1 顺磁共振与核磁共振实验报告
【摘要】
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。电子顺磁共振跃迁只能发生在原子的固有磁矩不为零的顺磁材料中，因此被称为电子顺磁共振。铁磁共振具有磁共振的一般特性，而且效应显著，它和核磁共振，顺磁共振一样也是研究物质宏观性能和微观结构的有效手段。它能测量微波铁氧体的许多重要参数，对于微波铁氧体器件的制造、设计，生产有重要作用。铁磁物质在一定的外加恒定磁场和一定频率的微波磁场中当满足共振条件时产生强烈吸收共振的现象。本实验目的是学习用传输式谐振腔法研究铁磁共振现象并测量铁磁物质的共振线宽和g因子。
【关键词】
核磁共振 顺磁共振 电子自旋 自旋g因子
【引言】
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。早期的核磁共振电磁波主要采用连续波，灵敏度较低，1966年发展起来的脉冲傅里叶变换核磁共振技术，将信号采集由频域变为时域，从而大大提高了检测灵敏度，由此脉冲核磁共振得到迅速发展，成为物理、化学、生物、医学等领域中分析、鉴定和微观结构研究不可缺少的工具。
顺磁共振（EPR）又称为电子自旋共振（ESR），EPR现象首先是由苏联物理学家 E．K．扎沃伊斯基于1944年从MnCl2、CuCl2等顺磁性盐类发现的。物理学家最初用这种技术研究某些复杂原子的电子结构、晶体结构、偶极矩及分子结构等问题。以后化学家根据EPR测量结果，阐明了复杂的有机化合物中的化学键和电子密度分布以及与反应机理有关的许多问题。60年代以来，由于仪器不断改进和技术不断创新，EPR技术至今已在物理学、半导体、有机化学、络合物化学、辐射化学、化工、海洋化学、催化剂、生物学、生物化学、医学、环境科学、地质探矿等许多领域内得到广泛的应用。
【正文】
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。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，也是精确测量磁场和稳定磁场的重要方法之一。
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铁磁共振
【摘要】本实验利用调速管产生微波，观察了谐振腔的谐振曲线，测得谐振腔的有效品质因数为1507，并进一步利用谐振腔研究了单晶和多晶样品的铁磁共振性质，得到了单晶样品和多晶样品的的共振线宽，旋磁比，朗德因子以及弛豫时间，并用逐点法测量了多晶样品的共振曲线。
【关键词】微波、铁磁共振、品质因数
一、引言
早在1935年，著名苏联物理学家朗道就提出铁磁性物质具有铁磁共振特性。经过十几年，在超高频技术发展起来后，才观察到铁磁共振吸收现象，后来波耳得（Polder）和侯根（Hogan）在深入研究铁磁体的共振吸收和旋磁性的基础上，发明了铁氧体的微波线性器件，使得铁磁共振技术进入了一个新的阶段。自20世纪40年代发展起来后，铁磁共振和核磁共振、电子自旋共振等一样，成为研究物质宏观性能和用以分析其微观结构的有效手段。
铁磁共振是指铁磁体材料在受到相互垂直的稳恒磁场和交变磁场的共同作用时发生的共振现象。它可以用于测量体磁体材料的g因子、共振线宽、弛豫时间等性质。通过本实验熟悉微波传输中常用的元件及其作用，掌握传输式谐振腔的工作特性，了解谐振腔观察铁磁共振的基本原理和实验条件。
二、实验原理
1、铁磁共振原理
当铁磁体材料同时受到两个相互垂直的磁场，即恒定磁场0H和微波交变磁场h，在0H的作用下，铁磁体的磁化强度将围绕0H进动，进动频率为：
00H（1）
其中为铁磁体材料的旋磁比，即：
meg20 （2）
其中g为朗德因子，0为真空磁导率，e、m分别电子电量和电子质量。
由于阻尼作用，磁化强度将趋向于0H，但是如果当微波频率0时，进动的磁矩从微波场中吸收的能量刚好抵消阻尼所损耗的能量，则进动会稳定地进行，发生共振吸收现象，即铁磁共振现象。此时，铁磁体的磁导张量可表示为 2 / 9
