9.2 近代物理实验核磁共振

实验9.1 核磁共振熊波 121120148（南京大学物理学院2012级）引言：在基本实验的基础上，得到三种不同样品的核磁共振谱，并具体计算他们的化学位移与自旋耦合效应。

其次，对自旋耦合效应的相互作用与等间距特点进行了一定的调研，可以从理论上直接证明这些特点。

关键词：核磁共振；化学位移；自旋耦合；§1.引言1946 年，美国斯坦福大学的 Bloch 等人和哈佛大学的 Purcell 等人独立地采用原子核感应法，即同时将一个恒定磁场和沿垂直于恒定磁场方向上的一个交变磁场同时作用于原子核系统上，然后测定由原子核磁矩进动所感应的电动势，发现了核磁共振现象。

后来.Bloch 和 Purcell 因为这一发现而获得了 1952 年度的诺贝尔物理学奖。

今天，核磁共振已成为研究物质结构和原子核的磁性、进行各种化合物的分析租鉴定、精密测定各种原子核磁矩以及作为核磁共振成像仪的重要原理和组成部分在医学上进行诊断的有力工具。

§2.实验原理§2.1 .原子核的基本特性原子由原子核和核外运动的电子所组成。

原子核的电荷、质量、成分、大小、角动量和磁矩构成了它的基本性质。

众所周知，原子核带正电，所带电量和核外电子的总电量相等，数值上等于最小电量单位e( C)的整倍数，称为电荷数。

原子核的质量一般用质量数表示，接近于原子质量单位 u( kg)的整数倍。

原子核由质子和中子所组成。

质子和中子的质量大致相等，但每个质子带正电量e，而中子则不带电。

因此，元素周期表中的原子序数 z 在数值上等于相应原子核外的电子数、核内质子数和核的电荷数。

原子核的半径为m的数量级。

原子核具有本征角动量，通常称为原子核的自旋，等于核内所有轨道和自旋运动的角动量的总和。

核自旋可用自旋量子数I来表征。

核内的中子和质子都是的粒子。

实验证明，如将原子核按其自旋特性来分类，则可分为三类:(1) 电荷数(即原子序数)与质量数都为偶数的核，如，等，它们的自旋量子数为零;(2) 质量数为单数的核，如，，等，它们的自旋量子数为半整数(，，…) ;(3) 质量数为双数，但电荷数(原子序数)为单数的核，如，等，它们的自旋量子数为整数(1，2，3，…)。

近代物理实验——电子顺磁共振一、引言电子顺磁共振（electron paramagnetic resonance ，EPR ）是由不配对电子的磁矩发源的一种磁共振技术，可用于从定性和定量方面检测物质原子或分子中所含的不配对电子，并探索其周围环境的结构特性。

对自由基而言，轨道磁矩几乎不起作用，总磁矩的绝大部分（99%以上）的贡献来自电子自旋，所以电子顺磁共振亦称“电子自旋共振”（ESR ）。

二、实验目的1.测定DPPH 中电子的g 因数；2.测定共振线宽；3.掌握电子自旋试验仪的原理及使用三、实验原理电子除了具有质量、电荷，以及在原子中作轨道运动而具有轨道角动量、轨道磁矩以外，还存在自旋s 和自旋磁矩S μ ，在量子力学中，电子的自旋角动量为s P =，式中1/2s = 为电子自旋量子数，因为电子带电，所以它具有平行于自旋轴的磁矩，其大小为s s s P μγγ==，其中s γ 称为电子自旋运动的旋磁比。

如果电子处于磁场B 中，由于它有自旋磁矩，它就会绕外磁场方向进动。

在外磁场中，自旋磁矩只能有某些确定的取向，即S μ在外磁场方向上的投影是确定的：sz s s m μγ= ，s m 是电子的自旋磁量子数，它有21s + 个值。

因1/2s =，故s m 只能取两个值：12±。

所以自旋磁矩在外磁场中只能有两个取向。

一般情况下，原子中电子的磁矩是自旋磁矩与轨道磁矩的矢量和，为了统一描述，通常引入无量纲的朗德因子g 因子，这样电子总磁矩余总角动量之间的关系可写为2j j j j eegP P m μγ=-=- 其中j 是电子的总角动量量子数，j l s =+ ，1l s +- ，…，l s - ()()()()111121j j l l s s g j j +-+++=++2j ee gm γ= 在外磁场方向，电子磁矩的分量为2jz s s j eem m gm μγ==，,1,...,1,mj j j j j =--+- 若电子的磁矩用玻尔磁子2B eem μ=为单位来量度，于是有 jz j B m g μμ=对于电子的轨道运动0s = ，j l = 则1g = ，于是2l eem γ=；对于电子的自旋运动，j s = ，0l = ，则2g = 于是，s ee m γ=。

