总第１１２期第２期 ２０１２年６月 高 校 实 验 室 工 作研 究 ＳｅｒｉａｌＮＯ．１１２，ＮＯ．２ ＧＡＯＸＩＡＯ ＳＨＩＹＡＮＳＨＩ ＧＯＮＧＺＵＯ ＹＡＮＪＩＵ Ｊｕｎ．２０１２ 法拉第磁光效应测量 费尔 德常数的方法 郑贤利，赵（南华大学越，杨 永 衡阳４２１００１） 核科学技术学院，湖南摘 要：通过条件实验和设计不同实验方案，为法拉第磁光效应测量费尔德常数提供较好的实验方法。其 方法是设计两种不同实验方案，一种不改变磁场的方向，另一种改变磁场方向，比较得出结论。通过改变 磁场方向，实验结果误差要小些、结果更精确些。 关键词：法拉第磁光效应；费尔德常数；光强 法拉第磁光效应测量费尔德常数是近代物理实验中 流强度Ｉ在３Ａ以下线性符合很好，但是当大于３Ａ时发 一个重要的研究磁光效应实验。目前国内很多高校都使 生偏转随电流上升趋势减小。造成这种现象的原因是磁 用ＦＤ—ＦＺ—Ｉ型法拉第一塞曼效应综合实验仪，通常的 饱和性和磁滞性引起的，也可能是由于电磁铁的制作工 实验方法是：先测出未加磁场时的角度０、，再测出加磁 艺或者励磁电源的数值显示及内部构造不够完善引起 场时的角度０，，然后计算费尔德常数…。此方法通常误 的。图中还可以看到上午和晚上数据也有小的差别，除 差较大，为此，我们设计了一种新的方法测量费尔德常 上述两种原因外这可能是由于电网电压或者仪器误差造 数，该方法减少了实验误差。 成的，具体原因需要进一步研究。 伽瑚咖咖咖 瑚０ ｄ ７ １１ｑ女—－—一Ｓ。２ ∞ 嘿 ～１ 实验原理 当平面偏振光穿过介质时，如果沿光的传播方向给 介质加一磁场，就会观察到光经过样品介质后偏振面旋 过角度０（见图１），且０与光波在介质中通过的距离Ｌ 及介质中的磁感应强度Ｂ成正比 ，即０＝Ｖ ＢＬ这 篁 ３．１２，９ ∞Ｈ＂ 鑫 墓 檀 Ｏ ２ ７ｏ０／ ０６．７２６ ～７ … ２ ４ ５ 就是著名的法拉第效应，也称磁光效应，式中Ｖ是表征 物质磁光特性的系数，取决于样品介质的材料特性和工 作波长，称为费尔德常量。 日 电流强度ｌ（Ａ） 图２上午Ｉ与Ｂ的关系 ｙ－斗＿卜＋斗＿－［二二 图１ 法拉第磁致旋光 镯一一 憾 越 Ｉ ｊ ＿黜ｆ系 １ ２ 实验方法 ２．１ 参量关系实验 ４０ ２０ ０ ２０ ４０ ６Ｏ ８Ｏ 角度（分） 图３ 晚上Ｉ与Ｂ的关系 该实验方案是改变参数及实验条件，分析各种参数 之间的关系，为得到更精确的实验结果确定实验条件。 实验分别在白天和黑夜进行。 （１）电流强度Ｉ（Ａ）与电磁铁磁感应强度Ｂ（Ｔ） 之间的关系（见图２，图３）。 ｍ （２）磁感应强度Ｂ与偏转角度０之间的关系。 一‘＾－… ４．１．１１７Ｌ＿ 彦２１Ｉ１２ ．１ｌ４２ 根据图２，图３可知：电磁铁的磁感应强度Ｂ与电 ●基金项目： 南华大学高等教育研究与改革（实验教学与建设专 项）２０１１ＳＹＺ００２； 核技术及应用重点学科资助。 。。。 ， ￣５／３ 。ｅ ｓ … １』３ ８ … ／ ∞一。 ２ ３ ４ Ｓ ６ ●作者简介： 郑贤利（１９７５一），女，硕士，讲师，主要从事核 技术应用研究。 ２０１２—０ｌ一１２ ●收稿日期： 电流强度ｌ（Ａ） 上午Ｂ与０的关系 ５２ １４００ １２００ 高 校 实 验 室 工 作 研 究 总第１１２期 玻璃厚度：ｄ：０．５０ｃｍ；由公式０＝Ｖ・Ｂ・ｄ得费尔德 常数为：Ｖ：０／（Ｂ・ｄ）＝９４．１８／１．２４８／０．５＝１５０．９３ 弧分／（Ｔ・ｃｍ）；费尔德常数的标准误差ｏ－ ＝ 毫１０００ 彝８口。 嚼６００ 埘 豫４００ 耀２００ Ｏ √（ １ ２ ３ ４ ５ ６ ＋（ ２＝√（ 。