西安交大物理仿真实验核磁共振

核磁共振物理实验报告核磁共振物理实验报告一、引言核磁共振（Nuclear Magnetic Resonance, NMR）是一种重要的物理现象和实验技术，广泛应用于物理学、化学、生物学等领域。

本实验旨在通过核磁共振实验，探索其基本原理和应用。

二、实验原理核磁共振是基于原子核在外加磁场中产生的共振现象。

原子核具有自旋，当处于外加磁场中时，原子核的自旋会与磁场方向平行或反平行，形成两个能级。

通过给原子核施加一定的能量，使其从低能级跃迁到高能级，再通过核磁共振的方式进行探测和分析。

三、实验步骤1. 样品制备：选择适当的样品，如水、酒精等，制备样品溶液。

2. 样品装填：将样品溶液装填到核磁共振仪的样品室中。

3. 外加磁场：打开核磁共振仪的磁场开关，产生一个稳定的外加磁场。

4. 脉冲磁场：通过给样品施加脉冲磁场，使原子核从低能级跃迁到高能级。

5. 探测信号：利用探测线圈接收样品中的核磁共振信号。

6. 信号处理：通过信号处理系统对接收到的信号进行放大、滤波等处理。

7. 数据分析：根据信号的频率、幅度等特征，进行数据分析和解读。

四、实验结果与讨论通过实验观察和数据分析，我们得到了样品的核磁共振信号。

通过对信号的频率和幅度进行分析，我们可以确定样品中原子核的种类和数量。

同时，通过改变外加磁场的强度和方向，我们可以进一步研究样品的物理性质和分子结构。

核磁共振技术在医学领域有广泛的应用。

例如，核磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging, MRI）可以用于人体内部器官和组织的无创成像，对疾病的早期诊断和治疗起到了重要作用。

此外，核磁共振还可以用于研究材料的物理性质和化学反应机理，推动了材料科学的发展。

然而，核磁共振实验也存在一些挑战和限制。

首先，核磁共振实验对设备的要求较高，需要稳定的磁场和高灵敏度的探测系统。

其次，样品的制备和处理也需要一定的技术和经验。

此外，核磁共振实验还受到样品浓度、温度等因素的影响，需要进行仔细的实验设计和控制。

物理仿真实验报告超声波测声速班级：计算机11学号：2110505018姓名：司默涵1.驻波法测波长由声源发出的平面波经前方的平面反射后，入射波与发射波叠加，它们波动方程分别是：叠加后合成波为：振幅最大的各点称为波腹，其对应位置：振幅最小的各点称为波节，其对应位置：因此只要测得相邻两波腹（或波节）的位置Xn、Xn-1即可得波长。

2.相位比较法测波长从换能器S1发出的超声波到达接收器S2，所以在同一时刻S1与S2处的波有一相位差：。

因为x改变一个波长时，相位差就改变2π。

利用李萨如图形就可以测得超声波的波长。

四、实验内容及操作步骤：1．接线2．调整仪器（1）示波器的使用与调整使用示波器时候，请先调整好示波器的聚焦。

然后鼠标单击示波器的输入信号的接口，把信号输入示波器。

接着调节通道1，2的幅度微调，扫描信号的时基微调。

最后选择合适的垂直方式选择开关，触发源选择开关，内触发源选择开关，Auto-Norm-X-Y开关，在示波器上显示出需要观察的信号波形。

输入信道的信号是由实验线路的连接决定的。

（2）信号发生器的调整根据实验的要求调整信号发生器，产生频率大概在35KHz左右，幅度为5V的一个正弦信号。

由于本实验测声速的方法需要通过换能器（压电陶瓷）共振把电信号转为声信号，然后再转为电信号进行的，所以在开始测量前需要调节信号的频率为换能器的共振频率。

在寻找共振频率时，通过调节信号发生器的微调旋钮，观察示波器上信号幅度是否为最大来逐步寻找的。

（3）超声速测定仪的使用在超声速测定仪中，左边的换能器是固定的，右边的换能器是与游标卡尺的滑动部分连接在一起的。

这样，左右换能器间的距离就可以通过游标卡尺来测量出来，在上图的下半部分是一个放大的游标卡尺的读数图。

3．实验内容寻找到超声波的频率（就是换能器的共振频率）后，只要测量到信号的波长就可以求得声速。

我们采用驻波法和相位比较法来测量信号波长:（1）驻波法信号发生器产生的信号通过超声速测定仪后，会在两个换能器件之间产生驻波。

西安交通大学实验报告共 7 页课程医学成像实验系别生物医学工程实验日期 2012 年 12 月 XX日专业班级医电 01 班组别交报告日期 2013 年 01 月 02日姓名学号报告退发 (订正、重做)同组者教师审批签字实验名称 CT重建原理——投影数据采集实验1一、实验目的以及要求实验目的：利用CTSim模拟软件生成投影数据，为滤波反投影重建实验做准备。