近代物理实验总结通过这个学期的大学物理实验，我体会颇深。

首先，我通过做实验了解了许多实验的基本原理和实验方法，学会了基本物理量的测量和不确定度的分析方法、基本实验仪器的使用等；其次，我已经学会了独立作实验的能力，大大提高了我的动手能力和思维能力以及基本操作与基本技能的训练，并且我也深深感受到做实验要具备科学的态度、认真态度和创造性的思维。

下面就我所做的实验我作了一些总结。

一.核磁共振实验核磁共振实验中为什么要求磁场大均匀度高的磁场?扫场线圈能否只放一个?对两个线圈的放置有什么要求？测量共振频率时交变磁场的幅度越小越好?1, 核磁共振实验中为什么要求磁场大均匀度高的磁场?要求磁场大是为了获得较大的核磁能级分裂。

这样，根据波尔茨曼，低能和高能的占据数（population)的“差值增大，信号增强。

均匀度高是为了提高resolution.2. 扫场线圈能否只放一个?对两个线圈的放置有什么要求?扫场线圈可以只放一个。

若放两个，这两个线圈的放置要相互垂直，且均垂直于外加磁场。

3. 测量共振频率时交变磁场的幅度越小越好?不对。

但是太大也不好（会有信号溢出）应该有合适的FID信号二.密立根有实验对油滴进行测量时，油滴有时会变模糊，为什么？如何避免测量过程丢失油滴？若油滴平很调节不好，对实验结果有何影响？为什么每测量一次tg都要对油滴进行一次平衡调节？为什么必须使油滴做匀速运动或静止？试验中如何保证油滴在测量范围内做匀速运动？1、油滴模糊原因有：目镜清洁不够导致局部模糊或者是油滴的平衡没有调节好导致速度过快为防止测量过程中丢失油滴，油滴的速度不要太大，尽可能比较小一些，这样虽然比较费时间，但不会出现油滴模糊或者丢失现象2、根据实验原理可知，如果油滴平衡没有调节好，则数据必然是错误的，结果也是错误的。

因为油滴的带电量计算公式要的是平衡时的数据因为油滴很微小，所以不同的油滴其大小和质量都有一些差异，导致其粘滞力和重力都会变化，因此需要重新调节平衡才可以确保实验是在平衡条件下进行的。

实验02 核磁共振实验核磁共振，是指具有磁矩的原子核在恒定磁场中由电磁波引起的共振跃迁现象。

1945年12月，美国哈佛大学的珀塞尔等人报道他们在石蜡样品中观察到质子的核磁共振吸收信号；1946年1月，美国斯坦福大学布洛赫等人报道他们在水样品中观察到质子的核感应信号。

两个研究小组采用稍微不同的方法，几乎同时在凝聚物质中发现核磁共振。

因此，布洛赫和珀塞尔荣获了1952年的诺贝尔物理学奖。

以后，许多物理学家进入这个领域，取得丰硕的成果。

目前，核磁共振已经广泛地应用到许多科学领域，是物理、化学、生物和医学研究中的一项重要实验技术。

它是测定原子的核磁矩和研究核结构的直接而又准确的方法，也是精确测量磁场的重要方法之一。

本实验可证实原子核磁矩的存在及测量原子核磁矩的大小，由此推导出原子核的g 因子、旋磁比γ及核磁矩μ，验证共振频率与磁场的关系002B v γπ=。

它是近代物理实验中具有代表性的重要实验。

【实验目的】1、 了解核磁共振的原理及基本特点。

2、 测定H 核的g 因子、旋磁比γ及核磁矩μ。

3、 观察F 的核磁共振现象，测定F 核的g 因子、旋磁比γ及核磁矩μ。

4、 改变振荡幅度，观察共振信号幅度与振荡幅度的关系，从而了解饱和过程。

5、 通过变频扫场，观察共振信号与扫场频率的关系，从而了解消除饱和的方法。

【仪器用具】ZKY- HG-Ⅱ型核磁共振实验仪（或DH2002型核磁共振实验仪）、示波器【实验原理】下面以氢核为主要研究对象，以此来介绍核磁共振的基本原理和观测方法。

