共振演示仪实验报告.docx
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共振演示仪实验报告
共振演示仪实验报告
篇一：
大物观察实验报告共振演示仪
物理演示实验观察报告
共振演示仪
一、关于共振演示仪
将振子驱动于固定在一块板上不同的弹性质量的玩偶，当他们受周期性外力作强迫振动，不同弹性质量玩偶的固有频率与受迫振动的频率相同时，则产生共振现象。
二、原理
受迫振动的稳定状态由下式表示：
x?
Acosω（t+φ（）式1）对一定的振动系统，改变驱动力的频率，当驱动力
频率为某一值时，振幅A会达到极大值。
用求极值的方
法可使得振幅达到极大值的角频率为
图1-受迫振动的振幅曲线
ωr=（式2）
相应的最大振幅为
Ar?
（式3）
在弱阻尼即β 三、圆锥摆的演示过程（图2）
1、将玩偶与弹簧固定好，开启电源。
2、将共振仪的振动频率调到13.28Hz，观察何种固有频
率的振子上的玩偶振动幅度最大。
3、将共振仪的振动频率由小到大调整，观察玩偶振动幅
度变化情况。
4、记录实验结果，关闭电源。
四、生活中的共振仪
1、收音机利用电磁共振进行选台。
2、眼镜店的眼睛清洗仪。
（图3）
3、塔科马海峡大桥的共振断塌。
图3-眼镜清洗仪
图2-圆锥摆的演示过程
篇二：
共振实验报告
学生姓名：
刘太兴学号：
13专业班级：
本硕实验班111班实验类型：
□验证■综合□设计□创新实验日期：
同组学生姓名：
指导教师：
实验成绩：
电子顺磁共振
一、实验目的
1、了解电子自旋共振现象；
2、学习用微波频段检测电子自旋共振信号的方法；
3、观察吸收或色散波形；
4、熟悉电子自旋共振原理。
二、实验原理
电子自旋共振（ElectronSpinResonance,ESR）又称电子顺磁共振（ElectronParamagneticResonance,EPR）。
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电子自旋磁矩的贡献所以又被称为电子自旋共振。
1924年，泡利（Pauli）首先提出了电子自旋的概念。
1944年，前苏联的柴伏依斯基首次观察到了电子顺磁共振现象。
1954年开始，电子自旋共振逐渐发展成为一项新技术。
电子自旋共振研究的对象是具有未偶电子的物质，如具有奇数个电子的原子、分子以及内电子壳层未被充满的离子，受辐射作用产生的自由基及半导体、金属等。
通过共振谱线的研究，可以获得有关分子、原子及离子中未偶电子的状态及其周围环境方面的信息，从而得到有关物质结构和化学键的信息，故电子自旋共振是一种重要的近代物理实验技术，在物理、化学、生物、医学等领域有广泛的应用。
（一）．电子的轨道磁矩与自旋磁矩
由原子物理可知，对于原子中电子的轨道运动，与它相应的轨道磁矩?
l为
?
l?
?
epl2me（2－1）
式中pl为电子轨道运动的角动量，e为电子电荷，me为电子质量，负号表示
由于电子带负电，其轨道磁矩方向与轨道角动量的方向相反，其数值大小分别为
pl
，?
l?
原子中电子除轨道运动外还存在自旋运动。
根据狄拉克提出的电子的相对论性波动方程——狄拉克方程，电子自旋运动的量子数S＝l／2，自旋运动角动量pS与自旋磁矩?
S之
学生姓名：
刘太兴学号：
13专业班级：
本硕实验班111班实验类型：
□验证■综合□设计□创新实验日期：
同组学生姓名：
指导教师：
实验成绩：
?
s?
?
eps（2－2）me
其数值大小分别为
ps?
，?
s?
比较式（2－2）和（2—1）可知，自旋运动电子磁矩与角动量之间的比值是轨道运动磁矩与角动量之间的比值的二倍。
原子中电子的轨道磁矩与自旋磁矩合成原子的总磁矩。
对于单电子的原子，总磁矩?
J与角动量PJ之间有
?
j?
?
gepj（2－3）2me
其中
g?
1?
j（j?
1）?
l（l?
1）?
s（s?
1）
2j（j?
1）（2－4）
g称为朗德g因数。
由式（2－4）可知，对于单纯轨道运动g因数等于1；对于单纯自旋运动g因数等于2。
引入回磁比?
，即
?
j?
?
pj（2－5）其中?
?
?
g?
e（2－6）2me
在外磁场中，Pj和?
j的空间取向都是量子化的。
Pj在外磁场方向上的投影
为
pz?
mh，m?
j,j?
1,?
?
j
相应的磁矩?
j在外磁场方向上的投影为
?
z?
?
mh，?
z?
?
mge?
?
mg?
B（2－7）2me
?
B?
eh/2me称为玻尔磁子，电子的磁矩通常都用玻尔磁子?
B作单位来量度。
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实验成绩：
（二）．电子顺磁共振（电子自旋共振）
既然总磁矩?
j的空间取向是量子化的，磁矩与外磁场B的相互作用能也是不连
续的。
其相应的能量为
E?
?
?
j?
B?
?
?
mhB?
?
mg?
BB（2－8）
不同磁量子数m所对应的状态上的电子具有不同的能量。
各磁能级是等距分裂的，两相邻磁能级之间的能量差为
?
E?
?
hB（2－9）
当垂直于恒定磁场B的平面上同时存在一个交变的电磁场B1，且其角频率?
满足条件：
h?
?
?
E?
?
hB，即
?
?
?
