近代物理实验_光磁共振实验深圳大学
深圳大学实验报告课程名称：近代物理实验
实验名称：光磁共振实验报告
学院：物理科学与技术学院
组号09 指导教师：陈静秋
报告人：学号：班级：01
实验地点科技楼B105 实验时间：
实验报告提交时间：
一、实验目的
1、熟悉光磁共振原理及仪器使用；
2、观察光抽运现象；
3、测量朗德因子值；
4、培养实验报告规范与处理能力；
5、作图作表与数据处理能力；
6、基本实验的测试能力。
二、实验原理
1、铷原子基态和最低激发态能级．本实验的研究对象为铷原子，天然铷有两种同位素；85Rb （占72．15%）和87Rb（占27．85%）．选用天然铷作样品，既可避免使用昂贵的单一同位素，又可在一个样品上观察到两种原子的超精细结构塞曼子能级跃迁的磁共振信号．铷原子基态和最低激发态的能级结构如图9．4．1所示．
在磁场中，铷原子的超精细结构能级产生塞曼分裂．标定这些分裂能级的磁量子数mF=F，F－1，…，－F，因而一个超精细能级分裂为2F＋1个塞曼子能级．
设原子的总角动量所对应的原子总磁矩为μF，μF与外磁场B0相互作用的能量为
E＝－μF·B0＝gF mF μF B0（9.4.1）
这正是超精细塞曼子能级的能量．式中玻尔磁子μB＝9．2741×10－24J·T－1 ，朗德因子
gF= gF [F(F+1)+J(J+1)－I（I＋1）] ? 2F（F＋1）（9.4.2）
其中gJ= 1+[J(J+1)－L(L+1)+S（S＋1）] ? 2J（J＋1）（9.4.3）
上面两个式子是由量子理论导出的，把相应的量子数代入很容易求得具体数值．由式（9.4.1）可知，相邻塞曼子能级之间的能量差
ΔE＝gF μB B0 ，（9.4.4）
式中ΔE与B0成正比关系，在弱磁场B0＝0，则塞曼子能级简并为超精细结构能级．
2．光抽运效应．在热平衡状态下，各能级的粒子数遵从玻耳兹曼分布，其分布规律由式(9．0.12)表示．由于超精细塞曼子能级间的能量差ΔE很小，可近似地认为这些子能级上的粒子数是相等的．这就很不利于观测这些子能级之间的磁共振现象．为此，卡斯特勒提出光抽运方法，即用圆偏振光激发原子．使原子能级的粒子数分布产生重大改变．
由于光波中磁场对电子的作用远小于电场对电子的作用，故光对原子的激发，可看作是光波的电场分布起作用．设偏振光的传播方向跟产生塞曼分裂的磁场B0的方向相同，则左旋圆偏振的σ﹢光的电场E绕光传播方向作右手螺旋转动，其角动量为?；右旋圆偏振的σ－光的电场E绕光传播方向作左手螺旋转动，其角动量为－?；线偏振的π光可看作两个旋转方向相反的圆偏振光的叠加，其角动量为零．
现在以铷灯作光源．由图9.4.1可见，铷原子由5 2P1?2→5 2S1?2的跃迁产生D1线，波长为0．7948μm；由5 2P3?2→5 2S1?2的跃迁产生D2线，波长为o．7800μm．这两条谱线在铷灯光谱中特别强，用它们去激发铷原子时，铷原子将会吸收它们的能量而引起相反方向的跃迁过程．然而，频率一定而角动量不同的光所引起的塞曼子能级的跃迁是不同的，由理论推导可得跃迁的选择定则为
ΔL＝±1 ，Δ F＝0，±1，ΔmF＝±1 。（9.4.5）
所以，当入射光为D1σ﹢光，作用87Rb时，由于87Rb的5 2S1?2态和5 2P1?2态的磁量子数mF 的最大值均为±2，而σ﹢光角动量为?只能引起ΔmF＝＋1的跃迁，故D1σ﹢光只能把基态中除mF＝＋2以外各子能级上的原子激发到5 2P1?2的相应子能级上，如图9．4．2(a)所示．图9．4．2(b)表示跃迁到5 2P1?2上的原子经过大约10－8s后，通过自发辐射以及无辐射跃迁两种过程，以相等概率回到基态5 2S1?2各个子能级上．这样，经过多次循环之后，基态mF＝＋2子能级上的粒子数就会大大增加，即基态其他能级上大量的粒子被“抽运”到基态mF＝＋2子能级上．这就是光抽运效应．
同理，如果用D1σ－光照射，则大量粒子将被“抽运”到mF＝－2子能级上．但是，π光照射是不可能发生光抽运效应的．
对于铷85Rb，若用D1σ＋光照射，粒子将会“抽运”到mF＝＋3子能级上．
3．弛豫过程．光抽运使得原子系统能级分布偏极化而处于非平衡状态时，将全通过弛缘过程回复到热平衡分布状态．弛豫过程的机制比较复杂，但在光抽运的情况下，铷原子与容器壁碰撞是失去偏极化的主要原因．通常在铷样品泡内充入氮、氖等作为缓冲气体，其密度比样品泡中铷蒸气的原子密度约大6个数量级，可大大减少铷原子与容器壁碰撞的机会．缓冲气体的分子磁矩非常小，可认为它们与铷原子碰撞时不影响这些原子在磁能级上的分布，从而能保持铷原子系统有较高的偏极化程度．但缓冲气体不可能使铷原子能级之间的跃迁完全被抑制，故光抽运也就不可能把基态上的原子全部“抽运”到特定的子能级上．由实验得知．样品泡中充入缓冲气体后，弛豫时间为10－2s数量级．在一般情况下，光抽运造成塞曼子能级之间的粒子差数，比玻耳兹曼分布造成的差数大几个数量级．
1．磁共振与光检测．式（9.4.4）给出了铷原子在弱磁场B0作用下相邻塞曼子能级的能量差．要
实现这些子能级的共振跃迁，还必须在垂直于恒定磁场B0的方向上施加一射频场B1作用于样品．当射频场的频率ν满足共振条件
h ν ＝ΔE ＝gF μB B0． (9．4．6)
时，便发生基态超精细塞曼子能级之间的共振跃迁现象．若作用在样品上的是D1σ＋光，对于87Rb 来说．是由mF＝＋2跃迁到mF＝＋1子能级．接着也相继有mF＝＋1的原子跃迁到mF＝0，……．与此同时，光抽运又把基态中非mF＝＋2的原子抽运引mF＝＋2子能级上．因此，兴振跃迁与光抽运将会达到一个新的动态平衡．发生磁共振时，处于基态mF＝＋2子能级上的原子数小于未发生磁共振时的原子数．也就是说，发生磁共振时．能级分布布的偏极化程度降低了，从而必然会增大对D1σ＋光的吸收。
作用在样品上的D1σ＋光，一方面起抽运作用．另一方面可用透过样品的光作为检测光，即一束光起了抽运和检测两重作用．
对磁共振信号进行光检测可大大提高检测的灵敏度．本来塞曼子能级的磁共振信号非常微弱，特别是密度很低的气体样品的信号就更加微弱，直接观察射频共振信号是很困难的．光检测充分利用磁共振时伴随着D1σ＋光强的变化，可巧妙地将一个频率较低的射频量子(1～10MHz)转换成一个频率很高的光频量子（约108MHz）的变化，使观察信号的功率提高了7～8个数量级．这样，气体样品的微弱磁共振信号的观测，便可用很简便的光检测方法来实现
三、实验仪器
实验装置的方框图如图9．4．4所示，由光泵磁振实验装置的主体单元及其辅助设备（包括辅助源，射频信号发生器，频率计和示波器等）
1．主体单元．光路系统中的光源为高频无极放电铷灯，具有噪音小、光强大和稳定性好等特点．滤波片采用干涉滤光片，透过率大于50﹪，带宽小于0．015μm．能很好地虑去D2光（D2 光不利于D1σ＋的光抽运）．透镜L1将光源发射的光变为平行光束，其焦距约为5～8cm．偏扳振片使平行光束转为平面偏振光．再经1 ?4波片得到圆偏振光，从而可获得D1σ＋作用于样品．接着，透镜L2把透过样品泡的光束会聚到光电器件上，变为电信号放大后再送到示波器显示．