氢核虽然是最简单的原子核，但同时也是目前在核磁共振应用中最常见和最有用的原子核。

一、核磁共振的量子力学描述1．单个核的磁共振通常将原子核的总磁矩在其角动量P 方向上的投影μ称为核磁矩，它们之间的关系通常写成 Pγμ= 或P m e g p2=μ （1） 式中pm e g 2=γ称为旋磁比；e 为电子电荷；p m 为质子质量；g 为朗德因子。

实验九 核 磁 共 振 实 验磁共振技术来源于1939年美国物理学家拉比所创立的分子束共振法。

他用这种方法首先实现了核磁共振这一物理思想，精确地测定了一些原子核的磁矩，从而获得了1944年度的诺贝尔物理学奖。

但分子束技术要把样品物质高温蒸发后才能做实验，这就破坏了凝聚物质的宏观结构。

1945年美国科学家铂塞耳（Purcell ）和布洛赫（Bloch ）小组分别在石蜡和水中观测到稳态的核磁共振信号，这宣告了核磁共振技术在宏观凝聚物质中的成功，于1952年获得诺贝尔物理学奖。

在改进核磁共振技术方面作出重要贡献的瑞士科学家恩斯特（Ernst ）1991年获得诺贝尔化学奖。

核磁共振的方法与技术作为分析物质的手段，由于其可深入物质内部而不破坏样品，并具有迅速、准确、分辨率高等优点而得以迅速发展和广泛应用，已经从物理学渗透到化学、生物、地质、医疗以及材料等学科，在科研和生产中发挥了巨大作用。

通过利用实验仪器观测核磁共振图像，且用量子的观点和经典图形的方式进行解剖，从而了解核磁共振实验的原理。

核磁共振实验用于证实原子核磁矩的存在及测量原子核磁矩的大小，由此推导出原子核的g 因子。

它是近代物理实验中具有代表性的实验。

一、目的要求1. 了解核磁共振的实验基本原理。

2. 学习利用核磁共振校准磁场和测量g 因子的方法。

二、实验仪器永久磁铁、扫场线圈、DH2002型核磁共振仪（含探头）、DH2002型核磁共振仪电源、数字频率计、示波器。

三、实验原理氢原子中电子的能量不能连续变化，只能取离散的数值。

在微观世界中物理量只能取离散数值的现象很普遍。

本实验涉及到的原子核自旋角动量也不能连续变化，只能取离散值 )1(+=I I p ，其中I 称为自旋量子数，只能取0,1,2，3，…整数值或1/2，3/2，5/2，…半整数值。

公式中的 =h /2π，而h 为普朗克常数。

对不同的核素，I 分别有不同的确定数值。

本实验涉及的质子和氟核19F的自旋量子数I 都等于1/2。

核磁共振实验报告姓名:牟蓉学号：201011141054日期：2013。

4。

11 指导老师：王海燕摘要本实验利用连续核磁共振谱仪测量了不同浓度的CuSO4水溶液的共振信号，并估算样品的横向弛豫时间;同时利用核磁共振仪采用90︒-180︒双脉冲自旋回波法测量其横向弛豫时间。

两种方法都能观察到核磁共振现象，并且随着CuSO浓度增加,其横向弛豫时间逐渐减小。

4关键词核磁共振连续核磁共振波谱仪脉冲波谱仪自旋回波法横向弛豫时间一、引言核磁共振技术（NMR）是由布洛赫（Felix Bloch）和玻赛尔(Edward Purcell）于1945年分别独立的发明的，大大提高了核磁矩测量的精度，从发现核磁共振现象而产生的连续波核磁共振技术，到70年代初提出的脉冲傅里叶变换（PFT)技术和后来的核磁共振成像,在核磁共振这一领域中已多次获得诺贝尔物理学家。

NBR不仅是一种直接而准确的测量原子核磁矩的方法，而且已成为研究物质微观结构的工具,如研究有机大分子结构,精确测量磁场及固体物质的结构相变，另外还成为了检查人体病变方面的有力武器，在生物学、医学、遗传学等领域都有重要应用。