２＋（ ８ ＝９．０５％。 ：１３．６５弧分／（Ｔ・ｃｍ）；相对误差为：８ ＝盯 ／ｖ：ｌ： ０ １００％＝９．０５％；费尔德常数测量结果为：Ｖ：１５０．９３ ｑ－ １３．６５弧分／（Ｔ・ｃｍ） 方案二：①安装、调节好实验仪器；②加上稳定磁 电流强度｜（Ａ） 图５晚上Ｂ与０的关系 由图４，图５可知，上午做的实验数据没有晚上的实 场，转动刻度盘使光强最弱，记录此时的角度０ 和磁感 验数据线性拟合的好。而根据法拉第效应（Ｌ，Ｖ为定 值）得磁感应强度Ｂ与偏转角度０成线性关系，所以该 实验应尽量减少外界光的影响，最好是在暗室里进行。 ２．２ 不同实验方案测量的费尔德常数比较 根据以上的分析，以下实验均在暗室进行，电流均 调到最大。 方案一：①安装、调节好实验仪器；②线偏振光穿 过冕玻璃样品，转动刻度盘使光强最弱，记录此时的角 度０。和磁感应强度Ｂ ；③加上稳定磁场，转动刻度盘 使光强最弱，记录此时的角度０，和磁感应强度Ｂ，。测 得的数据见表１。 表１方案一测得的数据 电流为零时（Ｉ：ｏ．ＯＯＡ） 电流最大时（Ｉ＝５．２ｌＡ） 序号 光功率 角度 磁场强度 光功率 角度 磁场强度 （ Ｗ） （２。＋々 （ｍＴ） （ｐ，Ｗ） （２。＋々 （ｍＴ） ｌ Ｏ ４１ Ｏ ００ ４５ Ｏ０ ０ ３３ ８８ ００ １２９ｌ ００ ２ ０ ４ｌ ４ ＯＯ ４６．Ｏ０ ０ ３２ １００．００ ｌ２７８ Ｏ０ ３ ０．４３ ＩＯ．ＯＯ ４５．００ ０ ３２ ｌＯ０ ００ Ｉ２９３ ００ ４ ０．５２ ｌ０ ＯＯ ４６ Ｏ０ Ｏ ３１ ９８ ＯＯ ｌ２８８ ００ ５ ０．４８ —８ Ｏ０ ４５．Ｏ０ ０ ３３ ９２ ＯＯ １２９４ ００ ６ ０．４４ Ｏ．ＯＯ ４６ ００ ０．３３ １０Ｏ ＯＯ ｌ２８ｌ ０Ｏ ７ Ｏ ４４ ６．ＯＯ ４６．Ｏ０ ０ ３４ １Ｏ２ Ｏ０ ｌ２９３ ００ ８ ０ ４１ ０．Ｏ０ ４５ ００ ０ ３４ ９２．ＯＯ Ｉ２８９．００ ９ ０ ４１ 一ｌ０．Ｏ０ ４６．００ Ｏ ３５ ９８ ００ ｌ２９１ ００ １０ ０．４３ ８．００ ４６．Ｏ０ ０．３５ ９８ ００ ｌ２９４．００ １ｌ Ｏ ４４ １２．００ ４６．００ Ｏ ３５ １００ ００ １２８３ ００ 取值 ２．９１ ４６．００ ９７ ０９ １２９４ Ｏ０ 由表１得出：偏振光偏转的角度：０：９７．０９—２．９１ ＝９４．１８（弧分）；角度０ 的标准误差为：盯。＝ Ｎ／，￣（０－－０，）２ ：√＾√ ／ １０ 。一 ２９ ……” ； 角度０ 的标准误差为：ｏ。： ＝４．４１（弧分）；根据误差传递公式得 。的标准误差为： 。：√ ＿＿雨＝ 、／／ ＿ ＝８．５２（弧分）；磁感应强度变化：Ｂ＝ １２９４．００—４６．Ｏ０＝１２４８．ＯＯｍＴ＝１．２４８Ｔ；磁感应强度的 标准误差（仪器最小精度的一半）：ｏｒ ＝０．０００５Ｔ；冕 应强度Ｂ ；③改变磁场方向，转动刻度盘使光强最弱， 记录此时的角度０，和磁感应强度Ｂ，。测得的数据见表２。 表２方案二实验数据 方向 方向一 序号 光功率 角度 磁场强度 光功率 角度 磁场强度 【 Ｗ） （１６２。＋， （ｍＴ） （ Ｗ） （１ ５８。＋， （ｍＴ） ｌ ０ ４０ ３２ ＯＯ 一１２７０ ００ Ｏ ２９ ８０ Ｏ０ １２６５．Ｏ０ ２ ０．４０ １８ ００ —１２７３ ００ ０ ２８ ９０ Ｏ０ ｌ２６５ Ｏ０ ３ Ｏ．４１ ３０．ＯＯ —ｌ２５８ ００ Ｏ ２６ ６２ ００ １２５８．Ｏ０ ４ ０．４ｌ ２４．