为维尔德（Verdet）常数。某些物质的维尔德磁致旋光也有左右之分.我们规定：当光的传播方向和磁场方向平行时迎着光的方向观察，光的振动面向左旋转（逆时针），则维尔德常数为正。旋光现象的唯象解释 近代物理实验讲义 4.磁致旋光的经典唯象解释。 可以用唯象模型来说明磁致旋光效应。电子在左旋圆偏振光和右旋圆偏振 光的电场作用下作左旋和右旋圆周运动，电子运动平面与磁场垂直。电子 在磁场中受到洛仑兹力，其方向向着电子轨道中心或背着轨道中心，视速 度的方向而定注意：电子本身带负电荷。在洛仑兹力向着轨道中心的情况中，电子受到的向心力增加，电子旋转速率增大。在洛仑兹力背向轨道中心的情况中，电子旋转变慢。电子旋转快慢的变化影响了圆偏振光电场矢量旋转角速度。当光从磁光媒质出射时重新合成线偏 振光。由于在媒质 中左旋和右旋的速率不同，合成偏振光的振动面转过了一个角度。从图上 可以看出，电子旋转速率变化只决定于磁场方向与电子旋转方向，而与光的传播方向无关。值得注意的是，天然旋光的旋转方向与光的传播方向有关，而磁致旋光的旋转方向与光的传播方向无关，而决定于外加磁场的方向。如图3.5所示，若将出射光再反射回晶体，则通过 天然旋光晶体的线偏光沿原路返回后振动面将回复原位，而通过磁致旋光晶体的线偏光将继
法拉第效应 【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ZF6样品的旋光角和磁场的关系，用倍频法测量MR3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 法拉第效应1845年由法拉第发现。法拉第效应可用于混合碳水化合物成分分析和分子结构研究。近年来在激光技术中这一效应被利用来制作光隔离器和红外调制器。由于法拉第效应的其他性质，他还有其他更多的应用。 法拉第效应可用来分析碳氢化合物，因每种碳氢化合物有各自的磁致旋光特性；在光谱研究中，可借以得到关于激发能级的有关知识；在激光技术中可用来隔离反射光，也可作为调制光波的手段。 法拉第旋光在强磁场下具有非互易性，这种非互易的本质在微波和光的通信中是很重要的。许多微波、光的隔离器、环行器、开关就是用旋转角大的磁性材料制作的。 原理 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 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(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”。 法拉第效应的原理 一束平行于磁场方向传播的平面偏振光（表示电场强度矢量），可以看着是两束等幅的左旋和右旋圆偏振光的叠加，不加外磁场时，他们通过距离为的介质后，由于介质 对他们具有相同的折射率和传播速度，所以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，这两束光具有不同的折射率和传播速度，产生不同的相位移： （2） （3）
实验1. 验证马吕斯定律 实验原理：某些双折射晶体对于光振动垂直于光轴的线偏振 光有强烈吸收，而对于光振动平行于光轴的线偏振光吸收很少(吸 收o 光，通过e 光)，这种对线偏振光的强烈的选择吸收性质，叫 做二向色性。具有二向色性的晶体叫做偏振片。 偏振片可作为起偏器。自然光通过偏振片后，变为振动面平行 于偏振片光轴(透振方向)，强度为自然光一半的线偏振光。如图1、图2所示： 图1中靠近光源的偏振片1P 为起偏器，设经过1P 后线偏振光 振幅为0A （图2所示），光强为I 0。2P 与1P 夹角为θ,因此经2P 后 的线偏振光振幅为θcos 0A A =，光强为θθ20220cos cos I A I ==, 此式为马吕斯定律。 实验数据及图形： P 1 P 2 线偏光 单色自然光 线偏光 图1 P 1 P 2 A 0 A 0cos θ θ 图2
从图形中可以看出符合余弦定理，数据正确。 实验2.半波片，1/4波片作用 实验原理：偏振光垂直通过波片以后，按其振动方向（或振 动面）分解为寻常光（o 光）和非常光（e 光）。它们具有相同的 振动频率和固定的相位差（同波晶片的厚度成正比），若将它们投 影到同一方向，就能满足相干条件，实现偏振光的干涉。 分振动面的干涉装置如图3所示，M 和N 是两个偏振片，C 是 波片，单色自然光通过M 变成线偏振光，线偏振光在波片C 中分 解为o 光和e 光，最后投影在N 上，形成干涉。 考虑特殊情况，当M ⊥N 时，即两个偏振片的透振方向垂直时，出射光强为：)cos 1)(2(sin 420δθ-= ⊥I I ；当M ∥N 时，即两个偏振片的透振方向平行时，出射光强为：M N 图3 分振动面干涉装置 I 0 波片 偏振片 偏振片 单色自然光