主体单元设置了几组线圈，为实验提供所需要的各种磁场作用于样品．产生水平恒定磁场和扫场的两组亥姆霍兹线圈，绕在同一组线圈架上，其轴线应与地磁场水平分量的方向一致(即三角导轨应取南北向)．恒定磁场B0值由0～2×10－4T连续可调．扫场BS值约为0．01～1×10－4T，也可连续调节．产生垂直恒定磁场的一组亥姆霍兹线圈，用以抵销地磁场垂直分量．还有一组安放在恒温室内样品泡两侧的射频线圈，它们的轴向与B0垂直．关于各组亥姆霍兹线圈在样品泡位置所产生的磁场，可分别由表头指示（或另接数字电压表显示）的电压值及亥姆霍兹线圈参数求得B＝（4．496NV）×10－7 ? rR（T）（9.4.7）
式中N为线圈每边匝数，R为线圈每边绕线的电阻(?)，r为线圈的有效半径（m），V为加到线圈上的直流电压(V)．各组线圈的这些数值可在议器说明书上查得．
2．辅助设备．辅助源为主体单元提供产生水平磁场和垂直磁场的直流稳压电源，产生扫场的方波和三角波信号源，以及提供控制和监测系统．另外，还设有“外接扫描”插座，可用示波器的锯齿波扫描输出．经电阻分压及电流放大后作为扫场信号源，以代替辅助源中方波和三角波信号源．
示波器作为显示和测量实验中各种信号之用．可由双线示波器的其中一个通道（例如Y1）观测方波和三角波等扫场信号，另一个通道(例如Y2)观测光抽运和磁共振信号．实验中两个通道的信号对照观测，可能更好地理解原理，更好地进行调节和检测工作．
四、实验内容及具体步骤：
一、 准备：
在装置加电之前，先应进行主体单元光路的机械调整(见本说明书安装和调整部分)。 再借助指南针将光具座与地磁场水平分量平行搁置。检查各联线是否正确。
将“垂直场”、“水平场”、“扫场幅度”旋钮调至最小，按下池温开关。然后接通电源线，按下电源 开关。约30分钟后，灯温、池温指示灯点亮，实验装置进入工作状态。
二、 观测光抽运信号
扫场方式选择“方波”，调大扫场幅度。再将指南针置于吸收池上边，改变扫场的方向，设置扫场方向与地磁场水平分量方向相反，然后将指南针拿开。预置垂直场电流为0.07A 左右，用来抵消地磁场垂直分量。然后旋转偏振片的角度、调节扫场幅度及垂直场大小和方向，使光抽运信号(如图7.所示)幅度最大。再仔细调节光路聚焦，使光抽运信号幅度最大。
图. 光抽运信号
三、 观测光磁共振谱线
3．1 测量g 因子
扫场方式选择“三角波”，将水平场电流预置为0.2A 左右，并使水平磁场方向与地磁场水平分量和扫场方向相同(由指南针来判断)。垂直场的大小和偏振镜的角度保持上面的状态。调节射频信号发生器频率，可观察到共振信号，对应图8.a 波形，可读出频率1ν及对应的水平场电流I 。再按动水平场方向开关，使水平场方向与地磁场水平分量和扫场方向相反。仍用上述方法(如图8.b 所示)，可得到
2ν。这样,水平磁场所对应的频率为2)(21ννν+=，即排除了地磁场水平分量及扫场直流分量的影响。水平磁场的
数值可从水平场、 电流及水平亥姆霍兹线圈的参数来确定(亥姆霍兹线圈轴线中心处磁场的公式见附录)。 由公式：
H g h F 0μν= …………………(1) H
h g F 0μν= …………………(2) 可计算出g 因子。式中：0μ— 玻尔磁子； h — 普朗克常数； H — 水平直流磁场；ν— 共振频率。
五、数据处理
亥姆霍兹线圈参数：
水平场线圈 扫场线圈 垂直场线圈 线圈匝数
250 250 100 有效半径
0.2676m 0.2420m 0.1530m
水平电场为0.2A 水平场线圈r=0.2676m 水平场线圈N=250
频率KHz 幅度
波峰 波谷 正向（按下）
516KHz 776KHz 369KHz 550KHz 反向（弹起） 328KHz
491KHz
478.6KHz 717KHz 表中最大共振幅度的频率分别是516KHz ，328KHz ，369KHz ，478.6KHz 为85Rb 的共振信号。 频率776KHz ，491KHz ，550KHz ，717KHz 为87Rb 的共振信号。
共振信号对准波谷时，求85Rb 错误！未找到引用源。的朗德因子g 及其相对误差：
铷原子的F g 为F B h g B ν
μ=共振 ；
B=B 水平+B 水平扫场+B 水平地磁场 其中h 为普朗克常数，B μ为玻尔磁子，ν为射频频率。
S J 106.626h 34??=— 124B T J 109.2741——??=μ 33216105N B I r
π-=??? 6T 8.010.20676.20250516B 32
3=???=—π v=（369KHz+478.6KHz ）/2=432.8KHz ，可以得到
85Rb 错误！未找到引用源。的 =35.086
.0107.29108.423106.62624334≈?????——— 理论值g F 理论 =31 相对误差为%5%1003
/1|3/1-35.0|≈? 共振信号对准波峰时，求85Rb 错误！未找到引用源。的朗德因子g 及其相对误差：
v=（516KHz+328KHz ）/2=422KHz ，可以得到
85Rb 错误！未找到引用源。的 =35.086
.0107.2910422106.62624334≈?????——— 理论值g F 理论 =31 相对误差为%5%1003
/1|3/1-35.0|≈? 共振信号对准波峰时，求87Rb 错误！未找到引用源。的朗德因子g 及其相对误差：
v=（776KHz+491KHz ）/2=633.5KHz ，可以得到
87Rb 错误！未找到引用源。的 =.527086
.0107.29105.633106.62624334≈?????———
理论值g F 理论 =21 相对误差为%4.5%1002
/1|2/1-527.0|≈? 共振信号对准波谷时，求87Rb 错误！未找到引用源。的朗德因子g 及其相对误差：
v=（550KHz+717KHz ）/2=633.5KHz ，可以得到
87Rb 错误！未找到引用源。的 =.527086
.0107.29105.633106.62624334≈?????——— 理论值g F 理论 =
21 相对误差为%4.5%1002
/1|2/1-527.0|≈? 六、实验结果
87Rb 错误！未找到引用源。的朗德因子g 及其相对误差：
v=（776+491+550+717） /4=633.5KHz ，可以得到
87Rb 错误！未找到引用源。的 =.527086.0107.29105.633106.62624334≈?????——— 理论值g F 理论 =21 相对误差为5.4%
85Rb 错误！未找到引用源。的朗德因子g 及其相对误差：
v=（516KHz+328KHz+369KHz+478.6KHz ）/4=422.9KHz ，可以得到
85Rb 错误！未找到引用源。的 =35.086.0107.29109.422106.62624334≈?????——— 理论值g F 理论 =31 相对误差为5%
七、实验总结.