００ 一ｌ２６４ Ｏ０ Ｏ ２６ ７０ Ｏ０ ｌ２７０ Ｏ０ ５ ０ ３５ ２２．００ 一ｌ２６６ ００ Ｏ．２７ ５４ Ｏ０ １２６９．Ｏ０ ６ Ｏ ４ｌ ２６．００ 一ｌ２６１ ００ ０ ２６ ７０，００ １２５８ Ｏ０ ７ ０．４２ ２８，００ —１２６７ Ｏ０ ０ ２７ ８２ ００ １２５７．００ ８ ０ ４５ ｌ８ ＯＯ —ｌ２６ｌ Ｏ０ ０ ２４ ７８ ００ ｌ２６４ ００ ９ ０ ４３ ２２．Ｏ０ —１２６７ Ｏ０ Ｏ．２５ ８２ ０Ｏ ｌ２６３ Ｏ０ ｌ０ ０．４２ ｌ ８ ００ 一ｌ２６５ ００ ０ ２３ ７０ Ｏ０ ｌ２７ｌ ０（） １１ ０．４６ １０．Ｏ０ —１２６９ ００ ０ ２１ ６０ Ｏ０ ｌ２７３ Ｏ０ ｌ２ Ｏ ４１ ２０ ＯＯ 一１２７０．Ｏ０ ０．２ｌ ５０．００ １２７０ Ｏ０ 取值 ２２ ３３ —１２７３ ００ ７０ ６７ １２７３ ００ 由表２得出：偏振光偏转的角度：０：２６２．３３— ７０．６７＝１９１．６６（弧分）；角度０ 的标准误差为： 。＝ √＾Ｊ 一墨 ｎ ＾１ ：√Ｊ 墨 １０：６．… ｒ —————————～４。 ｃ… 弧分 ｆ／ ｉ∑（０ １ 。一０ ） 角度０：的标准误差为：盯。＝ ｎ一１ ＝１２．３１（弧分）；根据误差传递公式得 。的标准误差为：ｏ ｏ＝√（，＼／ 。 ）． 。 ＋（ 。 ）ｄ廿， ＝ √ 。 ．＋盯。， ＝１３．７５（弧分）；磁感应强度变化：Ｂ： １２７３．００＋１２７３．００＝１２４８．００ｍＴ＝２．５４６Ｔ磁感应强度的 标准误差（仪器最小精度的一半）：叮 ＝０．０００５Ｔ；冕 玻璃厚度：ｄ＝０．５ｃ１／＂１；由公式０＝Ｖ・Ｂ・ｄ得费尔德常 数为：Ｖ＝０／（Ｂ・ｄ）＝１９１．６６／２．５４６／０．５＝１５０．５６弧 分／（Ｔ・ｃｌｎ）；费尔德常数的标准误差为：ｏｒ ＝ ＝ ＝１０．８０弧分／（Ｔ・ｃｍ）相对误差为：８ ＝仃 ／ｖ￥１００％ ＝７．１７％；费尔德常数测量结果为：Ｖ＝１５０．５６±１０．８０ 弧分／（Ｔ・ｃｍ）；８Ｖ＝７．１７％。 （下转第８６页） ８６ 高 校 实 验 室 工 作 研 究 第１ １２期 术人员等。实验室主任要选拔爱岗敬业，业务过硬，责 敬业，乐于奉献，勤于研究。其次要加强仪器设备、低 任心强，既懂管理又懂教学，有较宽的知识面和较强的 值品、易耗品和各种材料的分类管理，做到账、卡、物 动手能力及解决实际问题的能力，且具有高级职称的教 相符。对于设备的使用状态、使用方向、存放地点等都 师或专职实验技术人员担任。实验室实行主任负责制， 要做到胸中有数。第三要加强实验室环境和安全管理， 实验室主任不仅要负责实验室的业务工作，还要负责实 给同学们创造一个安全的实验环境和良好的学习环境。 验室全体人员的思想教育、业务培训和业务指导工作。 第四要加强实验教学管理，科学安排好实验教学时间，实验教学要以教师为主导，实验指导教师要主持和开展 提高实验教学设施利用率，建立良好的实验教学规范， 实验教学改革，保证和提高实验教学水平；实验技术人 提高实验教学水平，严格考试考核，保证实验教学质 员不仅要保障实验教学的顺利完成，同时还要做好仪器 量。第五要建立专人填写实验准备记录、大型仪器设备 设备的管理、维修、维护及安全卫生等管理工作。建设 运行记录、设备维修记录及安全检查记录等制度，同时 一支好的实验队伍要建立良好的奖惩激励机制和培养方 还要协助任课教师填写好实验日志、实验项目卡片及实 案。首先要对实验室工作人员定岗、定编、定工作量， 验技术人员的岗位日志。最后还要做好实验室信息数据 严格考核制度。