本实验以水中的氢核为主要对象，通过用了两种方法测量不同浓度的溶液的横向弛豫时间，来掌握核磁共振技术的基本原理和观测方法。

二、实验原理1.核磁共振的量子力学描述当原子核置于外磁场中，由于核磁矩与外磁场的相互作用使得原子核获得附加能量，即（1）其中为核磁矩，为旋磁比，。

在磁能级分裂后,相邻两个磁能级间的能量差=。

遵守磁能级之间跃迁的量子力学选择定则，若在垂直于的平面内加上一个射频磁场，当f=时，处于较低能态的核会吸收电磁辐射的能量而跃迁到较高能态，即核磁共振.2. 核磁共振的宏观理论在外磁场中核磁矩的取向量子化基础上，布洛赫利用法拉第电磁感应理论,建立了著名的布洛赫方程，用经典力学的观点系统地描述了核磁共振现象。

有角动量P 和磁矩μ的粒子在外磁场B 中受到力矩L B μ=⨯的作用，其运动方程为 dPL B dtμ==⨯ （2） 将(2)式代入上式,得d B dtμγμ=⨯ (3) 当磁矩在外加静磁场0B （沿z 轴方向)中,若令00B ωγ=，对式（3）进行求解得（4）其中为μ与间的夹角，可知微观磁矩μ绕静磁场进动，进动平面上的投影μ⊥角频率即拉摩尔频率00B ωγ=，μ在x —y 所示。

近代物理实验实验报告班级学号姓名上课时间联系电话实验I 光磁共振一、实验目的1通过研究铷原子基态的光磁共振，加深对原子超精细结构的认识；2掌握光磁共振的实验技术；3测定铷原子的g因子和测定地磁场。

二、实验仪器三、实验原理四、实验步骤五、数据处理（数据记录表格自拟；可视情自行添加附页）六、对本实验的思考与创意1. 思考题解答1）什么是光抽运效应？产生光抽运信号的实验条件是什么？怎样用光抽运信号检测来检测磁共振现象？2）如何确定水平磁场、扫场直流分量方向与地磁场水平分量方向的关系及垂直磁场与地磁场垂直分量的关系？3）扫场不过零，能否观察到光抽运信号？为什么？4）利用光抽运探测磁共振比直接探测磁能级之间的磁共振跃迁的信号灵敏度可提高多少倍？2. 创意实验J 铁磁共振一、实验目的1．了解铁磁共振的基本原理，观察铁磁共振现象；2．测量微波铁氧体的铁磁共振线宽；3．测量微波铁氧体的g因数二、实验仪器三、实验原理四、实验步骤五、数据处理（数据记录表格自拟；可视情自行添加附页）六、对本实验的思考与创意1. 思考题解答1）本实验是怎样测量磁损耗的？实验中磁损耗又是通过什么来体现的？2）为什么在传输式谐振腔中有磁性样品时，腔的谐振频率会随外加稳恒磁场的改变而发生变化，并且在空腔的谐振频率上下波动，即产生所谓频散效应？3）如何精确消除频散效应？实验中是如何处理频散效应的？2. 创意实验K 核磁共振一、实验目的1.掌握ＮＭＲ的基本原理及观测方法；2.用磁场扫描法（扫场法）观察核磁共振现象；3.由共振条件测定氟核（１９Ｆ）的g因子。

二、实验仪器三、实验原理四、实验步骤五、数据处理（数据记录表格自拟；可视情自行添加附页）六、对本实验的思考与创意1．思考题解答1）简述核磁共振的原理并回答什么是扫场法和扫频法？2）NMR实验中共用了几种磁场？各起什么作用？3）试想象如何调节出共振信号。

4)不加扫场电压能否观察到共振信号？2. 创意实验L 电子顺磁共振一、实验目的1．了解电子顺磁共振的原理；2．掌握FD-TX-ESR-II型电子顺磁共振谱仪的调节和使用方法；3．利用电子顺磁共振谱仪测量 DPPH的g因子。

核磁共振成像实验报告————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：中国石油大学 近代物理实验 实验报告 成 绩：班级： 姓名 同组者： 教师：核磁共振实验【实验目的】1、理解核磁共振的基本原理；2、理解磁体的中心频率和拉莫尔频率的关系，并掌握拉莫尔频率的测量方法；3、掌握梯度回波序列成像原理及其成像过程；4、掌握弛豫时间的计算方法，并反演 T1和T2谱。