通过这次实验，我了解并且熟悉了光磁共振的原理以及如何通过使用仪器来完成实验；并且学习了光抽运现象的原理以及如何去测量朗德因子。本次实验操作并不复杂，还算简单，因此实验过程较为顺利。实验最终所得相对误差为5%，在误差范围内，较精确。
八、思考题
1．为什么要滤去D 2光？用π光为什么不能实现光抽运?用D 1σ－光照射85
Rb 将如何？
答：滤去D 2光的原因是它不利于D 1光的搬运，跃迁到52P 1/2上的原子通过自发辐射以及无辐射跃迁两种过程回到基态52S 1/2各个子能级上，经过多次循环之后，基态其他能级上大量的例子被搬运到基态m F =+2子能级上，为此光抽运，而当用π光时，由于△m F =0，则不产生光抽运效应，且此时85Rb 原子对光有强的吸收，而用D 1σ－光照射时，σ－光有与σ+光同样的作用，不过它是将大量粒子抽运到m F =-2的能级上。
2．铷原子超精细结构塞曼子能级间的磁共振信号是用什么方法检测的?实验过程中如何区分87Rb 和85Rb 的磁共振信号？
答：磁共振信号是通过测量透射光强的变化得到的，光检测罚利用磁共振时伴随着σ+光强的变化，巧妙的将一个频率较低的射频两字转换成一个射频较高的光频量子的变化，使观察信号的功率提高了7-8个数量级。当水平场不变时，频率高的为87Rb 共振信号，频率较低的为85Rb 共振信号。
3．试计算出87Rb和 85Rb的g F因子理论值．
解：87Rb：ν=0.7006 x 104B o
85Rb：ν=0.4761 x 104B
o
则87Rb： g F=hν/μB B o=(6.626 x 10-34 x 0.7006 x 104 x 106 )/(9.2741 x 10-24 )= 0.501
85Rb：g
F=hν/μB B o=(6.626 x 10
-34 x 0.4761 x 104 x 106 )/(9.2741 x 10-24 )= 0.501 4．你测定g F因子的方法是否受到地磁场和扫场直流分量的影响？为什么？
答：不受影响。
（1）当共振信号对准波谷时，分别侧得改变方向的2个频率为ν谷1和ν谷2水平地磁场方向与水平磁场方向一致和相反时合磁场分别为B1=B水平+B地水平，B2=B水平-B地水平
则h(ν谷1+ν谷2)= μB g F(B1+B2) h(ν谷1+ν谷2)/2= μB g F B水平
（2）当共振信号对准波峰时，分别侧得改变方向的2个频率ν峰1和ν峰2，水平地磁场方向与水平磁场方向一致和相反时合磁场分别为B3=B水平+B地水平，B4=B水平-B地水平
则hν峰1=μB g F(B3+B扫) hν峰2=μB g F(B4-B扫)
h(ν峰1+ν峰2)= μB g F(B3+B4) h(ν峰1+ν峰2)/2= μB g F B水平
综上所诉，测出两个方向的共振频率ν’和ν”，再取ν=（ν’+ν”）/2作为相应的共振频率，以消除地磁场和扫场直流分量的影响。
5．请用式子表明测量地磁场的方法．
答：关闭抵消地磁场的垂直场，使原子在地磁场下发生微弱的塞曼效应
用此次实验装置顺地磁场测一次共振频率v
由hv=ΔE=μBgFB 即可求得地磁场B
指导教师批阅意见：
成绩评定：
设计方案（40
分）
实验操作与
数据记录（30
分）
数据分析与
结果陈述
（15-20分）
实验总
结
（10-15
分）
总分设计方案
（40分）
磁共振实验报告
近代物理实验题目磁共振技术 学院数理与信息工程学院 班级物理082班 学号08220204 姓名 同组实验者 指导教师
光磁共振实验报告 【摘要】本次实验在了解如光抽运原理，弛豫过程、塞曼分裂等基本知识点的基础上，合理进行操作，从而观察到光抽运信号，并顺利测量g因子。 【关键词】光磁共振光抽运效应塞曼能级分裂超精细结构 【引言】光磁共振实际上是使原子、分子的光学频率的共振与射频或微波频率的磁共振同时发生的一种双共振现象。这种方法是卡斯特勒在巴黎提出并实现的。由于这种方法最早实现了粒子数反转，成了发明激光器的先导，所以卡斯特勒被人们誉为“激光之父”。光磁共振方法现已发展成为研究原子物理的一种重要的实验方法。它大大地丰富了我们对原子能级精细结构和超精细结构、能级寿命、塞曼分裂和斯塔克分裂、原子磁矩和g因子、原子与原子间以及原子与其它物质间相互作用的了解。利用光磁共振原理可以制成测量微弱磁场的磁强计，也可以制成高稳定度的原子频标。 【正文】 一、基本知识 1、铷原子基态和最低激发态能级结构及塞曼分裂 本实验的研究对象为铷原子，天然铷有两种同位素；85Rb（占72．15%）和87Rb（占27．85%）．选用天然铷作样品，既可避免使用昂贵的单一同位素，又可在一个样品上观察到两种原子的超精细结构塞曼子能级跃迁的磁共振信号．铷原子基态和最低激发态的能级结构如图1所示．在磁场中，铷原子的超精细结构能级产生塞曼分裂．标定这些分裂能级的磁量子数m F=F，F－1，…，－F，因而一个超精细能级分裂为2F＋1个塞曼子能级． 设原子的总角动量所对应的原子总磁矩为μF，μF与外磁场B0相互作用的能量为 E＝－μF·B0＝g F m FμF B0（1） 这正是超精细塞曼子能级的能量．式中玻尔磁子μB＝9．2741×10－24J·T－1 ，朗德因子g F= g J [F(F+1)+J(J+1)－I（I＋1）] ? 2F（F＋1）（2） 图1 其中g J= 1+[J(J+1)－L(L+1)+S（S＋1）] ? 2J（J＋1）（3） 上面两个式子是由量子理论导出的，把相应的量子数代入很容易求得具体数值．由式（1）可知，相邻塞曼子能级之间的能量差 ΔE＝g FμB B0（4） 式中ΔE与B0成正比关系，在弱磁场B0＝0，则塞曼子能级简并为超精细结构能级．
核磁共振实验报告
核磁共振实验报告 一、实验目的： 1．掌握核磁共振的原理与基本结构； 2．学会核磁共振仪器的操作方法与谱图分析； 3．了解核磁共振在实验中的具体应用； 二、实验原理 核磁共振的研究对象为具有磁矩的原子核。原子核是带正电荷的粒子，其自旋运动将产生磁矩，但并非所有同位素的原子核都有自旋运动，只有存在自选运动的原子核才具有磁矩。原子核的自选运动与自旋量子数I有关。I=0的原子核没有自旋运动。I≠0的原子核有自旋运动。 原子核可按I的数值分为以下三类： 1)中子数、质子数均为偶数，则I=0，如12C、16O、32S等。 2)中子数、质子数其一为偶数，另一为基数，则I为半整数，如： I=1/2；1H、13C、15N、19F、31P等； I=3/2；7Li、9Be、23Na、33S等； I=5/2；17O、25Mg、27Al等； I=7/2，9/2等。 3)中子数、质子数均为奇数，则I为整数，如2H、6Li、14N等。 以自旋量子数I=1/2的原子核（氢核）为例，原子核可当作电荷均匀分布的球体，绕自旋轴转动时，产生磁场，类似一个小磁铁。当置于外加磁场H0中时，相对于外磁场，可以有（2I+1）种取向： 氢核（I=1/2），两种取向（两个能级）： a.与外磁场平行，能量低，磁量子数ｍ＝＋1/2; b.与外磁场相反，能量高，磁量子数ｍ＝－1/2;
正向排列的核能量较低，逆向排列的核能量较高。两种进动取向不同的氢核之间的能级差：△E= μH0（μ磁矩，H0外磁场强度）。一个核要从低能态跃迁到高能态，必须吸收△E的能量。让处于外磁场中的自旋核接受一定频率的电磁波辐射，当辐射的能量恰好等于自旋核两种不同取向的能量差时，处于低能态的自旋核吸收电磁辐射能跃迁到高能态。这种现象称为核磁共振，简称NMR。三、实验仪器 400MHz超导傅里叶变换核磁共振波谱仪 （仪器型号：AVANCE III 400） 四、仪器构造、组成 1)操作控制台：计算机主机、显示器、键盘和BSMS键盘。 计算机主机运行Topspin程序，负责所有的数据分析和存储。BSMS键盘可以让用户控制锁场和匀场系统及一些基本操作。 2)机柜：AQS（采样控制系统）、BSMS（灵巧磁体系统），VTU（控温单元）、 各种功放。 AQS各个单元分别负责发射激发样品的射频脉冲，并接收，放大，数字化样品放射出的NMR信号。AQS完全控制谱仪的操作，这样可以保证操作不间断从而保证采样的真实完整。BSMS：这个系统可以通过BSMS键盘或者软件进行控制，负责操作锁场和匀场系统以及样品的升降、旋转。3)磁体系统：自动进样器、匀场系统、前置放大器(HPPR)、探头。 本仪器所配置的自动进样器可放置60个样品。磁体产生NMR跃迁所需的