0000zii（3）
其中和都是复数。
近代物理实验习题答案
文件排版存档编号：[UYTR-OUPT28-KBNTL98-UYNN208]
《近代物理实验》练习题参考答案
一、 填空
1、核物理实验探测的主要对象是核衰变时所辐射的射线、射线和中子。因为这些粒子的尺度非常小，用最先进的电子显微镜也不能观察到，只能根据射线与物质相互作用产生的各种效应实现探测。
2、探测器的能量分辨率是指探测器对于能量很接近的辐射粒子加以区分的能力。用百分比表示的能量分辨率定义为：
％峰位置的脉冲幅度宽度最大计数值一半处的全1000VVR。能量分辨率值越小，分辨能力越强。
3、射线与物质相互作用时，其损失能量方式有两种，分别是电离和激发。其中激发的方式有三种，它们是光电效应、康普顿效应和电子对效应。
4、对于不同的原子，原子核的质量 不同
而使得里德伯常量值发生变化。
5、汞的谱线的塞曼分裂是 反 常塞曼效应。
6、由于氢与氘的 能级 有相同的规律性，故氢和氘的巴耳末公式的形式相同。
7、在塞曼效应实验中，观察纵向效应时放置1/4波片的目的是
将圆偏振光变为线偏振光 。
8、射线探测器主要分“径迹型”和“信号型”两大类。径迹型探测器能给出粒子运动的轨迹，如核乳胶、固体径迹探测器、威尔逊云室、气泡室、火花室等。这些探测器大多用于高能核物理实验。信号型探测器则当一个辐射粒子
到达时给出一个信号。根据工作原理的不同又可以分成气体探测器、闪烁探测器和半导体探测器三种，这是我们在低能核物理实验中最常用的探测器。
9、测定氢、氘谱线波长时，是把氢、氘光谱与铁光谱拍摄到同一光谱底片上，
利用
线性插值 法来进行测量。
10、在强磁场中，光谱的分裂是由于 能级 的分裂引起的。
11、原子光谱是 线状 光谱。
12、原子的不同能级的总角动量量子数J不同，分裂的子能级的 数量
核磁共振
自旋是微观物理学中的最重要概念之一。1924年泡利（W.Pauli）提出核自旋的假设，1930年埃斯特
曼（L.Esterman）在实验上证实，这一原子核基态的重要特性表明原子核不是一个质点而有电荷分布，还
有自旋角动量和磁矩。据此才会发生核磁共振现象。核磁共振是指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，1939年，拉比（I.I.Rabi）以及随后的伯塞尔（E.M.Purcell）和布洛赫（F.Bloch）
因观察到此现象而分别获得1944年和1952年诺贝尔物理学奖。原子核可看成自然界安排在物质内部的微
小探针，其线度极小（< 10-15m），只要很少的射频量子能量（<10-4eV）就可探到物质微观结构的信息。核
磁共振已成为确定物质分子结构、组成和性质的重要实验方法，1971年，琴纳在有机化学分析中采用核磁
共振，更具有独特的优点。如1977年研制成功的人体核磁共振断层扫描仪（NMR-CT）因能获得人体软组
织的清晰图象而用于疑难病症的临床诊断。本实验的目的是了解核磁共振原理，用扫频法观察氢核的核磁
共振现象，并测定其g因子，加深对核自旋的认识，初步接触量子力学和统计力学的基础概念。
一、原理
1. 共振吸收
对于质子数和中子数两者或其一为奇数的原子核才有核自旋，其磁矩μ与核自旋角动量J成正比，
可写成
rJ=µ （1）
r为旋磁比，其值可正可负，由核的本性决定。实验上常用无量纲的比例因子g代替r，作为特定
的核磁矩的实验参数，称为g因子，其间的关系可写成
)1()1()2()1(+=+=+==IIgIIcmegIIrrJNpµµhh
式中e为电子电荷，π2h=h，h为普朗克常数，mp为质子质量，c为光速，I为核自旋量子数，对
氢核，而常数5856947.5=gcme
pN2h=µ称为玻尔核磁矩。
当核自旋系统处在恒定磁场Bz中时，由于核自旋和磁场Bz间的相互作用，核能级发塞曼能级分裂。对