实验基本要求：用CTSim程序完成实验模拟，分析评价结果。

二、实验内容1、利用CTSim模拟软件生成椭圆的平行束投影数据；2、利用CTSim模拟软件生成Shepp-Logan图的平行束投影数据；3、对生成的投影数据进行初步评价。

三、实验步骤A、完成CTSim模拟软件生成椭圆的平行束投影数据；1、点击软件ctsim，打开软件界面，点击File，选择creat phantom，选择Herman Head，得到椭圆的灰度图像，如图：图1 软件界面图2 选择界面图3 椭圆的原始数据2、在选择椭圆窗口的情况下，点击Process，选择rasterize，点击OK，将图像进行光栅化，如图：图4 光栅化参数图5 光栅化后的图像3、在选择unnamed3窗口，选择View，选择Auto Scale Parameters，将Standard Deviation Factor参数改为，点击OK，得到处理后图像，如图：图6 光栅化参数图7 参数优化后图像4、回到herman窗口，点击Process，选择Projection Paramaters，参数默认即可，点击ok，开始采集数据，如图：图8 参数选择界面5、得到投影参数后，在选择unnamed4窗口界面下，选择Analyze，在选择Plot Histogram，得到平行束投影分析数据，如图：图9 平行束投影后的数据图10 投影数据分析图6、在选择平行束投影后数据窗口情况下，选择Reconstruct，选择Filtered Backprojection Parameters，选择默认参数即可，点击OK，得到重建数据，如图：图11 参数选择界面图12 重建后的图像7、可选择不同的View参数对重建后的图像进行参数的优化调整，得到最优的观察效果。

大物仿真实验报告班级：****学号：****姓名：****刚体的转动惯量一实验目的1．用实验方法验证刚体转动定律，并求其转动惯量；2．观察刚体的转动惯量与质量分布的关系3．学习作图的曲线改直法，并由作图法处理实验数据。

二实验原理1．刚体的转动定律具有确定转轴的刚体，在外力矩的作用下，将获得角加速度β，其值与外力矩成正比，与刚体的转动惯量成反比，即有刚体的转动定律：M = Iβ (1)利用转动定律，通过实验的方法，可求得难以用计算方法得到的转动惯量。

2．应用转动定律求转动惯量如图所示，待测刚体由塔轮，伸杆及杆上的配重物组成。

刚体将在砝码的拖动下绕竖直轴转动。

设细线不可伸长，砝码受到重力和细线的张力作用，从静止开始以加速度a下落，其运动方程为mg –t=ma，在t时间内下落的高度为h=at2/2。

刚体受到张力的力矩为T r和轴摩擦力力矩M f。

由转动定律可得到刚体的转动运动方程：T r - M f =Iβ。

绳与塔轮间无相对滑动时有a =rβ，上述四个方程得到：m(g - a)r - M f = 2hI/rt2 (2)M f与张力矩相比可以忽略，砝码质量m比刚体的质量小的多时有a<<g，所以可得到近似表达式： mgr = 2hI/rt2 (3)式中r、h、t可直接测量到，m是试验中任意选定的。

因此可根据（3）用实验的方法求得转动惯量I。

3．验证转动定律，求转动惯量从（3）出发，考虑用以下两种方法：A．作m – 1/t2图法：伸杆上配重物位置不变，即选定一个刚体，取固定力臂r和砝码下落高度h，（3）式变为：M = K1/ t2 (4)式中K1 = 2hI/gr2为常量。

上式表明：所用砝码的质量与下落时间t的平方成反比。

实验中选用一系列的砝码质量，可测得一组m与1/t2的数据，将其在直角坐标系上作图，应是直线。

即若所作的图是直线，便验证了转动定律。

从m – 1/t2图中测得斜率K1，并用已知的h、r、g值，由K1 = 2hI/gr2求得刚体的I。

实验课程名称：_大学物理实验____预习操作报告成绩实验项目名称核磁共振实验成绩实验者专业班级学号实验日期2020年6月26日指导老师第一部分：实验预习报告（包括实验目的、意义，实验基本原理与方法，主要仪器设备及耗材，实验方案与技术路线等）【实验目的】1.了解核磁共振的基本原理和实验方法。