深圳大学算法设计与分析杨煊实验一
深圳大学实验报告 课程名称：算法设计与分析 实验项目名称：排序算法性能分析 学院： 专业、班级： 指导教师：杨烜 报告人：学号： 实验报告提交时间： 2015.4.3 教务处制
一、实验目的与实验环境 实验目的： 1. 掌握选择排序、冒泡排序、合并排序、快速排序、插入排序算法原理 2. 掌握不同排序算法时间效率的经验分析方法，验证理论分析与经验分析的一致性。 实验环境：VC++ 6.0 二、实验原理与算法描述 算法（1）选择排序 SelectSort(A[0...n-1],n) //利用选择排序对给定的数组排序 //输入：一个可排序数组A[0...n-1] //输出：非降序排列的数组A[0...n-1] for i<-0 to n-2 do min<-i for j<-i+1 to n-1 do if A[j] //输入：数组A[0...n-1]中的子数组A[l...r]，由左右下标l和r定义 //输出：数组A[l...r]的一个分区，分裂点的未知作为函数的返回值p<-A[l] i<-l;j<-r+1 repeat repeat i<-i+1 until A[i]>=P repeat j<-j-1 until A[j]<=P swap(A[i],A[j]) until i>=j swap (A[i],A[j]) //当i>=j撤销最后一次交换 swap (A[l],A[j]) return j 理论效率：C(n) ∈θ(nlnn)，不稳定算法 算法（3）合并排序 MergeSort(A[0...n-1]) //利用合并排序对给定的数组排序 //输入：一个可排序数组A[0...n-1] //输出：非降序排列的数组A[0...n-1] if n>1 copy A[0...?n/2?-1] to B[0...?n/2?-1] copy A[?n/2?...n-1] to C[0...?n/2?-1] Mergesort(B[0...?n/2?-1]) Mergesort(C[0...?n/2?-1]) Merge(B,C,A) Merge(B[0...p-1],C[0...q-1],A[0...p+q-1]) //将两个有序数组合并为一个有序数组 //输入：两个有序数组B[0...p-1],C[0...q-1] //输出：A[0...p+q-1]中已经有序存放了B和C中的元素 i<-0;j<-0;k<-0 while i 深圳大学-大学物理实验c-杨氏模量的测量 ————————————————————————————————作者: ————————————————————————————————日期： 得分教师签名批改日期深圳大学实验报告 课程名称: 大学物理实验（一) 实验名称： 学院: 指导教师: 报告人:组号： 学号实验地点 实验时间: 年月日 提交时间： 一、实验目的 １． 掌握用拉伸法测定金属丝的杨氏模量； 2. 学会用光杠杆测量长度的微小变化 3． 学会用逐差法处理数据。 二、实验原理 １. 胡克定律和杨氏弹性模量 当固体受外力作用时,它的体积和形状将要发生变化，这种变化,称为形变。物体的形变可分为弹性形变和塑性形变。固体材料的弹性形变又可分为纵向、切变、扭转、弯曲。当外力不太大时,物体的形变与外力成正比，且外力停止作用物体立即恢复原来的形状和体积，这种形变称弹性形变。当外力较大时,物体的形变与外力不成比例,且当外力停止作用后，物体形变不能完全消失，这种形变称为范性形变。范性形变的产生,是由于物体形变而产生的内应力（大小等于单位面积上的作用力）超过了物体的弹性限度(屈服极限）的缘故。如果再继续增大外力,当物体内产生的内应力超过物体的强度极限时,物体便被破坏了。胡克定律:在物体的弹性限度内，胁强于胁变成正比,其比例系数称为杨氏模量（记为Ｅ）。在数值上等于产生单位胁变时的胁强。它的单位是与胁强的单位相同。其中:单位面积上所受到的力称为协强，协变是指在外力作用下的相对形变,它反映了物体形变的大小。杨氏模量来描述材料抵抗纵向弹性形变的能力。 胡克定律指出，在弹性限度内,弹性体的应力和应变成正比。设有一根长为L ，横截面积为S 的钢丝,在外力F 作用下伸长了L ?，则 L L E S F ?= （5-1) 式中的比例系数E 称为杨氏模量，单位为Ｎ·m -２。设实验中所用钢丝直径为d ，则24 1d s π=, 将此公式代入上式整理以后得 L d FL E ?=2 4π （5-２） 上式表明,对于长度Ｌ,直径d 和所加外力Ｆ相同的情况下，杨氏模量Ｅ大的金属丝的伸长量L ?小。因而,杨氏模量是表征固体材料性质的一个重要的物理量,是工程设计上选用材料时常需涉及的重要参数之一,一般只与材料的性质和温度有关,与外力及物体的几何形状无关。对一定材料而言，E 是一个常数，它仅与材料的结构、化学成分及其加工制造的方法有关。杨氏模量的大小标志了材料的刚性。 为能测出金属丝的杨氏模量 E ，必须准确测出上式中右边各量。其中 Ｌ、d 、F 都可用一般方法测得，唯有 ΔL 是一个微小的变化量，用一般量具难以测准，为了测量细钢丝的微小长度变化,实验中使用了光杠杆放大法间接测量。利用光杠杆不仅可以测量微小长度变化，也可测量微小角度变化和形状变化。由于光杠杆放大法具有稳定性好、简单便宜、受环境干扰小等特点，在许多生产和科研领域得到广泛应用。 2、光杠杆和镜尺系统是测量微小长度变化的装置 光杠杆结构如图５－１(ａ) 所示,它实际上是附有三个尖足的平面镜。三个尖足的边线为一等腰三角形。前两足刀口与平面镜在同一平面内(平面镜俯仰方位可调)，后足在前两足刀口的中垂线上。镜尺系统由一把竖立的毫米刻度尺和在尺旁的一个望远镜组成。镜尺系统和光杠杆组成如图５-2(b) 所示的测量系统。 应物0903班 核磁共 振实验报告 王文广U8 苏海瑞 U8 核磁共振实验报告 一、实验目的 1．了解核样共振的基本原理 2．学习利用核磁共振测量磁场强度和原子核的g 因子的方法 二、实验内容 1．在加不同大小扫场情况下仔细观察水样品的核磁共振现象，记录每种情况下的共振峰形和对应的频率 2．仔细观察和判断扫场变化对共振峰形的影响，从中确定真正能应永久磁铁磁场0B 的共振频率，并以此频率和质子的公认旋磁比值 ()267.52MHz /T γ=计算样品所在位置的磁场0B 3．根据记录的数据计算扫场的幅度 4．研究射频磁场的强弱对共振信号强度的影响 5．观察聚四氟乙烯样品的核磁共振现象，并计算氟核的g 因子 三、实验原理 1．核磁共振现象与共振条件 原子的总磁矩j μ和总角动量j P 存在如下关系 22B j j j j e e B e g P g P P m h e e m πμμγμγ=-==为朗德因子，、是电子电荷和质量，称为玻尔磁子，为原子的旋磁比 对于自旋不为零的原子核，核磁矩j μ和自旋角动量j P 也存在如下关系 22N I N I N I I p e g P g P P m h πμμγ=-== 按照量子理论，存在核自旋和核磁矩的量子力学体系，在外磁场 0B 中能级将发生赛曼分裂，相邻能级间具有能量差E ?，当有外界条 件提供与E ?