VBd =θ专业物理实验 法拉第磁旋光效应 一、 实验目的. 1. 通过对重火石玻璃磁光效应的测量，加深磁场对光学介质物性常数影响的理解； 2. 了解光波隔离器的工作原理。 二、 实验原理. 1845年，法拉第发现，当一束平面偏振光沿着磁场方向通过受磁场作用的物质，如玻璃、二硫化碳、汽油等时，透射光的偏振面会转过一个角度。这种磁致旋光现象称为法拉第效应。它和发生于糖溶液中的自然旋光效应是不同的。在法拉第效应中，对于给定的物质，偏振面的旋转方向相对于实验室坐标只由磁场B 的方向决定，和光的传播方向无关，是不可逆的光 一周，累积旋光角倍增。而自然旋光效应是可逆的，光线往返一周，累积旋光角为零。利用法拉第效应的这一特性，可制造一种不可逆的光学仪器：光波隔离器或单通器。此外，法拉第效应还可用于物质结构和半导体物理方面的研究。 当磁场不是非常强时，法拉第效应中偏振面转过的角度θ，与沿介质厚度方向所加磁场的磁感应强度B 及介质厚度d 成正比，即 （1） 式中比例常数V 叫做费尔德常数。 几乎所有的物质都存在法拉第效应。不同的物质偏振面旋转的方向可能不同。设想磁场B 是由绕在样品上的螺旋线圈产生的。习惯上规定：振动面的旋转方向和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）；V 由物质和工作波长决定，它表征物质的磁光特性。 根据自然旋光的菲涅耳唯象描述，对于法拉第效应可作这样的经典解释：一束平行于磁场方向传播的平面偏振光可看作两束等幅的左旋和右旋圆偏振 光的叠加，进入介质后由于磁场的作用使得它们以稍微不同的速度??? ? ?l r n c n c ,向前传播，从介质出射后，合成线偏振光，偏振面相对于入射光转过了一定的角度。 图1 线偏振光沿磁场方向传播
法拉第效应 引言： 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ZF6样品的旋光角和磁场的关系，用倍频法测量MR3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。 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。 实验原理： 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 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(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”。 法拉第效应的原理 一束平行于磁场方向传播的平面偏振光（表示电场强度矢量），可以看着是两束等幅的左旋和右旋圆偏振光的叠加，不加外磁场时，他们通过距离为的介质后，由于介质
中国地质大学（武汉） 实验报告 课程名称：近代物理实验 实验名称：阿贝折射仪与旋光效应 学院： 班号：组号： 组员： 指导老师：
实验地点：
阿贝折射仪 阿贝折射仪是能测定透明、半透明液体或固体的折射率和平均色散的仪器（其中以测透明液体为主），如仪器上接恒温器，则可测定温度为0℃－70℃内的折射率。 折射率和平均色散是物质的重要光学常数之一，能借以了解物质的光学性能、纯度、及色散大小等。本仪器能测出蔗糖溶液的质量分数（锤度Brix）（0－95%，相当于折射率为1.333－1.531）。故此仪器使用范围甚广，是石油工业、油脂工业、制药工业、制漆工业、日用化学工业、制糖工业和地质勘察等有关工厂、学校及有关科研单位不可缺少的常用设备之一。 一、实验原理： 折射仪的基本原理即为折射定律：n1,n1n2为交界面的两侧的两种介质的折射率 若光线从光密介质进入光疏介质，入射角小于折射角，改变入射角可以使折射达到90°，此时的入射角称为临界角，本仪器测定折射率是基于测定临界角的原理。 当不同角度光线射入AB面时，其折射都大于Ⅰ，如果用一望远镜对出射光线视察，可以看到望远镜视场被分为明暗两部分，二者之间有明显分界线。明暗分界处即为临界角的位置。 光与物质相互作用可以产生各种光学现象(如光的折射、反射、散射、透射、吸收、旋光以及物质受激辐射等)，通过分析研究这些光学现象，可以提供原子、分子及晶体结构等方面的大量信息。所以，不论在物质的成分分析、结构测定及光化学反应等方面，都离不开光学测量。下面介绍物理化学实验中常用的几种光学测量仪器。 折射率是物质的重要物理常数之一，许多纯物质都具有一定的折射率，如果其中含有杂质则折射率将发生变化，出现偏差，杂质越多，偏差越大。因此通过折射率的测定，可以测定物质的浓度。