B（2一10）
时，电子在相邻的磁能级之间将发生磁偶极共振跃迁。
从上述分析可知，这种共振跃迁现象只能发生在原子的固有磁矩不为零的顺磁材料中，称为电子顺磁共振。
（三）实验仪器
本实验所用的FD-TX-ESR-II型顺磁共振实验仪（装置图如下）采用扫场法。
检测共振信号
FD-TX-ESR-II电子顺磁共振仪构成图
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实验成绩：
FD-TX-ESR-II电子顺磁共振仪的结构如图所示，它是由电子顺磁共振仪主机、磁铁、示波器、微波系统（包括微波源、隔离器、阻抗调配器、钮波导、直波导、可变短路器及检波器）构成的。
三、实验步骤
1、按要求连接好实验仪器；
2、接通电源，打开仪器开关；
3、信号调出以后，关机，将阻抗匹配器接在环型器中的（Ⅱ）端与钮波导中间，开机，通过调节阻抗匹配器上的旋钮，就可以观察到吸收或色散波形；
4、拍下示波器上的吸收波形；
5、拍完吸收波形后，调节示波器，再观察李萨如图形；
6、拍下观察到的李萨如图形。
四、实验结果和图像
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共振演示仪实验报告）实验成绩：
电子顺磁共振李萨如图
五、分析与感想
此次实验让我看到了FD-TX-ESR-II的强大功能，熟悉了此仪器的使用方法和基本原理。
同时加深了对电子自旋共振的认识与理解。
明白了电子顺磁共振（EPR）是由不配对电子的磁矩发源的一种磁共振技术，可用于从定性和定量方面检测物质原子或分子中所含的不配对电子，并探索其周围环境的结构特性。
及电子顺磁共振（EPR）和核磁共振（NMR）的区别：
a.EPR和NMR是分别研究电子磁矩和核磁矩在外磁场中重新取向所需的能量；b.EPR的共振频率在微波波段，NMR共振频率在射频波段；
c.EPR的灵敏度比NMR的灵敏度高，EPR检出所需自由基的绝对浓度约在10-8M的数量级；
d.EPR和NMR仪器结构上的差别，前者是恒定频率，采取扫场法，后者还可以恒定磁场，采取扫频法。
六、注意事项
1、注意保护好电磁铁磁极表面；
2、实验中对实验仪器不要生拉硬拽避免损坏接线；
3、注意保持微波系统水平，样品腔应调至磁场中心位置；
4、调节微波信号时，注意要缓慢调节各部分旋钮，并要时刻注意波形变化。
篇三：
物理演示实验报告
浅析共振
——第二次大物演示实验感想
陈羲
上周五，我们进行了大物第二次演示实验，与以往不同，这次实验并不着重观摩，反而要求大家积极实践，感受很深。
本次试验主要关于波动特性，如声、光及机械振动等部分，其中有多种光学实验基于基础物理实验的“摧残”，暂不予多言；除此之外，不少实验涉及到共振现象，在此浅谈一二。
共振是指系统受外界激励，作强迫振动时，在特定外界激励的频率（接近于系统频率）下，强迫振动的振幅可能达到最大振幅的现象。
此特定频率称之为共振频率。
共振现象在日常生活中随处可见，以下简举几例。
试验中最直观的是一款简易的机械共振演示模型，四个不同功率的玩具在不同的外接频率下各自激越跳动。
这个模型虽然简易，但稍加优化便可以用来测量物体固有频率，测量外界振动频率，报警，挑选信息，过滤等，可见小玩意的大智慧。
现代信息社会中，信息传播至关重要，而信息的接收便于共振密切相关。
简化而言，空间中的信息以波动传播，而接收装置通过调频使得自身固有频率与需要接受信息的发送频率相同，如此接收装置与信息达到共振频率。
当所需信息传播到接收装置时，产生共振现象，感应器接受信息，而其他无关信息频率不同，达不到共振条件，自然不会接受。
日常生活中，家家必备、日日相见的电视电话就是如此。
共振在医学中，也有不少应用，最熟悉的便是CT机，即核磁共振检测仪。
通过身体细胞的不同频率下共振成像，检测病变，细致而清晰，为保证人类健康生存，贡献力量。
部分磁疗仪器，也是通过发出特定频率电磁波，引起疗养者身体组织器官或细胞的共振，刺激生理系统做出有利反应，从而治疗疾病，保证健康。
共振是世界有声有色。
声学方面，共振也可称为共鸣。
声音的产生便基于共振。
以人类为例，发声时我们喉咙发出一定的颤动，并与空气产生共鸣，进而形成了一个个音节，构成一句句语言。
而乐器就是通过振动部分（如琴弦、哨片、笛膜等），引起空气（共鸣箱或腔体中）共鸣，形成音符，演绎音乐。
虫类的鸣叫声也是由翅膀，胸腔或尾部等部位的某些组织结构振动并引起共鸣产生的，鸟类亦如此。
同时，听力也是通过耳膜、耳鼓与空气中的声波共振而实现的。
贴心的言语，动人的天籁，真挚的交流，少不了共振的青睐。
色彩也是通过光波的不同频率来体现，同时无法缺少共振的加盟。
通过共振不同的物质“吸收”不同色彩的光波，表现特定的颜色。
粒子共振呈现颜色，已经可以通过实验观测。
钠原子挥洒出黄，水银原子摇曳出蓝，氖原子跳跃出红，从此繁花绿叶斑斓果，青天红日映碧波。
共振使我们
的生活更加丰富多彩、斑斓烂漫。
演示实验中，不同的共振形态，引导出无穷的乐趣。
长硬板先后弹跳的长短端，喷吐着淋漓水花的“鱼洗”盆，各自摇摆的玩偶，让我有一次加深了对共振的兴趣与了解。
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