相同的磁能时，将引起相邻赛曼能级之间的磁偶极跃迁，比如赛曼能级的能量差为02B h E γπ ?= 的氢核发射能量为h ν的光子，当0= 2B h h γνπ 时，氢核将吸收这个光子由低塞曼能级跃迁到高塞曼能级，这种共振吸收跃迁现象称为“核磁共振” 由上可知，核磁共振发生和条件是电磁波的圆频率为 00B ωγ= 2．用扫场法产生核磁共振 在实验中要使0= 2B h h γνπ 得到满足不是容易的，因为磁场不是容易控制，因此我们在一个永磁铁0B 上叠加一个低频交谈磁场 sin m B B t ω=，使氢质子能级能量差 ()0sin 2m h B B t γωπ +有一个变化的区域，调节射频场的频率ν，使射频场的能量h ν能进入这个区域，这样在某一瞬间等式 ()0sin 2m h B B t γωπ +总能成立。如图， 近代物理实验报告 顺磁共振实验 学院 班级 姓名 学号 时间 2014年5月10日 顺磁共振实验 实验报告 【摘要】 电子顺磁共振又称电子自旋共振。由于这种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；因为分子和固体中的磁矩主要是自旋磁矩的贡献所以又被称为电子自旋共振。简称“EPR ”或“ESR ”。由于电子的磁矩比核磁矩大得多，在同样的磁场下，电子顺磁共振的灵敏度也比核磁共振高得多。在微波和射频范围内都能观察到电子顺磁现象，本实验使用微波进行电子顺磁共振实验。 【关键词】 顺磁共振，自旋g 因子，检波 【引言】 顺磁共振（EPR ）又称为电子自旋共振（ESR ），这是因为物质的顺磁性主要来自电子的自旋。电子自旋共振即为处于恒定磁场中的电子自旋在射频场或微波场作用下的磁能级间的共振跃迁现象。顺磁共振技术得到迅速发展后广泛的应用于物理、化学、生物及医学等领域。电子自旋共振方法具有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，但并不破坏样品的结构，对化学反应无干扰等优点，对研究材料的各种反应过程中的结构和演变，以及材料的性能具有重要的意义。研究了解电子自旋共振现象，测量有机自由基DPPH 的g 因子值，了解和掌握微波器件在电子自由共振中的应用，从矩形谐振长度的变化，进一步理解谐振腔的驻波。 【正文】 一、实验原理 （1）电子的自旋轨道磁矩与自旋磁矩 原子中的电子由于轨道运动，具有轨道磁矩，其数值为： 2l l e e P m μ=- ，负号表示方向同l P 相反。在量子力学中(1)l P l l =+，因而 (1)(1)2l B e e l l l l m μμ=+=+，其中2B e e m μ=称为玻尔磁子。电子除了轨道运动外 深圳大学实验大学窗口大学 深圳大学的校园是“面朝大海，春暖花开”：走出南校区，就可观赏蔚蓝的深圳后海湾，登上校园高处，便可远眺伶仃洋和美丽的港岛；校园内，绿树成荫，芳草萋萋，即便是在秋冬，依然生机盎然，郁郁葱葱。 深圳大学建校24年一路走过的轨迹和取得的成绩，既蕴涵了“面朝大海”的胸襟和气魄，也散发着“春暖花开”的生机和活力。 24年实现“三级跳”创下又一个“深圳速度” 有人问深圳大学校长章必功：“在你心目中，深圳大学在中国的高校里排在多少位？”章必功回答：“如果按照我自己看重的指标，深圳大学排在前几位。”章必功看重的指标之一就是发展速度。1983年，中国的高校版图里增加了一个新名字—深圳大学。24年的办学道路上，深圳大学经受了沿海经济发达地区和文化积淀薄弱地区能否办好高等教育的质疑与考验，经受了社会转型期高等教育与市场经济的体制性碰撞和观念性冲突，紧随特区，快速发展，创下了一个又一个的“深圳速度”。 俗话说：“十年树木，百年树人”，但深圳大学以最短的时间，从无到有，完成了人才培养的“三级跳”，形成了学士、硕士到博士的完整人才培养体系。 1995年，深圳大学通过国家教委本科教学合格评价；1996年，深圳大学经国务院学位委员会批准，获硕士学位授权；2006年,深圳大学经国务院学位委员会批准，获博士学位授权；2007年，深圳大学经人事部批准，设立“深圳大学光学工程博士后科研流动站”。 拿到博士学位授权让深圳大学的教职员工都备感自豪，按照规定，一所新办大学要想获得博士学位授权，至少要有25年办学历史。深大不仅提前了两年，而且获得授权后一次性就拿到了3个博士点，这是目前国家规定的最高额度，在2006获得博士授权的高校中，深大是唯一一家。 如今，深圳大学的学科整齐，设有52个本科专业、66个硕士点，4个专业硕士点，3个博士点，1个博士后流动站。而且，学科力量由弱到强，建有一批省级重点学科、省级重点扶持学科，一批省部级、市级重点实验室和人文社科重点研究基地，一批省级名牌专业、省级精品课程和1个国家大学生文化素质教育基地。 建立完整的人才培养体系，就必须有一支优秀的师资队伍，而师资力量恰恰是一些新建大学的薄弱环节。但是，年轻的深圳大学依靠自己的地缘优势和自由宽松的学术环境，同样以超常规的发展速度，迅速聚集了一批年富力强的优秀人才。 深圳大学的师资队伍，有着博士多、海归多、高职称多、年轻化四大特点。今天的深大，拥有有中国科学院院士1人，中国工程院院士1人，博士生导师44人，国家级中青年有突出贡献专家4人，教育部各学科教学指导委员会委员6人，国务院特殊津贴专家26人，全国优秀教师3人。深大教师的平均年龄是40岁。 本科立校人才培养目标与时俱进 虽然办学历史并不悠久，但在深圳大学的校友录里，已经有了在国内乃至世界都响当当的名字。 QQ之父马化腾，深圳腾讯公司总裁、首席执行官，1993年毕业于深圳大学电子工程系计算机专业，2004年被美国《时代周刊》评选为全球最具影响力的25位商界人士之一，他创造的“腾讯QQ”改变了太多人的交流方式乃至生活方式。 周海江，江苏红豆集团总裁，50年来第一位登上美国《福布斯》杂志封面的中国内地服装界企业家，1988年毕业于深圳大学经济管理系。 而更多的深大毕业生则成为了各行各业的骨干力量，有优秀的公务员也有农村社区的杰出管理者，都受到用人单位的好评。近三年来，深大应届毕业生的年底就业率保持在98％以上。 铷原子的光泵磁共振实验 学号 姓名： 实验日期： 指导老师： 【摘要】 在本实验中我们运用光泵磁共振技术，研究了铷原子的光抽运信号和磁共振信号，最终测量得87 Rb 的朗德F g 因子为0.4981，85Rb 的朗德F g 因子为0.3348，以及地磁场的大小为0.4245GS. 关键词：光抽运、磁共振、超精细结构、塞曼子能级、朗德F g 因子 一、引言： 光泵，也称光抽运，是借助于光辐射获得原子基态超精细结构能级或塞曼子能级间粒子数的非热平衡分布的实验方法。光泵磁共振技术实际上是将光抽运技术和射频或微波磁共振技术相结合的一种实验技术，它是1955年法国科学家卡斯特勒（A.Kastler ）发明的。在光泵磁共振技术中，一方面光抽运改变了磁能级上的粒子数分布，使更多的粒子参与磁共振；另一方面采取光探测的方法而不直接测量射频量子，从而克服了磁共振信号弱的缺点，把探测灵敏度提高了七八个数量级。如今，光泵磁共振已广泛应用于基础物理研究，比如原子的磁矩、能级结构和g 因子测量。此外，在原子频标、激光及弱磁场测量等方面，这一方法也是极为有利的实验手段。 本实验研究铷原子的光泵磁共振现象，并测量铷原子的朗德g 因子和地磁场强度。 二、 原理: 实验研究的对象是Rb 原子，其最外层有一个价电子，位于5s 能级上，因此其电子轨道角动量量子数L=0,电子自旋轨道角动量量子数s=1/2.其总角动量量子数 s L S L S L J --++= ,1,。所以Rb 原子的基态只有2/1=J ，标记为2/125S 。5P 与基 态5S 之间产生的跃迁是铷原子主线系的第一条谱线，谱线为双线。2 /12P 5到 2 /12S 5的跃迁 产生的谱线为D1线，波长是794.8nm ；2 /12P 5到 2 /12S 5的跃迁产生的谱线为D2线，波长是 780.0nm 。 