沈阳工业大学 创新性实验报告 实验课题: 磁光效应 专业班级：XXXXXX 姓名: XXX 学号: XXXXXX 指导教师: 赵骞
磁光效应实验 【实验目的】 1、了解法拉第效应产生的原因。 2、会用消光法检测磁光玻璃的费尔德常数。 3、学会用消光法检测磁光玻璃的费尔德常数能。 【实验仪器】 半导体激光器、起偏器、电磁铁（螺线管）、检偏器、直流稳压电源、多量程电流表、光电功率计 【实验原理】 概述：1845年，法拉第（M.Faraday）在探索电磁现象和光学现象之间的联系时，发现了一种现象：当一束平面偏振光穿过介质时，如果在介质中，沿光的传播方向上加上一个磁场，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，这种现象后来就称为法拉第效应。法拉第效应第一次显示了光和电磁现象之间的联系，促进了对光本性的研究。之后费尔德（Verdet）对许多介质的磁致旋光进行了研究，发现了法拉第效应在固体、液体和气体中都存在。 法拉第效应有许多重要的应用，尤其在激光技术发展后，其应用价值越来越受到重视。，，从而减少光纤中器件表面反射是应用法拉第效应中偏振面的旋转只取决于磁场的方向，而与光的传播方向无关，这样使光沿规定的方向通过同时阻挡反方向传播的光光对光源的干扰；磁光隔离器也被广泛应用于激光多级放大和高分辨率的激光光谱，激光选模等技术中。在磁场测量方面，利用法拉第效应驰豫时间短的特点制成的磁光效应磁强计可以测量脉冲强磁场、交变强磁场。在电流测量方面，利用电流的磁效应和光纤材料的法拉第效应，可以测量几千安培的大电流和几兆伏的高压电流。 法拉第效应 实验表明，在磁场不是非常强时，如图1所示，偏振面旋转的角度θ与光波在介质中走过的路程d及介质中的磁感应强度在光的传播方向上的分量B成正比，即： θ = VBd 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，这个系数称为费尔德（Verdet）常数。 费尔德常数V与磁光材料的性质有关，对于顺磁、弱磁和抗磁性材料（如重火石玻璃等），V为常数，即θ与磁场强度B有线性关系；而对铁磁性或亚铁磁性材料（如YIG等立方晶体材料），θ与B不是简单的线性关系。 图1 法拉第磁致旋光效应
“旋光效应”实验课教案 一、背景知识 1911年，阿喇果（D. F. JArago）发现，当线偏振光通过某些透明物质时，它的振动面将会绕光的传播方向转过一定的角度。这种现象就叫旋光效应，光的振动面转过的角度称为旋光度，使光的振动面产生旋转的物质叫做旋光物质（进一步地，迎着光的传播方向看，使光的振动面顺时针转动的物质叫右旋物质，反之则为左旋物质）。常见的旋光物质有：石英、朱砂、酒石酸、食糖溶液、松节油等。利用旋光仪可以测定这些物质的比重、纯度或浓度。 二、实验目的 1、了解旋光仪设计原理。 2、学会用旋光仪测糖溶液的旋光率及浓度。 三、教学方式 教师讲解与教学互动相结合。旋光效应和牛顿环实验的讲解各占15分钟左右，剩余的120分钟学生独立做这两个实验，详细记录实验数据；课后认真独立完成和提交实验报告。 四、实验器材 旋光仪，已知浓度的糖溶液样品三管，未知浓度的糖溶液一管。 五、实验原理 对于晶体一类的旋光物质，旋光度Q与光所透过的晶体厚度成正比；若为溶液，则正比于溶液在玻璃管中的长度L和溶液的浓度C： Q=αCL.（1） 式中的比例系数α称为旋光率，其含义为当L=10cm, c=1g/cm3时光振动方向转过的角度（对糖溶液而言，α与入射光波长λ及温度T有关，对某些物质还与物质的浓度有关）。实验采用钠灯作为光源，实验过程中通常温度变化很小，可以忽略。玻璃管长度L已知，转角Q需要测量出来，这样，根据已知浓度C即可算出旋光率α，再根据已知的α即可测定未知糖溶液浓度C。 本实验采用的仪器为旋光仪，它的主要结构如图1 所示。
其中，起偏镜4和检偏镜7由透明的尼科耳棱镜制成；钠黄光经聚光镜3和起偏镜4后成为与尼科耳棱镜透振方向平行的线偏振光。半影片5两侧是透明玻璃，中间为由石英制成的对钠黄光的λ/2波片，三者粘在一起形成平面圆片（如图2所示），以产生三分视场（石英片两侧配以一定厚度的玻璃片，目的之一是为补偿因石英片吸收引起的光强差别）。于是，线偏振光分别经石英晶体和两侧玻璃后成为夹角为2θ（θ为λ/2波片的快轴与起偏镜透振方向之间的夹角）的两束线偏振光，如图3中P石英和P玻璃所示。在未放入糖溶液试管情况下，随着检偏器的转动，目镜中将看到的三分视场的变化如图3所示，（a）：中部暗、两侧较亮，视场分界线清晰；（b）：三分视场的界线消失，全视场为很暗的黄色；（c）：中部较亮、两侧很暗，视场分界线清晰；（d）：三分视场的界线消失，整个视场呈亮黄色。 由于人眼判断两个区域的暗度是否相同比判断亮度是否相同要灵敏得多。因此，在未放入待测物质时，应将检偏器透光方向转向图3（b）中“P检”所示位置，并记下该位置所对应的刻度盘零位读数。
