法拉第效应实验报告

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：()122t 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。

轨道半径也可以有两个不同的值。

结果，对于一个给定的磁场就会有两个电偶极矩，两个电极化率。

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：()122t 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。

v1.0 可编辑可修改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。

轨道半径也可以有两个不同的值。

结果，对于一个给定的磁场就会有两个电偶极矩，两个电极化率。

法拉第效应实验报告法拉第效应【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样品和糖⽔，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”。

1.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）其中和分别为左旋和右旋圆偏振光的相位；和分别为左旋和右旋圆偏振光在介质中的折射率；为真空中的波长。

一、实验目的1. 了解和掌握法拉第效应的原理及其在光学和电磁学中的应用。

2. 熟悉法拉第效应实验装置的结构和操作方法。

3. 测量法拉第效应产生的偏振面旋转角度，验证法拉第效应的基本规律。

4. 计算法拉第效应的费尔德常数，了解其与样品材料、磁场强度和光波波长之间的关系。

二、实验原理法拉第效应是指当一束平面偏振光通过含有重金属或稀土离子的光学介质时，在介质中沿光的传播方向加上一个强磁场，偏振面会发生旋转的现象。

这种现象与磁场强度、光波波长和样品材料有关。

法拉第效应的基本原理如下：1. 当光波通过介质时，光波的电场会使介质中的电子发生受迫振动，产生感应电流。

2. 感应电流产生的磁场与外加磁场相互作用，使得光波在介质中的传播速度发生变化。

3. 由于左旋圆偏振光和右旋圆偏振光的传播速度不同，从而导致偏振面发生旋转。

法拉第效应的旋转角度θ与磁场强度B、光波波长λ、介质厚度d和费尔德常数V的关系为：θ = V B d λ三、实验装置1. 光源系统：包括白炽灯、透镜组、单色仪和斩光器。

2. 磁场系统：包括电磁铁、供电电源和特斯拉计。

3. 样品介质：选择含重金属或稀土离子的光学玻璃，制成圆柱状。

4. 旋光角检测系统：包括检偏测角仪、前置放大器、锁相放大器和光电倍增管。

四、实验步骤1. 连接实验装置，确保各部分连接正确。

2. 打开电源，调整光电倍增管电压至650V，观察输出指示，确保不过载。

3. 记录消光角，即法拉第转角的零点。

4. 逐渐增大磁场强度，分别在0、10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、110、120、130、140、150、160、170、180、190、200、210、220、230、240、250、260、270、280、290、300、310、320、330、340、350、360、370、380、390、400、410、420、430、440、450、460、470、480、490、500、510、520、530、540、550、560、570、580、590、600、610、620、630、640、650、660、670、680、690、700、710、720、730、740、750、760、770、780、790、800、810、820、830、840、850、860、870、880、890、900、910、920、930、940、950、960、970、980、990、1000Oe时测量检偏角。

实验法拉第效应实验【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. 学会测量法拉第效应旋光角、计算费尔德常数、测量并计算电子核质比。

【实验仪器和用具】光源，单色仪，起偏镜，电磁铁，检偏镜，光倍管，数显表，游标卡尺，样品【实验原理】1.法拉第效应1845年法拉第发现磁场会引起磁性介质折射率变化而产生旋光现象，即加在介质上的磁场引起了平行于磁场方向传播的线偏振光偏振面的旋转，且光波偏振面偏转角（磁致旋光角）与光在介质中通过的长度D及介质中磁感应强度在光传播方向上的分量B成正比。