在核自旋I=0时，原子的价电子经L-S 耦合后总角动量和原子的总磁矩的关系为 2J J J e e g P m μ =- (1) 1、前言和实验目的 核磁共振是指受电磁波作用的原子核系统在外磁场中磁能级之间发生共振跃迁的现象。本实验的样品在外磁场中，外磁场使样品核能级因核自旋不同的取向而分裂，在数千高斯外磁场下核能级的裂距一般在射频波段，样品在射频电磁波作用下，粒子吸收电磁波的能量，从而产生核能级的跃迁。1932年发现中子后，才认识到核自旋是质子自旋和中子自旋之和，质子和中子都是自旋角动量为2 的费米子，只有质子数和中子数两者或其一为奇数时，核才有非零的核磁矩，正是这种磁性核才能产生核磁共振。 核磁共振信号可提供物质结构的丰富信息，如谱线的宽度、形状、面积、谱线在频率或磁场刻度上的准确位置、谱线的精细结构、超精细结构、弛豫时间等，加之是对样品的无损测量，广泛的应用于分子结构的确定、液相和固相的动力学研究、医用诊断、固体物理学、分析化学、分子生物学等领域，是确定物质结构、组成和性质的重要实验方法。核磁共振还是磁场测量和校准磁强计的标准方法之一，其不确定度可达001.0±%。 实验目的： （1）掌握核磁共振的实验原理和方法 （2）用核磁共振方法校准外磁场B ，测量氟核的F g 因子以及横向驰豫时间2T 2、实验原理 如原子处在磁场中会发生能级分裂一样，许多原子核处在磁场中也会发生能级的分裂，因为 原子核也存在自旋现象。质子和中子都是自旋角动量等于2 的费米子，当质子数和中子数都为偶数时原子核的磁矩为0，当其一为奇数时原子核磁矩为半整数，当两个都为奇数时核磁矩为整数。只有具有核磁矩的原子核才有核磁共振现象。 我们知道在微观世界里物理量都只能取分立的值，即都是量子化的。原子核的角动量也只能取分立的值 )1(+= I I p ,I 为自旋量子数，取分立的值。对于本实验用到的H 1和F 19，自旋量 子数I 都为1/2。沿z 方向的角动量为 m p z =，在这里m 只能取1/2或-1/2。而自旋角动量不为0的核具有核磁矩p m e g p 2F =，考虑沿z 轴方向则有N z p Z mgF p m e G F ==2，其中以 γ== p z m e F 2为原子核磁矩的基本单位，p m e 2=γ。 在没有磁场作用时，原子核的能量时一样的，但处于磁场中则会发生能级分裂， B m γ-B -F B F E Z =?=?-=，本实验中1=?m ，故有B E γ=?。外加一射频场，当满足一定 的条件时就会发生共振吸收，条件为πγγυ2hB B E h = =?= ，从而有共振频率B π γ υ2= 。通过 深圳大学实验报告 课程名称：连续式与分页式主存管理的模拟实现 实验项目名称：进程的控制 学院：信息工程学院（软件学院） 专业：软件工程 指导教师：白鉴聪 报告人：罗城龙学号：20XX151095班级：软件1班 实验时间：20XX/6/20 实验报告提交时间：20XX/6/20 教务处制 实验目的与要求： 模拟在连续分配与分页管理两种方式下，主存空间的分配与回收，帮助学生加深了解存储器管理的工作过程。 方法、步骤： 1、根据例程，尝试采用首次适应算法、循环首次适应算法、最佳适应算法其中的一种 或多种算法实现3.2.1的动态分区分配。算法思想请参考课本P108-109的分区分配算法。 2、根据例程，尝试实现3.2.1的分区回收功能。 3、根据例程，尝试实现3.2.2的分页系统功能 4、至少完成上述三项实验内容中的一个。 5、自行设定内存总空间，大小单位为KB，分页管理需要设定每个页的大小。 6、随机设置当前内存分配状态。 7、自行设计作业队列，队列中至少要有5个作业，设定各个作业空间大小，大小要适 中。 8、输出结果要尽量详细清晰，如果输出内容比较多，可以考虑把输出结果保存到文件 中，通过文件来查看。 9、程序代码要尽量加入注释，提高程序的清晰度与可读性。 10、在实验报告中，一方面可以对实验结果进行分析，一方面可以对两种分配方式 进行比较，分析它们的优劣。 实验过程及内容： 循环首次适应算法： 关键源代码： 1．MEM * temp=NULL;//声明一个MEM的指针，用于保留循环的开始位置2．void init() //在初始化函数init()最后加一个语句，用于 { //指针temp的初始化，因为它开始也要指向空 ……… //链的起始 temp = empty; } 3．实现关键函数 void mem_alloc_loop(MEM *pjob) { MEM * pr; //循环首次适应算法 pr = temp; while (pr != NULL) { if (pr->length > pjob->length) { pjob->head = pr->head; //直接把作业数据块插入已分配队列 alloc_insert(pjob);//插入作业数据块到已分配队列 //产生碎片,需要修改被分配空闲区的参数 //产生小碎片，pr指向它 pr->head = pr->head + pjob->length; pr->length = pr->length - pjob->length; temp=pr->link;//指向分配后的下一个指针 printf("!!!!!%s分配成功!!!!!\n", pjob->name); break; } if (pr->length == pjob->length) //刚好满足 { pjob->head = pr->head; //直接把作业数据块插入已分配队列 temp=pr->link;//指向分配后的下一个指针 alloc_insert(pjob); empty_remove(pr); //从空闲队列中删除该空闲区 printf("!!!!!%s分配成功!!!!!\n", pjob->name); break; } //空闲块太小，则指向下一个空闲块。 if (pr->length < pjob->length) { pr = pr->link; } } if(pr==NULL) { pr=empty; 光磁共振 (南京大学物理学院 江苏南京 210000) 摘要：光磁共振是利用光抽运的方法，进一步提高磁共振灵敏度的技术。本实验依据光磁共振技术，运用“光抽运—磁共振—光探测”的方法，测量地磁场垂直分量和水平分量以及铷原子的相关参量。 关键词：光磁共振；光抽运；磁共振；塞曼效应；塞曼子能级；地磁场；朗德因子 一、实验目的 1.掌握“光抽运—磁共振—光探测”的思想方法和实验技巧，研究原子超精细结构塞曼子能级间的射频磁共振。 2. 测定銣原子87Rb 和85Rb 的参数：基态朗德因子F g 和原子核的自旋量子数I 。 3. 测定地磁场B 地的垂直分量B 地垂直、水平分量B 地水平 及其倾角θ。 二、实验原理 光磁共振技术是根据动量守恒原理，用光学抽运来研究原子超精细结构塞曼子能级间微波或射频磁共振现象的双共振技术。特点是兼有波谱学方法的高分辨率和光谱学方法的高探测灵敏度。 1.铷原子的超精细结构及其塞曼分裂 铷是一价碱金属原子，有一个价电子，处于第五壳层，主量子数n=5,电子轨道量子数L=0,1,2,3…,n-1,电子自旋S=1/2。铷原子中价电子的轨道角动量L P 和自旋角动量S P 发生轨道—自旋耦合（LS 耦合），得到电子总角动量J P ，其数值 ,,1,,J P J L S L S L S ==++-???-。当不考虑铷原子核的自旋时，铷原子总 磁矩2J J J e e g P m μ=-，其中,e e m -分别为电子的电荷、质量。