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 lB V 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”。
《物理化学实验》课程考试大纲 （适用于化学专业） 课程编码：150712110 学时：48 学分：1.5 开课学期：第七学期 课程类型：专业基础课 考试方式：过程操作考核 额外携带的考试工具：无 考试持续时间：根据具体情况而定 成绩构成：平时成绩[包括出勤、课堂提问、讲解实验、实际操作、实验报告等]×80%+期末考核成绩×20% 一、课程简介 《物理化学实验》是继无机化学实验、分析化学实验和有机化学实验之后的一门独立的基础实验课程。其主要目的是使学生初步了解物理化学的研究方法，掌握物理化学的基本实验技术和技能，学会重要的物理化学性能测定，熟悉物理化学实验现象的观察和记录，实验条件的判断和选择，实验数据的测量和处理，实验结果的分析和归纳等一套严谨的实验方法，从而加深对物理化学基本理论的理解，增强解决实际化学问题的能力。 本大纲依据该课程的教学大纲编制而成，适用于化学专业。共分三个部分。 二、考试内容 实验一恒温槽装配及性能测试 一、考试知识点 恒温槽的构造及恒温原理，分析恒温槽的性能，贝克曼温度计和接触温度计的调节及使用。 二、考核要求 1、了解恒温槽的构造及恒温原理，初步掌握其装配和调试的基本技术。 2、绘制恒温槽的灵敏度曲线(温度一时间曲线)，学会分析恒温槽的性能。 3、掌握贝克曼温度计和接触温度计的调节及使用。 实验二燃烧热的测定 一、考试知识点 氧弹卡计各主要部件的作用，掌握燃烧热的测定技术。恒压燃烧热与恒容燃烧热的差别及相互关系，图解法校正温度改变值。 二、考核要求 1、通过萘的燃烧热的测定，了解氧弹卡计各主要部件的作用。
2、掌握燃烧热的测定技术。 3、了解恒压燃烧热与恒容燃烧热的差别及相互关系。 4、学会应用图解法校正温度改变值。 实验三液体饱和蒸汽压的测定 一、考试知识点 液体饱和蒸汽压和温度的关系：克劳修斯—克拉贝龙方程式，真空实验技术，用图解法求被测液体在实验温度范围内的平均摩尔汽化热与正常沸点。 二、考核要求 1、明确液体饱和蒸汽压的定义和气液两相平衡的概念，深入了解液体饱和蒸汽压和温度的关系：克劳修斯—克拉贝龙方程式。 2、用等压计测定不同温度下环己烷(或正己烷)的饱和蒸汽压，初步掌握真空实验技术。 3、学会用图解法求被测液体在实验温度范围内的平均摩尔汽化热与正常沸点。 实验四异丙醇—环己烷双液系相图 一、考试知识点 阿贝折射仪与沸点仪的装置特点与操作步骤。沸点组成图的绘制方法。 二、考核要求 1、了解物理化学实验手段中常用的物理方法—光学方法的基本原理。 2、绘制异丙醇—环己烷双液系的沸点—组成图，确定其恒沸组成及恒沸温度。 3、理解分馏原理。 4、掌握阿贝折射计的原理及使用方法。 实验五凝固点降低法测定相对分子质量 (综合) 一、考试知识点 1、掌握本实验的基本原理及测定相对分子量的方法。 2、能应用实验数据作图并求出ΔT和M。 3、掌握贝克曼温度计的使用。 4、了解影响凝固点精确测量的因素。 二、考核要求 1、掌握一种常用的相对分子质量差的方法。 2、解稀溶液理论。 实验六蔗糖水解反应速率常数测定 一、考试知识点
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 π ?λ = （2） 2R R n l π ?λ = （3） 其中，L ?、R ?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。 线偏振光的电场强度矢量应始终位于 和 的角平分线上，可以导出，所以有 1 ()()2F R L R L n n l π θ??λ=-= - （4） 利用经典电动力学中的介质极化和色散的振子模型，可以得到
实验报告 题目: 法拉第旋光效应 姓名翟浩淋 学院理学院 专业应用物理学 班级 03 学号 19 班内序号 06 2015年 10 月 4 日
【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】 LED 发光二极管（或白光光源和滤光片），偏振片，透镜，直流励磁电源，导轨，偏振片，集成霍尔援建，5V 稳压电源等。 【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θ 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