此即为法拉第效应。

法拉第效应在固体、液体和气体中都存在。

大部分物质的法拉第效应很弱，掺稀土离子玻璃的法拉第效应稍明显些，而有些晶体如YIG等的法拉第效应较强。

同时，由于法拉第效应弛豫时间极短，对温度稳定性要求低。

故法拉第效应有许多重用的应用，如光纤通讯中的磁光隔离器、单通器，激光通讯，激光雷达等技术中的光频环行器、调制器等，以及磁场测量的磁强计等。

磁光隔离器可减少光纤中器件表面反射光对光源的干扰；磁光隔离器也被广泛用于激光多级放大技术和高分辨的激光光谱技术，激光选模等技术中。

在磁场测量和电流方面，可测量脉冲强磁场、交变强磁场、等离子体中强磁场、低温超导磁场、几千-几千KV的高压电流等。

此外，利用法拉第效应还可研究物质结构、载流子有效质量、能带等。

不同物质偏振面旋转方向可能不同。

通常规定：振动面的旋转方向和产生磁场的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)。

对于给定物质，其固有旋光效应沿顺光线和逆光线方向观察时线偏振光的振动面的旋向完全相反，因此，当光波往返两次穿过固有旋光物质时振动面复位。

而法拉第效应则不然，其旋转方向仅由磁场方向决定，而与光传播方向无关。

若磁场方向不变，光线往返穿过磁致旋光物质时，法拉第转角将加倍。

利用该特性，可令光线在介质中往返数次，从而加强旋转效应。

法拉第效应实验报告（2021年整理）
二极管现象是电流电压特性表明的一种现象，在1905年，德国物理学家布拉班尼斯·法拉第发现了二极管的原理。

法拉第实验的目的是从物理学的角度研究了电子束的限制，当空气中的气体受到高压线圈轴的电离时，电子束就会流动，当这些活动的电子束遇到其他可以加以阻止的障碍时，就会形成二极管现象从而改变电流的流向。

法拉第的实验设备主要由电源、燃料池和电流测量仪组成，电源用来为被试设备提供电源，燃料池用来装配气体放电和离子发射。

实验中，法拉第发现，在一个实验装置内，当普通气体放电中，电压波形是有一个上升后随着电流增加减少到基线的趋势，当电压到达一定水平时，气体就会发出能量例如紫外线，这被称作“离子发生”。

实验结果表明，在无加热的情况下，电流集中在一个方向并抵消了另一个方向的电流。

法拉第的实验结果也为后来电子设计奠定了基础，由于法拉第发现的“离子发生”现象，可以反映整个电路中电流的方向，在电子电路中，用二极管就可以实现开关功能。

同时，这也将对阻抗、容性和电容的应用产生了重大影响。

因此，法拉第的实验结果对我们在电子设计中的使用和理解电子学和电子技术有着至关重要的作用，他在研究电子学方面作出的贡献有力地推动了电子技术的发展，也使我们可以更加深入地理解和研究电子学，从而用于制作999种有用的电子产品。

法拉第效应实验报告材料科学系材料物理专业周三A23组实验日期11/25-12/16一、实验原理1845年，英国科学家法拉第在研究光现像与电磁现象的联系时，发现平面偏振光沿着磁场方向通过磁场中的透明介质时，光的偏振面发生了旋转，其旋转的角度正比于磁感应强度及光波通过介质的路程。

这种现象叫做磁致旋光效应或法拉第效应。

实个发现在物理学史上有着重要的意义，这是光学过程与电磁学过程有密切联系的最早证据。

1.1在磁场介质下的旋光作用在磁场作用下，处于磁场中的物质呈现各向异性，其光轴方向为沿着磁场的方向。

当一束平面偏振光沿着磁场方向通过磁场中介质的时候，在磁场B的作用下，它的电矢量的振动方向旋转了一个角度，也就是该平面偏振光的偏振面旋转了一个角度。

设介质的厚度为D，E L的传播速度为v L，E R的传播速度为v R，则有θ=ω(t R−t L)=ω(Dv R −Dv R)=ωDc(n R−n L)，即φ=ωD2c(n R−n L)(2)，其中n R为右旋偏振光的折射率，n L为左旋偏振光的折射率，c为真空的光速。