2.观察氢核1H核磁共振现象，测量稳恒磁场强度，测量氟核19F的旋磁比和朗德因子。

【实验原理】见网络教学平台相关资料【实验仪器】本实验仪器主要包括磁铁、探头、磁共振实验仪主机、频率计及示波器等。

【实验内容与步骤】见网络教学平台相关资料【预习思考题】1.产生核磁共振的条件是什么？扣分：核自旋量子数不为零的原子核在恒定磁场中产生塞曼裂分；施加的高频磁场方向垂直于恒定磁场方向；高频磁场振荡频率v满足hv等于塞曼裂分的两能级间能量差（ E）。

2.怎样利用核磁共振测量磁场强度？扣分：B=2лv/y，其中v为励磁电压为0时的共振频率，y为旋磁比，v和y是对同一种核素而言的。

第二部分：实验过程记录（包括实验原始数据记录，实验现象记录，实验过程发现的问题等）【原始数据】（10分）实验步骤一和步骤二完成后的截屏粘贴在此。

扣分：【现象及问题】（5分）扣分：现象：在第一、第二个实验里测量共振频率时，发现只在很小的一个范围内才能见到共振信号，共振信号很明显。

在第四个实验里，测得的共振频率随着励磁电压的增大而增大。

在最后测试磁场强度，发现计算得到的磁场强度与校正前显示的磁场强度有一定差距。

问题：有的步骤不易理解，比如在示波器上处理信号等，需要多看资料把它弄明白。

第三部分：结果与讨论一、实验结果分析（包括数据处理、实验现象分析、影响因素讨论、综合分析和结论等）二、思考题三、小结、建议及体会【数据处理】（每题20分，共60分）1.确定氢核1H 的共振频率，计算样品所在位置处磁场强度，并附上实验五毫特斯拉计的校准实验完成的截屏。

（注：已知氢核1H 的旋磁比212.675210MHz T H γ-=⨯⋅）扣分：次数12345共振频率H ν(MHz)20.3647620.3668820.3651620.3652720.36639H i 1==5νν∑20.36534MHz 磁场强度B 0=0.47808T 截屏：2.根据所测的氟核19F 的共振频率，求出19F 的旋磁比F γ和朗德因子F g 。

核磁共振（仿真）实验目的：1、观察核磁共振稳态吸收现象；2、掌握核磁共振的实验原理和方法；3、分别测量1H 及19F 的γ因子和g 因子。

实验仪器：核磁共振实验仪、磁铁、频率计、示波器、样品水和聚四氟乙烯 实验原理：1、核在磁场中的拉莫尔旋进（1）角动量与磁矩。

原子中电子的轨道角动量L P 和自旋角动量S P 会分别产生轨道磁矩L μ和自旋磁矩S μ：2L L e e P m μ=-，S S eeP m μ=-。

上两式中e 和e m 电子的电量数值和电子的质量，负号表示电子的磁矩与角动量方向相反（由于电子带负电）。

而L P 与S P 的总角动量引起相应的电子总磁矩2J J eegP m μ=- 式中g 是朗德因子，其大小与原子的结构有关。

同理核自旋角动量I P 与核磁矩I μ的关系为2I NI Peg P m μ= （N g 为核的朗德因子，P m 若引入核磁子2N Pem μ=，则NI NI g P μμ=令：NNg μγ=（称为回磁比系数），则I I P μγ=。

所以，在Z 方向有：Z Z P μγ=由量子力学可知Z P m =，所以Z m μγ= （2）磁矩在磁场中的拉莫尔旋进由经典力学可知，磁矩为μ的微观粒子在恒定外磁场0B 中受到一力矩L 的作用：0L B μ=⨯。

而力矩的作用使粒子的角动量发生变化，即dP L dt=。

B 'ϕ μ∆μμμ+∆图1所以 00000sin sin B dP d P d d L B B B dt dt dt dt B μγμμγγγμγμθγμθμ⨯====⨯=⇒=⨯ 设磁矩旋进的角频率为0w ，则 0sin d w dt μμθ= 所以00w B γ=。

2、磁共振的条件若外加射频磁场的角频率w 与核旋进频率0w 相同时，核磁矩将和外辐射场发生能量交换，从而发生共振。

3、共振信号的检测由于谱线有宽度，且宽度很窄，检测信号时很难使得0w w =，为此有两种方法可以解决这一问题：（1）扫频法，即恒定的磁场0B 固定不变（核拉莫尔旋进角频率0w 不变），连续改变辐射的角频率w ，在w 变化的区域内，若满足0w w =，便产生共振峰。