其次要根据实验室工作人员的工作业 与档案管理工作，做到信息完整，分类明确。总之，实 绩、专业水平、思想作风等方面进行评优、评先，鼓励 验室建设与管理工作是一个多层次、多目标、较为复杂 争优创先，实验技术人员职务资格审查必须考虑实验人 的系统工程，涉及到学校各个部门。因此，首先需要学 员的工作特点，即工作重点是实验教学、实验技术和实 校领导的高度重视和支持，同时也需要各个部门和机构 验室管理，工作成绩往往不是表现为成果，而是融 的努力和配合，更需要全体实验室工作人员的共同参与 于各种教学、科研成果之中。因此，应着重审查实际贡 和不懈努力。实验室主管部门更要履行管理与服务两大 献和工作水平，鼓励实验室工作人员集中精力搞好实验 功能，发挥参谋、管理、审核、协调四大作用，落实贯 室工作。第三，为了提高实验人员履行岗位职责的实际 彻执行、检查督促、制定实施与审核、完善制度、主管 能力，应围绕实验技术和实验室管理业务，组织各种培 队伍与器材等六项职责。 训以提高实验技术人员的整体素质。实验技术人员的培 实验室科学管理的总体目标要求我们的工作必须以 训要有培训计划和制度，培训可采取“走出去，请进 培养高质量人才为中心、以服务实验教学和科研为宗 来”的方式，即请专家讲学、到外校参观交流或短期培 旨、以优化实验室资源配置为手段，不但需要有先进的 训等。我校近年来已对全校实验技术人员进行了“实验 仪器设备和技术，而且又要有科学研究的学术氛围与环 室管理软件”及其它方面的短期培训，并组织全体实验 境和谐、优质高效的实验基地。因此，实验室建设与管 技术人员到省内的其它高校参观学习，效果良好。 理不能只停留在形式上，而应该把其中的每一个环节落 ４ 健全规章制度，规范实验室日常管理工作 到实处认真执行，从而全面调动教师、学生、管理人员 的积极性，为全面提高实验教学质量，培养出高质量、 实验室的规范化管理是提高实验教学质量的重要保 高水平的创新型人才做出更大的贡献。 证，要规范实验室的日常管理工作，首先要有切实可行 的规章制度（如：《实验室工作守则》、《学生实验实习 ●参考文献： 守则》、《实验技术人员岗位职责》、《仪器设备管理制 ［１］孟丽君．提高实验教学质量的新途径［Ｊ］ 辽宁教育研究， 度》、《实验室安全制度》等）及良好的激励机制和规 ２００６，４． 范、高效的实验室运作体系，充分体现以人为本的思 ［２］江珩．实验教学管理应处理好六大关系［Ｊ］．实验室研究与探 想。通过建立良好的奖惩机制，可使实验技术人员爱岗 索，２００５，１２． （上接第５２页） ［２］殷海荣，章春香，刘立营．高Ｖｅｒｄｅｔ常数Ｆａｒａｄａｙ玻璃磁光理论 及其应用［Ｊ］．硅酸盐通报，２００８，２７（４）：７４８—７５３． ４ 小 结 ［３］江影，叶有祥．在法拉第效应实验中不同光强点定位检测旋转 角灵敏度的研究［Ｊ］．大学物理，２００９，２８（２）：３８—４３． 通过实验条件、参数的变化和不同实验方案数据处 ［４］杨福家．原子物理学［Ｍ］．北京：高等教育出版社，２００８． 理的结果可见，法拉第磁光效应实验适合在暗室进行， ［５］陈宜生等编著．物理效应及其应用［Ｍ］．天津：天津大学出版 且改变磁场方向来确定偏转角度的实验方法误差最小， 社．１９９５． 结果更精确。 ［６］程守沫，江之永．普通物理学第３册［Ｍ］．北京：高等教育出 版社，１９９８：２４９． ●参考文献： ［７］周殿清．大学物理实验［Ｍ］．武汉：武汉大学出版社，２００２： ４４８． ［１］林木欣．近代物理实验教程［Ｍ］．科学出版社，２０００．
