法拉第效應實驗教學研究探討

摘 要：介紹了法拉第效應實驗的基本原理、儀器和實驗過程，分析了影響實驗過程的諸多因素。實驗中測量了玻璃的費爾德常數，掌握操作要點，使同學們實驗的成功率有很大提高，取得較好的實驗教學效果。

關鍵詞：法拉第效應 旋光角 費爾德常數

中圖分類號：G64；O4-34 文獻標識碼：A 文章編號：1673-9795（2013）07（a）-0070-02

The Study on the Faraday Effect Experiment

Hou Yujuan

（School of Science，Huaihai Institute of Technology，Lianyungang Jiangsu，China 222005）

Abstract：We introduce the basic principle of the Faraday effect experiment，experimental apparatus and process of experiment，and analyze the factors of the process of experiment.In the experiment，we measure Reinfeldt’s constant.The main point of the experiment is mastered.So students greatly improve the success rate of experimental greatly and experimental teaching has very good results.

Key Words：Effect Experiment；Rotatory Horns；Reinfeldt’s Constant.

為了深刻理解一些材料的磁光現象及其物理原理，以及使這些效應在數據存儲和磁光開關等器件中獲得重要應用，人們對法拉第效應產生了研究興趣[1]。對于磁光效應的測量，已經發展了許多方法[2～5]。法拉第效應實驗能直觀驗證磁致旋光物理現象，已經進入大學物理實驗的教學環節[6～9]，對實驗裝置也有不少的研究[10～11]。

1 原理

當一束平面偏振光通過某一介質，且在介質中沿光傳播方向加上一個磁場，就會觀察到光經過樣品后偏振面轉過一個角度。即磁場使介質具有了旋光效應。通過實驗可以發現，磁光效應中，光偏振面旋轉角與光波在介質中傳播的路程L以及沿光傳播方向的磁感應強度分量B成正比，即=VIB。式中比例系數V稱為費爾德數，單位為弧分/高斯厘米，它表征物質的旋光性。

2 儀器及實驗過程

實驗利用長春第一光學儀器廠研制的WFC法拉第效應實驗儀進行測量。該儀器的原理圖示為圖1。

該實驗儀器由光源、磁場和樣品、旋光角檢測系統等組成。由光源（12 V，100 W的白熾燈）產生的復合白光通過小型單色儀后可以獲得波長在360～800 nm的單色光，經過起偏鏡成為單色線性偏振光，然后穿過電磁鐵。電磁鐵采用直流供電，

中間磁路有通光孔，保證入射光與磁場B方向一致，兩磁極間隙為11 mm。入射光穿過樣品后從電磁鐵的另一極穿出入射到檢偏器上，透過檢偏器的光進入光電倍增管，由數顯表顯示光電流的大小，即出射光強的大小。根據出射光強最大（或最小）時檢偏器的位置讀數即可得出旋光角。檢偏器的角度位置讀數也由數顯表讀出，其最大讀數為99°59′，分辨率為1′。（見圖1）

（1）接通電源，預熱5分鐘，開始實驗。

①首先將檢偏器手柄（標記為紅點）與連接座的標記（為紅點）及電磁鐵一端的標記（為紅點），三點調成一直線。

②靈敏度旋鈕，順時針為增加，逆時針為減少，靈敏度的高低，直接反映在數顯表的數字跳動的快慢。

③把檢偏測角的手輪（以下簡稱手輪）順時針旋轉到頭后，再逆時針旋轉二周后，按一下清零按鈕，角度表示值為零，微動調零手鈕，使數顯表的示值為零，即可以進行測量。在測量前驗證一下角度表的零位正確與否，可通過加磁場來檢驗，把穩流電源接電磁鐵，將電流值分別從1A、2A直到5A，觀察其數顯表的示值應呈線性增加，這說明角度表的零位在此。微動調零手鈕使數顯表的示值為零。

（2）測量法拉第效應角。

①首先增加電流1A，電流逐漸增加，數顯表的示值也同步增加，觀察數顯表示值從0增加到二位數左右。

②再旋轉手輪，使角度表的示值從0°增加到若干讀數，使其數顯表的示值從二位數逐漸變化到零。

③將1A的電流關閉，觀察其數顯表的示值從零增加二位數，這時角度表的示值為法拉第效應角。

④旋轉手輪，觀察數顯表的示值為零時，則角度表的示值為重復性誤差，電流從1A、2A增至5A為止，在不同的磁場強度下測量3次，取其平均數。

⑤用游標卡尺測量樣品厚度，重復測量五次，求出該樣品的費爾德常數。

3 影響實驗結果的因素

3.1 實驗裝置的調整

調整單色儀的四角螺釘，是單色儀處于水平狀態，出光口的中心軸與電磁鐵的通光孔在一條水平線上。將單色儀和電磁鐵配合銜接，從電磁鐵的另一極通光孔中觀察，調整單色儀狹縫寬度約0.03 mm，調整單色儀的位置，使光束位于圓孔中心，光束與衍射條紋成一直線，將光電接收的連接罩插入電磁鐵的凹槽中。

3.2 靈敏度旋鈕的選擇

調節靈敏度時，可微調狹縫，使電流每增加1A，數顯增加20左右，如果數顯跳動厲害，可降低靈敏度。重復性誤差在30′以內。注意在同一波長情況下，已經調定，在整個測量過程中即不應再動此旋鈕。

3.3 測量過程的控制

重復測量時，每次往返測量在短時間內完成，以免因電路零點飄移引起誤差。

3.4 其他因素的影響

單色儀出射狹縫提供的工作波長不能夠準確，另外旋轉角測量過程中的偏差、磁感應強度的測量精度不夠及操作時工作波長的漂移等因素也會給測量結果帶來較大影響。

4 結語

本次實驗操作過程中，學生掌握實驗的操作要點，調整好實驗裝置，選擇合適的靈敏度。通過本實驗的操作，使學生直觀了解法拉第效應，提高學生的實驗基本操作技能。

參考文獻

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