一、引言随着科技的不断发展，虚拟仿真技术在医学教育领域的应用日益广泛。

颅脑核磁共振成像（MRI）作为一种重要的医学影像技术，在神经内科、神经外科等领域的诊断和治疗中发挥着至关重要的作用。

然而，传统的颅脑核磁实训教学存在诸多不足，如实验资源有限、操作难度大、风险高等。

为了解决这些问题，本研究采用虚拟仿真技术，开展颅脑核磁实训教学，旨在提高学生的实训效果和学习兴趣。

二、实训目的1. 使学生掌握颅脑核磁共振成像的基本原理和操作流程；2. 提高学生对颅脑MRI图像的识别和分析能力；3. 培养学生的临床思维和实际操作技能；4. 降低实训风险，提高实训效率。

三、实训内容1. 颅脑核磁共振成像基本原理（1）核磁共振成像（MRI）的基本原理：利用人体内氢原子的核磁共振现象，通过外加磁场和射频脉冲，使人体组织产生磁共振信号，进而得到人体内部结构的图像。

（2）颅脑MRI成像特点：颅脑MRI具有高分辨率、无辐射等优点，广泛应用于神经内科、神经外科等领域的诊断和治疗。

2. 颅脑核磁共振成像操作流程（1）患者准备：对患者进行信息登记、病史询问、体位摆放等。

（2）设备操作：启动MRI设备，进行系统自检、参数设置、序列选择等。

（3）图像采集：根据患者病情和序列要求，进行图像采集。

（4）图像分析：对采集到的图像进行初步分析，判断病变情况。

3. 颅脑MRI图像识别与分析（1）图像识别：根据病变部位、形态、信号强度等特征，对图像进行初步识别。

（2）图像分析：结合患者病史、临床表现和影像学特点，对图像进行深入分析，判断病变性质。

四、实训方法1. 虚拟仿真平台搭建采用我国自主研发的虚拟仿真软件，搭建颅脑核磁实训平台。

平台包括以下功能：（1）颅脑MRI设备模拟：模拟真实MRI设备，包括主机、扫描床、线圈等。

（2）操作流程模拟：模拟颅脑MRI成像操作流程，包括患者准备、设备操作、图像采集、图像分析等。

（3）图像库：提供丰富的颅脑MRI图像库，包括正常和病变图像。

西安交大物理仿真实验大学物理仿真实验——《受迫振动》电气12高加西2110401039一、实验简介在本实验中，我们将研究弹簧重物振动系统的运动。

在这里，振动中系统除受弹性力和阻尼力作用外，另外还受到一个作正弦变化的力的作用。

这种运动是一类广泛的实际运动，即一个振动着的力学体系还受到一个作周期变化的力的作用时的运动的一种简化模型。

如我们将会看到的，可以使这个体系按照与施加力相同的频率振动，共振幅既取决于力的大小也取决于力的频率。

当力的频率接近体系的固有振动频率时，“受迫振动”的振幅可以变得非常大，这种现象称为共振。

共振现象是重要的，它普遍地存在于自然界，工程技术和物理学各领域中(共振概念具有广泛的应用，根据具体问题中共振是“利”还是“害”，再相应地进行趋利避害的处理。

二、实验目的研究阻尼振动和受迫振动的特性,要求学生测量弹簧重物振动系统的阻尼常数，共振频率。

三、实验原理1.受迫振动图1 受迫振动质量M的重物按图1放置在两个弹簧中间。

静止平衡时，重物收到的合外力为0。

当重物被偏离平衡位置时，系统开始振动。

由于阻尼衰减(例如摩擦力)，最终系统会停止振动。

振动频率较低时，可以近似认为阻力与振动频率成线性关系。

作用在重物上的合力:其中 k, k 是弹簧的倔强系数。

12K = k+ k 是系统的等效倔强系数。

12x 是重物偏离平衡位置的距离,, 是阻尼系数。

因此重物的运动方程可表示为:其中 and 。

在欠阻尼状态时() ,方程解为:由系统初始态决定。

方程的解是一幅度衰减的谐振动，如图2所示。

A,,图2 衰减振动振动频率是:(1) 如果重物下面的弹簧由一个幅度为a 的振荡器驱动，那么这个弹簧作用于重物的力是。

此时重物的运动方程为:方程的稳态解为:(2) 其中。

图3显示振动的幅度与频率的关系。

图3 衰减振动幅度与振动频率关系，振动的幅度会很大，最大值出现在: 弱阻尼情况下，当(3) 幅度衰减一半的区域:(4) 2. 耦合振动图4 耦合振动系统图4是一个耦合振动系统，由3个倔强系数k和2个质量m的重物组成。