朗德因子 (1)(1)(1) 12(1) J J J L L S S g J J +-+++=++ 从而形成原子的超精细结构能级，这时，铷原子的基态能级21S J n S +对应于 n=5,L=0,S=1/2,J=1/2,即为212 5S ，相应的朗德因子2J g =；铷原子的第一激发态能级 21 S J n P +对应于n=5,L=1,S=1/2,J=1/2、3/2，是双重态，即为212 5P 和232 5P ，相应的朗德因子 24 ,33J g = 。22132255P S →的能级跃迁产生光谱线1D 线(1794.76nm λ=)；223322 55P S →的跃迁产生光谱线2D 线（2780.0nm λ=）。本实验观测与1D 线有关的能级的超精细结构及其在弱磁场中的塞曼分裂。 通常原子核也具有角动量，记原子核的总角动量为P ，它是核中质子和中子的轨道角 动量和自旋角动量的矢量和，核的总角动量的数值I P = ，通常也称为核自旋， 其中I 称为核的自旋量子数，I 为整数或半整数，已知稳定的原子核的I 值在0~7.5之间。 核的总角动量I P 的最大可测的分量值为 I 。当0I ≠时，原子核的总磁矩为 近代物理实验报告 光磁共振 班级物理081 学号 08180140 姓名周和建 时间 2011年4月27日 【摘要】 以光抽运为基础的光检验测磁共振的方法，使用DH807A型光磁共振实验装置来观察光抽运信号，进而测定铷原子两个同位素87Rb和85Rb的超精细结构塞曼子能级的朗德因子的测量。 【关键词】 光磁共振光抽运塞曼能级分裂超精细结构 【引言】 光磁共振实际上是使原子、分子的光学频率的共振与射频或微波频率的磁共振同时发生的一种双共振现象。这种方法是卡斯特勒在巴黎提出并实现的。由于这种方法最早实现了粒子数反转，成了发明激光器的先导，所以卡斯特勒被人们誉为“激光之父”。 光磁共振方法现已发展成为研究原子物理的一种重要的实验方法。它大大地丰富了我们对原子能级精细结构和超精细结构、能级寿命、塞曼分裂和斯塔克分裂、原子磁矩和g因子、原子与原子间以及原子与其它物质间相互作用的了解。 利用光磁共振原理可以制成测量微弱磁场的磁强计，也可以制成高稳定度的原子频标。 【正文】 一、实验原理 （一）铷(Rb)原子基态及最低激发态的能级 实验研究对象是铷的气态自由原子。铷是碱金属，它和所有的碱金属原子Li、Na、K一样，在紧紧束缚的满壳层外只有一个电子。铷的价电子处于第五壳层，主量子数n=5。主量子数为n的电子，其轨道量子数L=0,1, …,n－1。基态的L=0，最低激发态的L=1。电子还具有自旋，电子自旋量子数S=1/2。 由于电子的自旋与轨道运动的相互作用（即L－S耦合）而发生能级分裂， 称为精细结构。轨道角动量P s、的合成角动量P J =P L +P S 。原子的精细结构用总角动 量量子数J来标记，J=L+S,L+S-1, …,│L-S│。对于基态，L=0和S=1/2,因此 Rb基态只有J=1/2。其标记为５２S 1/2。铷原子最低激发态是52P 1/2 及52P 3/2 双重态。 这是由于轨道量子数L=1，自旋量子数S=1/2。52P 1/2态的J=1/2, 52P 3/2 态的J=3/2。 ５Ｐ与５Ｓ能级之间产生的跃迁是铷原子主线系的第１条线，为双线。它在铷灯 光谱中强度是很大的。52P 1/2→５２S 1/2 跃迁产生波长为7947.6?的D 1 谱线，52P 3/2 →５２S 1/2跃迁产生波长7800?的D 2 谱线。 原子的价电子在LS耦合中，总角动量P J 与原子的电子总磁矩μ J 的关系为 (1) (2) 一、实验目的与实验仪器 1.实验目的 （1）了解核磁共振的基本原理； （2）学习利用核磁共振校准磁场和测量因子g 的方法： （3）掌握利用扫场法创造核磁共振条件的方法，学会利用示波器观察共振吸收信号； （4）测量19F 的g N 因子。 2.实验仪器 NM-Ⅱ型核磁共振实验装置，水 样品和聚四氟乙烯样品。 探测装置的工作原理:图一中绕 在样品上的线圈是边限震荡器电路 的一部分，在非磁共振状态下它处在 边限震荡状态（即似振非振的状态）， 并把电磁能加在样品上,方向与外磁 场垂直。当磁共振发生时，样品中的 粒子吸收了震荡电路提供的能量使振荡电路的Q 值发生变化，振荡电路产生显著的振荡，在示波器上产生共振信号。 二、实验原理 （要求与提示：限400字以内，实验原理图须用手绘后贴图的方式） 原子核自旋角动量不能连续变化，只能取分立值即： P = 其中I 称为自旋量子数，I=0，1/2，1，3/2，2，5/2，…本实验涉及的质子和氟核 F 19 的自旋量子数I 都等于1/2。类似地原子核的自旋角动量在空间某一方向，例如z 方向的分量不能连续变化，只能取分立的数值 自旋角动量不为零的原子核具有与之相联系的核自旋磁矩， 其大小为： P 2M e g =μ 核磁共振 实验报告 其中e 为质子的电荷，M 为质子的质量，g 是一个由原子核结构决定的因子，对不同种类的原子核g 的数值不同，g 成为原子核的g 因子。由于核自旋角动量在任意给定的z 方向的投影只可能取（2I+1）个分立的数值，因此核磁矩在z 方向上的投影也只能取（2I+1）个分立的数值： 2M e g p 2M e g m z z ==μ 原子核的磁矩的单位为： 2M e N =μ 当不存在外磁场时，原子核的能量不会因处于不同的自旋状态而不同。通常把B 的方向规定为z 方向，由于外磁场B 与磁矩的相互作用能为： B B P B B E z z m γγμμ-=-=-=?-= 核磁矩在加入外场B 后，具有了一个正比于外场的频率。量子数m 取值不同，则核磁矩的能量也就不同。原来简并的同一能级分裂为(2I+1)个子能级。不同子能级的能量虽然不同，但相邻能级之间的能量间隔 却是一样的，即： B E γ=? 而且，对于质子而言，I=1/2，因此，m 只能取m=1／2和m= -1/2两个数值。简并能级在磁场中分开。其中的低能级状态,对应E 1=-mB ，与场方向一致的自旋，而高的状态对应于E 2=mB ，与场方向相反的自旋。当核自旋能级在外磁场B 作用下产生分裂以后，原子核在不同能级上的分布服从玻尔兹曼分布。 若在与B 垂直的方向上再施加一个高频电磁场（射频场），且射频场的频率满足一定条件时,会引起原子核在上下能级之间跃迁。这种现象称为共振跃迁（简称共振）。 发生共振时射频场需要满足的条件称为共振条件： B π γν2= 如果用圆频率ω=2πν 表示，共振条件可写成：B γω= 深圳大学物理化学实验报告--燃烧热的测定--谢佳深圳大学物理化学实验报告实验者:谢佳澎苏竹实验时间:2000/3/5气温:24.5℃大气压:101.47kPa燃烧热的测定目的要求一,用氧弹热量计测定萘的燃烧热二,明确燃烧热的定义,了解恒压燃烧热与恒容燃烧热的差别三,了解热量计中主要部分的作用,掌握氧弹热量计的实验技术四,学会雷诺图解法校正温度改变值仪器与试剂氧弹卡计贝克曼温度计普通温度计压片器分析天平台秤万用电表点火丝剪刀直尺镊子扳手苯甲酸柴油氧气钢瓶氧气减压阀实验数据及其处理贝克曼温度计读数苯甲酸柴油苯甲酸柴油样品质量g序号初段末段初段末段W2W212.1573.4581.5283.4402.250039.176922.1623.4611.5333.480W1 W132.1693.4641.5383.5201.571838.539242.1753.4671.5413.550样重样重52.1803.4691.5423.5580.67820.637762.1853.4701.5443.561点火丝72.1903.4711.5463.568L2L282.1943.4721.5473.570202092.1983.4731.54 93.575L1L1102.2033.4751.5503.572165.8消耗消耗414.2初段斜率初段截距初段斜率初段截距0.00512.1530.00231.529末段斜率末段截距末段斜率末段截距0.00183.4580.01313.467升温中点12升温中点12.5中点低温中点高温中点低温中点高温2.2153.4801.5583.625温升1.265温升2.066水值J/℃14191热值J/g459204实验讨论固体样品为什么要压成片状？