1.2法拉第旋光角的计算在磁场B的作用下，平面偏振光通过介质时，光子与轨道电子发生交互作用，使轨道电子发生能级跃迁。

跃迁时轨道电子吸收角动量∆L=∆L轴=±ℎ，跃迁后轨道电子动能不变而是能增加∆V，左旋光∆V L=eB2m ℏ，右旋光∆V R=−eB2mℏ。

我们知道，介质对光的折射率是光子能量ℏω的函数n=n(ℏω)，在磁场作用下，左旋光子能量为n L(ℏω)=n(ℏω−∆V L)，因此n L(ω)=n(ω−∆V Lℏ)≈n(ω)−dn dω·∆V Lℏ=n(ω)−eB2m·dndω(9)，同理，我们可以得到n R(ω)=n(ω)+eB2m·dndω(10)，将(9)(10)式代入(2)中，得到φ=DBe2mc ·ω·dndω(11)，由ω=2πcλ，得φ=−DBe2mc·λ·dndλ，即φ=V(λ)DB，这就是法拉第效应的计算公式，其中V(λ)为费德尔常数，D为介质厚度，B为磁感应强度。

法拉弟实验报告法拉弟实验报告引言法拉弟实验是一项经典的物理实验，通过探究电磁感应现象，揭示了电磁学的重要原理。

本篇报告将详细介绍法拉弟实验的背景、目的、实验过程、结果及对实验结果的分析和讨论。

一、背景法拉弟实验是由英国物理学家迈克尔·法拉弟于1831年首次进行的。

在实验中，法拉弟使用了一个螺线管和一个磁铁，通过相对运动产生的磁场变化来产生电流。

这一实验揭示了电磁感应的基本原理，为后来的电磁学理论的发展奠定了基础。

二、目的本次实验的目的是验证法拉弟实验的原理，即当磁铁相对于螺线管运动时，会在螺线管中产生感应电流。

同时，我们还将通过实验探究一些与感应电流相关的因素，如磁场强度、运动速度等。

三、实验过程1. 准备工作：首先，我们准备了一个螺线管和一个磁铁。

螺线管的线圈数、线圈面积等参数需要提前测量并记录下来。

同时，我们还准备了一个万用表和一台电源供电。

2. 实验设置：将螺线管固定在一个平稳的支架上，并将磁铁放置在螺线管的一侧。

保持磁铁与螺线管的距离一定，并确保磁铁与螺线管的相对运动方向垂直。

3. 实验操作：通过改变磁铁与螺线管的相对运动，观察螺线管中是否会产生电流，并使用万用表测量电流的大小。

同时，我们还可以改变磁铁的位置、螺线管的线圈数等因素，以探究对感应电流的影响。

四、结果分析根据实验结果，我们可以得出以下结论：1. 当磁铁相对于螺线管运动时，螺线管中会产生感应电流。

这一结果验证了法拉弟实验的原理。

2. 感应电流的大小与磁场强度、运动速度等因素有关。

当磁场强度增大或运动速度增加时，感应电流也会增大。

五、实验应用法拉弟实验的原理和应用广泛，对现代科技的发展做出了巨大贡献。

以下是一些实际应用的例子：1. 发电机：发电机的工作原理就是基于法拉弟实验的原理。

通过转动磁场和线圈之间的相对运动，产生感应电流，从而实现电能的转化和传输。

2. 感应炉：感应炉利用感应电流的热效应，将电能转化为热能。

它在冶金、加热等领域有着广泛的应用。

近代物理实验【实验名称】法拉第效应【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】1、光源系统：白炽灯光源，单色仪，聚光灯筒，起偏镜；2、磁场系统：电磁铁，激磁电源，高斯计；3、样品介质系统：样品介质，样品盒；4、旋光角监测系统：检偏测角仪，光电倍增管，直流复射式检流计，高压电源；【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。

它与克尔效应一起提醒了光的电磁本质，是光的电磁理论的实验根底。

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 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拟小，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根底之上。