【实验原理】 一．核磁共振现象原子核具有磁矩，氢原子核在绕着自身轴旋转的同时，又沿主磁场方向B 0作圆周运动,将质子磁矩的这种运动称之为进动，如图1所示。

图1 质子磁矩的进动在主磁场中，宏观磁矩像单个质子磁矩那样作旋进运动，磁矩进动的频率符合拉莫尔（Larmor ）方程：.0/2f B γπ=二、施加射频脉冲后(氢)质子状态当生物组织被置于一个大的静磁场中后，其生物组织内的氢质子顺主磁场方向的处于低能态而逆主磁场方向者为高能态。

在低能态与高能态之间根据静磁场场强大小与当时的温度，势必要达到动态平衡，称为“热平衡”状态。

这种热平衡状态中的氢质子，被施以频率与质子群的旋进频率一致的射频脉冲时，将破坏原来的热平衡状态。

施加的射频脉冲越强，持续时间越长，在射频脉冲停止时，M离开其平衡状态B0越远。

如用以Ｂ０为Ｚ轴方向的直角座标系表示Ｍ，则宏观磁化矢量Ｍ平行于ＸＹ平面，而纵向磁化矢量Ｍｚ＝０，横向磁化矢量Mxy最大，如图2所示。

这时质子群几乎以同样的相位旋进。

施加180°脉冲后，Ｍ与Ｂ０平行，但方向相反，横向磁化矢量Ｍｘｙ为零，如图3所示。

图2 90°脉冲后横向磁化矢量达到最大图3 180°脉冲后的横向磁化分量为0三、射频脉冲停止后（氢）质子状态脉冲停止后，宏观磁化矢量又自发地回复到平衡状态，这个过程称之为“核磁弛豫”。

当90°脉冲停止后，Ｍ仍围绕Ｂ０轴旋转，Ｍ末端螺旋上升逐渐靠向Ｂ０，如图4所示。

微波顺磁共振和核磁共振【摘要】：微波顺磁共振实验利用扫场法测量g因子，进一步了解和掌握微波器件在电子自由共振中的应用；核磁共振实验在了解核磁共振原理的基础上，用扫频法观察核磁共振现象，利用核磁共振校准磁场和测量g因子。

【关键词】：扫场法扫频法 g因子【引言】：顺磁共振（EPR）又称为电子自旋共振（ESR），是指处于恒定磁场中的电子自旋磁矩在射频场或微波场作用下的磁能级间的共振跃迁现象。

它在高频率的波段上能获得较高的灵敏度和分辨率，能深入物质内部进行超低含量分析，广泛应用于物理、化学、生物及医学等领域。

核磁共振是指受电磁波作用的原子核系统在外磁场中能级之间发生共振跃迁的现象，产生的内因是原子具有自旋角动量和磁矩。

泡利在1924年提出核自旋的假设，1930年为埃斯特曼在实验上得到证实，表明原子核具有电荷分布，还有自旋角动量和磁矩。

目前，核磁共振已经广泛地应用到许多学科领域，是物理、化学、生物、临床诊断、计量科学和石油分析与勘探等研究中的一项重要实验技术，是分析测量不可缺少的实验手段。

【实验方案】：一、实验装置●微波顺磁共振实验系统●核磁共振实验系统二、 实验原理磁共振的研究对象是处于磁场中的磁矩，共振指的是外界频率与物体固有频率一致时，振幅增加的现象，即能量间的转移。

磁共振的的条件为h N v B g μ••=；其中，h = 6.627⨯-3410J S •为普朗克常量，v 为共振频率， B 为外加磁场强度， 常数μ为常数， Ng为比例因子（g 因子表征核的本性）。

公式中有两个常数和三个未知数，根据其中任意两个未知数可求出剩余的一个未知数。

●固定B 、N g 可以求v ，且1v T=，可以精确的测量时间，如GPS 系统。

● 固定v 、N g 可以求B ，可以精确的测量磁场强度。

●固定v 、B 可以求N g ，可以测量g 因子，求出对应的不同物质的性质。

三、 实验步骤 ● 微波顺磁共振（固定v =9370MHz ，调节B ）1.将可变衰减器顺时针旋至最大，“磁场”调节旋钮逆时针调到最低，“扫场”调节顺时针调到最大。

近代物理实验报告（三）————核磁共振二微波电子自旋共振实验小组:实验班级:指导老日期: 2011-11-201)实验目的:2)通过本实验掌握核磁共振技术在微波电子自旋共振的应用；3)熟练掌握实验所用仪器设备并了解各部分仪器的原理；观察电子自旋共振（ESR）现象, 学习用微波频段检测ESR信号的方法；二、实验原理:物质是由原子和原子核组成, 原子核外分布着大量电子, 核磁共振技术正是研究电子的磁场和电场之间产生的共振。