答：压成片状易于燃烧，和氧气充分接触，且易于称中。 2．在量热学测定中，还有哪些情况可能需要用到雷诺温度校正方法？答：实验中要用到温度差校正的都可以用。 应物0903班 核磁共振实 验报告 王文广U200910198 苏海瑞U200910218 核磁共振实验报告 一、实验目的 1．了解核样共振的基本原理 2．学习利用核磁共振测量磁场强度和原子核的g 因子的方法 二、实验内容 1．在加不同大小扫场情况下仔细观察水样品的核磁共振现象，记录每种情况下的共振峰形和对应的频率 2．仔细观察和判断扫场变化对共振峰形的影响，从中确定真正能应永久磁铁磁场0B 的共振频率，并以此频率和质子的公认旋磁比值 ()267.52MHz /T γ=计算样品所在位置的磁场0B 3．根据记录的数据计算扫场的幅度 4．研究射频磁场的强弱对共振信号强度的影响 5．观察聚四氟乙烯样品的核磁共振现象，并计算氟核的g 因子 三、实验原理 1．核磁共振现象与共振条件 原子的总磁矩j μr 和总角动量j P r 存在如下关系 22B j j j j e e B e g P g P P m h e e m πμμγμγ=-==r r r r 为朗德因子，、是电子电荷和质量，称为玻尔磁子，为原子的旋磁比 对于自旋不为零的原子核，核磁矩j μr 和自旋角动量j P r 也存在如下 关系 22N I N I N I I p e g P g P P m h πμμγ=-==r r r r 按照量子理论，存在核自旋和核磁矩的量子力学体系，在外磁场 0B 中能级将发生赛曼分裂，相邻能级间具有能量差E ?，当有外界条 件提供与E ?相同的磁能时，将引起相邻赛曼能级之间的磁偶极跃迁，比如赛曼能级的能量差为02B h E γπ ?= 的氢核发射能量为h ν的光子，当0= 2B h h γνπ 时，氢核将吸收这个光子由低塞曼能级跃迁到高塞曼能级，这种共振吸收跃迁现象称为“核磁共振” 由上可知，核磁共振发生和条件是电磁波的圆频率为 00B ωγ= 2．用扫场法产生核磁共振 在实验中要使0= 2B h h γνπ 得到满足不是容易的，因为磁场不是容易控制，因此我们在一个永磁铁0B 上叠加一个低频交谈磁场 sin m B B t ω=，使氢质子能级能量差 ()0sin 2m h B B t γωπ +有一个变化的区域，调节射频场的频率ν，使射频场的能量h ν能进入这个区域，这样在某一瞬间等式 ()0sin 2m h B B t γωπ +总能成立。如图， 由图可知，当共振信号非等间距时共振点处 ()0sin 2m h B B t γωπ +， 核磁共振实验报告 04级11系姓名：徐文松学号：PB04210414 日期：2006.05.12 CONTENTS OF THIS REPORT （Click while press CTRL to locate it） return 核磁共振 return 1．观察核磁共振稳态吸收现象； 2．掌握和磁共振基本试验原理和方法； 值和g因子。 3．测量1H和19F的 return 1．核自旋 原子核具有自旋，其自旋角动量为 h I I p )1(1+= 其中I 是核自旋量子数，其值为半整数或整数。当质子数和质量数均为偶数时，I=0，当质量数为偶数而质子数为奇数时，I=0,1,2…，当质量数为奇数时，I=2n （n=1，3,5…）． 2． 核磁矩 原子核带有电荷，因而具有子旋磁矩，其大小为 )1(211+==I I g p m e g N N μμ N N m eh 2=μ 式中g 为核的朗德因子，对质子，g ＝5.586，N m 为原子核质量，N μ为核磁子，N μ＝ 227100509.5m A ??-，令 g m e N 2= γ 显然有 I I p γμ= γ称为核的旋磁比。 3． 核磁矩在外磁场中的能量 核自旋磁矩在外磁场中会进动。进动的角频率 00B γω= 0B 为外恒定磁场。 ４．核磁共振 实现核磁共振，必须有一个稳恒的外磁场 O B 及一个与O B 和总磁矩m 所组成的平面相垂直的旋转磁场1B ，当1B 的角频率等于0ω时，旋转磁场的能量为E h ?=0ω，则核吸收此旋转磁场能量，实现能级间的跃迁，即发生核磁共振。 此时应满足 00B h g h E N μω==? 00B γω= h 为普朗克常数。 改变O B 或ω都会使信号位置发生相对移动，当共振信号间距相等重复频率为f π4时，表示共振发生在调制磁场的相位为02=ft π，π，π2，… 此时，若已知样品的γ，测出对于能够的射频场频率ν，即可算出O B 。反之测出O B ，可算出γ和g 因子。 本次实验的装置包括电磁铁、边限振荡器、探头及样品、频率计、示波器及移相器等。 return 1． 观察1()H 的核磁共振信号（图像见原始数据）: (1) 固定电压调节射频场的频率 如图组一所示，当ω改变时，共振磁场 γω=B 也就发生改变，因此相邻峰的间距改变， 而相隔的两个峰间距不变。 f 深圳大学物理化学实验报告--实验一恒温水浴的组装及其性能测试--赖凯 After completing the work or task, record the overall process and results, including the overall situation, progress and achievements, and summarize the existing problems and future corresponding strategies. 某某管理中心 XX年XX月 深圳大学物理化学实验报告--实验一恒温水浴的组装及其性能测试--赖凯 涛、张志诚示范文本 使用指引：此报告资料应用在完成工作或任务后，对整体过程以及结果进行记录，内容包含整体情况，进度和所取得的的成果，并总结存在的问题，未来的对应策略与解决方案。，文档经过下载可进行自定义修改，请根据实际需求进行调整与使用。 深圳大学物理化学实验报告 实验者: 赖凯涛、张志诚实验时间: 2000/4/3 气温: 21.6 ℃大气压: 101.2 kpa 实验一恒温水浴的组装及其性能测试 目的要求了解恒温水浴的构造及其构造原理，学会恒 温水浴的装配技术；测绘恒温水浴的灵敏度曲线；掌握 贝克曼温度计的调节技术和正确使用方法。仪器与试剂5 升大烧杯贝克曼温度计精密温度计加热器 水银接触温度计继电器搅拌器调压变压器 实验步骤3.1 实验器材，将水银开关、搅拌器等安装 固定。按电路图接线并检查。 3.2 大烧杯中注入蒸馏水。调节水银开关至30℃左右，随即旋紧锁定螺丝。调调压变压器至220v，开动搅拌器（中速），接通继电器电源和加热电源，此时继电器白灯亮，说明烧杯中的水温尚未达到预设的30℃。一段时间后，白灯熄灭，说明水温已达30℃，继电器自动切断了加热电源。 调节贝克曼温度计，使其在30℃水浴中的读数约为2℃。安装好贝克曼温度计。关闭搅拌器。每1分钟记录一次贝克曼温度计的读数，一共记录12个。开动搅拌器，稳定2分钟后再每1分钟记录一次贝克曼温度计的读数，一共记录12个。将调压变压器调至150v（降低发热器的发热功率），稳定5分钟,后再每2分钟记录一次贝克曼温度计的读数，一共记录10个。实验完毕，将贝克曼温度计放回保护盒中，调调压变压器至0v。关闭各仪器电源并深圳大学大学物理实验c杨氏模量的测量
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