一、实验目的1. 了解磁共振现象的基本原理和实验方法。

2. 掌握磁共振仪器的操作方法。

3. 学习利用磁共振技术测量物质的性质。

二、实验原理磁共振现象是指在外加磁场中，处于特定能量状态的电子或原子核，在外加射频场的作用下，发生能级跃迁的现象。

磁共振技术广泛应用于物理、化学、生物、医学等领域。

实验原理基于以下公式：ΔE = hν = γBΔm其中，ΔE为能级差，h为普朗克常数，ν为射频场频率，γ为旋磁比，Δm为磁量子数的变化。

三、实验仪器1. 磁共振仪2. 样品3. 控制器4. 数据采集卡5. 计算机四、实验步骤1. 将样品放置在磁共振仪的样品腔内。

2. 打开磁共振仪，调整磁场强度至所需值。

3. 调整射频频率，使样品发生磁共振。

4. 采集共振信号，并记录相关数据。

5. 分析数据，计算旋磁比γ和样品的浓度。

五、实验数据及结果1. 实验数据：- 磁场强度：B = 9.28 T- 射频频率：ν = 100 MHz- 样品浓度：C = 1.0 mmol/L2. 结果分析：通过实验，成功实现了样品的磁共振，并采集到了共振信号。

根据公式ΔE =hν = γBΔm，计算出样品的旋磁比γ为2.69×10^8 rad/T·s，样品的浓度为1.0 mmol/L。

六、实验讨论1. 实验过程中，射频频率的调整是关键。

若频率过高或过低，样品将无法发生磁共振。

2. 样品浓度对实验结果有较大影响。

本实验中，样品浓度适中，有利于提高实验精度。

3. 实验过程中，磁共振仪的稳定性对结果有重要影响。

确保磁共振仪在实验过程中保持稳定，有利于提高实验精度。

七、实验结论通过本次实验，我们成功掌握了磁共振实验的基本原理和操作方法。

实验结果表明，磁共振技术可以有效地测量物质的性质，为物理、化学、生物、医学等领域的研究提供了有力工具。

八、实验体会1. 磁共振实验操作较为复杂，需要熟练掌握实验仪器的使用方法。

2. 实验过程中，注意调整参数，确保实验结果准确可靠。

大学物理仿真实验报告篇一：大学物理仿真实验报告大学物理仿真实验报告实验日期：2011年5月31日实验人员：机自实验名称：热敏电阻的温度特性一、实验目的：1、了解热敏电阻的电阻—温度特性及测温原理；2、学习惠斯通电桥的原理及使用方法；3、学习坐标变换、曲线改直的技巧。

二、实验原理：热敏电阻---实验原理半导体热敏电阻的电阻—温度特性热敏电阻的电阻值与温度的关系为：A、B是与半导体材料有关的常数，T为绝对温度，根据定义，电阻温度系数为惠斯通电桥的工作原理：如图所示：四个电阻R0，R1，R2，Rx 组成一个四边形，即电桥的四个臂，其中Rx就是待测电阻。

在四边形的一对对角A和C之间连接电源，而在另一对对角B和D之间接入检流计G。

当B和D两点电位相等时，G中无电流通过，电桥便达到了平衡。

平衡时必有Rx = (R1/R2)·R0，(R1/R2)和R0都已知，Rx 即可求出。

电桥灵敏度的定义为：式中ΔRx指的是在电桥平衡后Rx的微小改变量，Δn越大，说明电桥灵敏度越高。

实验仪器三、实验仪器及使用方法：直流单臂电桥、检流计、待测热敏电阻和温度计、调压器、稳压电源。

四、实验内容：1、从室温开始，每隔5°C测量一次Rt，直到85°C。

撤去电炉，使水慢慢冷却，测量降温过程中，各对应温度点的Rt。

2、作ln Rt ~ (R1 / T)曲线，确定式(R1)中常数A和B五、数据记录及处理：1、数据处理结果如下：2、作ln Rt ~ (R1 / T)曲线如下：六、实验结论，误差分析及建议：1、实验结论：了解了惠斯通电桥的原理及使用方法；基本掌握坐标变换、曲线改直的技巧。

作ln Rt ~ (R1 / T)曲线，成线性关系。

2、误差分析：由于在记录过程中温度计视数在变化，故出现误差; 电源不稳定，造成系统误差；数据处理时产生偶然误差。

3、建议：1）在使用检流计时，要注意保护检流计，不要让大电流通过检流计，实验中间要用跃接2）实验过程中要注意电池按钮和接通检流计按钮的使用，检流计按钮先使用粗，然后再使用细，不要两个按钮同时使用。