该实验的核心是研究微波顺磁共振, 它的目的是通过电子的自转研究电子能级之间的关系。

所涉及的具体实验原理见下图：图14 微波ESR实验装置方框图如上图所示, 微波源通过管道输入到装置中, 经过微波源频率调节器产生可调适量微波, 通过隔离器后使微波仅能正向通过。

由于实验所需微波功率不太大, 所以本实验通过可变衰减器来调节输入装置中微波的功率。

三、如右图所示, 是一个球形共振腔, 它的作用是使会话装置中的微波产生共振, 进而误差微波的功率, 还可以通过共振来测出微波的频率。

1)测出频率后, 通过岔路器将处理后的微波分为两路, 一路经过样品, 另一路向反方向移动后,在分路点汇合, 两波在此地产生驻波, 当产生驻波时, 我们会观察到示波器上有明显的波腹和波节出现。

我们所要的就是产生波节的位置。

此时, 样品在电磁体磁场的作用下, 能级发生分裂, 经过探测仪器探测两能级之间的能量差（由电子自转产生）此时便观察到微波顺磁共振现象。

2)光电检测技术在本实验的应用:3)通过两个频率相近的波产生的共振现象, 由示波器测量它们的频率;通过对样品所加强大的磁场, 使样品中电子能级分裂, 通过仪器检测能级差。

实验过程、现象、数据:a)NO.1实验过程:b)打开微波产生器, 先预热30分钟, 产生足量微波；c)通过查表, 观察微波调节器各刻度所对应的微波值, 调节该装置使产生适当微波功率；通过ESR仪器上的扫场检波的数值来调节微波的功率, 并由示波器测得微波产生共振时的频率, 并作好记录。

实验五 核磁共振观测目的：1、初步了解核磁共振的原理及是实验装置；2、初步学会利用扫频法观察氢核的核磁共振现象；3、加深对核自旋的认识仪器：CNMR －1 核磁共振仪原理： 1、核磁共振：指在外磁场作用下氢原子核系统中磁能级之间发生共振跃迁的现象。

具体的说，就是原子核的自旋磁矩I u 在外恒定磁场作用下，核磁矩绕此磁场发生拉莫尔进动，若此时在垂直于外磁场的平面上施加一交变电磁场，当此交变射频场频率等于核磁矩绕恒定外磁场进行拉莫尔进动的频率时，发生谐振的现象；其表现是核磁共振吸收能量。

如图所示：2、核磁共振的作用：原子核可以看成自然界安排在物质内部的微小探针。

只要很小的射频量子能量（eV 410≤）就可以探测到物质微观结构的信息，由于原子核成对相互作用对局部环境很敏感，核磁共振信号可提供丰富的物资结构信息，诸如谱线宽度、形状、面积、谱线在频率或磁场方向上准确位置，精细结构等，对确定物质分子结构、组成和性质等研究有重要价值。

3、核磁共振吸收：A ：γ旋磁比：对于质子数和中子数两者或其一为奇数的原子核有核自旋，其磁矩u 与核自旋角动量J 成正比。

可写成：01 J u I γ=γ即旋磁比，其值可正可负，由核的本性决定。

B ：g 因子，是一个无量纲因子，实验上常用以代替γ，其间关系为：（)1(2)1()1()1(1++++-++=j j s s l l j j g ）()()()1121+=+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=+==I I gu I I h m e g h I I J u n p I γγ02 其中I 为核自旋量子数，n u 玻尔核磁矩，e 电子电荷，p m 质子质量。

c ：外磁场作用：当核自旋系统处在恒定磁场Z B 中时，由于核自旋和磁场Z B 的互相作用，核能级发生塞曼能级分裂。

对于氢核21=I 的简单核系统，核能级分裂成上、下两个能级2E 和1E ，上、下两能级上的自旋粒子数分别为2N 和1N ，热平衡时自旋粒子随能量增加按指数规律下降，有21N N ≥。

近代物理实验思考题答案一、夫兰克—赫兹实验1解释曲线I p －V G2形成的原因答；充汞的夫兰克-赫兹管，其阴极K 被灯丝H 加热，发射电子。

电子在K 和栅极G 之间被加速电压KG U 加速而获得能量，并与汞原子碰撞，栅极与板极A 之间加反向拒斥电压GA U ，只有穿过栅极后仍有较大动能的电子，才能克服拒斥电场作用，到达板极形成板流A I 。

2实验中，取不同的减速电压V p 时，曲线I p －V G2应有何变化？为什么？答；减速电压增大时，在相同的条件下到达极板的电子所需的动能就越大，一些在较小的拒斥电压下能到达极板的电子在拒斥电压升高后就不能到达极板了。

总的来说到达极板的电子数减小，因此极板电流减小。

3实验中，取不同的灯丝电压V f 时，曲线I p －V G2应有何变化？为什么？答；灯丝电压变大导致灯丝实际功率变大，灯丝的温度升高，从而在其他参数不变得情况下，单位时间到达极板的电子数增加，从而极板电流增大。

灯丝电压不能过高或过低。

因为灯丝电压的高低，确定了阴极的工作温度，按照热电子发射的规律，影响阴极热电子的发射能力。

灯丝电位低，阴极的发射电子的能力减小，使得在碰撞区与汞原子相碰撞的电子减少，从而使板极A 所检测到的电流减小，给检测带来困难，从而致使A GK I U 曲线的分辨率下降；灯丝电压高，按照上面的分析，灯丝电压的提高能提高电流的分辨率。

但灯丝电压高, 致使阴极的热电子发射能力增加，同时电子的初速增大，引起逃逸电子增多，相邻峰、谷值的差值却减小了。

二、塞曼效应1、什么叫塞曼效应，磁场为何可使谱线分裂？答；若光源放在足够强的磁场中时，原来的一条光谱线分裂成几条光谱线，分裂的谱线成分是偏振的，分裂的条数随能级的类别而不同。

后人称此现象为塞曼效应。

原子中电子的轨道磁矩和自旋磁矩合成为原子的总磁矩。

总磁矩在磁场中受到力矩的作用而绕磁场方向旋进从而可以使谱线分离2、叙述各光学器件在实验中各起什么作用?答；略3、如何判断F-P 标准具已调好？答；实验时当眼睛上下左右移动时候，圆环无吞吐现象时说明F-P 标准具的两反射面平行了。

物理实验技术的核磁共振技术核磁共振技术是一种在物理实验中被广泛运用的重要技术手段。

它以自然界中普遍存在的原子核之间的相互作用为基础，通过激发和探测被测物质中的原子核所产生的电磁信号，从而对物质的结构和性质进行研究。

核磁共振技术的发展与进步对于科学研究和工程技术的发展有着极其重要的意义。

核磁共振技术最早是在20世纪40年代由伊斯顿·简斯在研究磁性材料时发现的。

他注意到物质中原子核会在磁场中发生共振，产生特定的电磁信号。

简斯的发现揭示了原子核的这种现象，并且为核磁共振技术的发展提供了基础。

随着技术的不断发展和改进，核磁共振技术在多个领域得到了广泛的应用。

核磁共振技术在化学领域中有着重要的应用。

通过核磁共振技术，可以对化学物质的结构和成分进行精确的分析。

例如，利用核磁共振技术可以研究有机化合物的结构和键的种类以及环境等信息，从而帮助化学家们揭示化学反应的机理和过程。

此外，核磁共振技术还可以应用于酶和蛋白质等生物大分子的研究中，为生物学研究提供了重要的手段。

物理学中的核磁共振技术同样具有重要的地位。

物理学家们通过核磁共振技术可以研究物质的磁性性质，研究材料的磁性行为对于探索磁性材料的性质和应用具有重要的意义。

另外，核磁共振技术还可以应用于半导体材料的研究中，用于表征材料的电子结构和性质，为半导体器件的制备和优化提供重要的依据。

医学领域中的核磁共振技术应用十分广泛。

核磁共振成像（MRI）是一种利用核磁共振原理对人体进行成像的技术。

通过核磁共振技术可以获取人体内部组织的详细结构和信息，为医生正确准确地诊断疾病提供重要的依据。

MRI成像技术不仅在临床诊断中起到了重要作用，还为研究人体解剖和生理学提供了有力的工具，促进了医学科学的发展。

除了上述领域，核磁共振技术还具有许多其他应用。

例如，在材料科学中，核磁共振技术可以用于研究材料的结构和性质，提高材料的生产质量和性能。

在环境科学中，核磁共振技术可以用来研究环境样本中的污染物和有害物质，帮助保护环境和改善生态状况。