法拉第效应实验教学研究探讨

摘 要：介绍了法拉第效应实验的基本原理、仪器和实验过程，分析了影响实验过程的诸多因素。实验中测量了玻璃的费尔德常数，掌握操作要点，使同学们实验的成功率有很大提高，取得较好的实验教学效果。

关键词：法拉第效应 旋光角 费尔德常数

中图分类号：G64；O4-34 文献标识码：A 文章编号：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.

为了深刻理解一些材料的磁光现象及其物理原理，以及使这些效应在数据存储和磁光开关等器件中获得重要应用，人们对法拉第效应产生了研究兴趣[1]。对于磁光效应的测量，已经发展了许多方法[2～5]。法拉第效应实验能直观验证磁致旋光物理现象，已经进入大学物理实验的教学环节[6～9]，对实验装置也有不少的研究[10～11]。

1 原理

当一束平面偏振光通过某一介质，且在介质中沿光传播方向加上一个磁场，就会观察到光经过样品后偏振面转过一个角度。即磁场使介质具有了旋光效应。通过实验可以发现，磁光效应中，光偏振面旋转角与光波在介质中传播的路程L以及沿光传播方向的磁感应强度分量B成正比，即=VIB。式中比例系数V称为费尔德数，单位为弧分/高斯厘米，它表征物质的旋光性。

2 仪器及实验过程

实验利用长春第一光学仪器厂研制的WFC法拉第效应实验仪进行测量。该仪器的原理图示为图1。

该实验仪器由光源、磁场和样品、旋光角检测系统等组成。由光源（12 V，100 W的白炽灯）产生的复合白光通过小型单色仪后可以获得波长在360～800 nm的单色光，经过起偏镜成为单色线性偏振光，然后穿过电磁铁。电磁铁采用直流供电，

中间磁路有通光孔，保证入射光与磁场B方向一致，两磁极间隙为11 mm。入射光穿过样品后从电磁铁的另一极穿出入射到检偏器上，透过检偏器的光进入光电倍增管，由数显表显示光电流的大小，即出射光强的大小。根据出射光强最大（或最小）时检偏器的位置读数即可得出旋光角。检偏器的角度位置读数也由数显表读出，其最大读数为99°59′，分辨率为1′。（见图1）

（1）接通电源，预热5分钟，开始实验。

①首先将检偏器手柄（标记为红点）与连接座的标记（为红点）及电磁铁一端的标记（为红点），三点调成一直线。

②灵敏度旋钮，顺时针为增加，逆时针为减少，灵敏度的高低，直接反映在数显表的数字跳动的快慢。

③把检偏测角的手轮（以下简称手轮）顺时针旋转到头后，再逆时针旋转二周后，按一下清零按钮，角度表示值为零，微动调零手钮，使数显表的示值为零，即可以进行测量。在测量前验证一下角度表的零位正确与否，可通过加磁场来检验，把稳流电源接电磁铁，将电流值分别从1A、2A直到5A，观察其数显表的示值应呈线性增加，这说明角度表的零位在此。微动调零手钮使数显表的示值为零。

（2）测量法拉第效应角。

①首先增加电流1A，电流逐渐增加，数显表的示值也同步增加，观察数显表示值从0增加到二位数左右。

②再旋转手轮，使角度表的示值从0°增加到若干读数，使其数显表的示值从二位数逐渐变化到零。

③将1A的电流关闭，观察其数显表的示值从零增加二位数，这时角度表的示值为法拉第效应角。

④旋转手轮，观察数显表的示值为零时，则角度表的示值为重复性误差，电流从1A、2A增至5A为止，在不同的磁场强度下测量3次，取其平均数。

⑤用游标卡尺测量样品厚度，重复测量五次，求出该样品的费尔德常数。

3 影响实验结果的因素

3.1 实验装置的调整

调整单色仪的四角螺钉，是单色仪处于水平状态，出光口的中心轴与电磁铁的通光孔在一条水平线上。将单色仪和电磁铁配合衔接，从电磁铁的另一极通光孔中观察，调整单色仪狭缝宽度约0.03 mm，调整单色仪的位置，使光束位于圆孔中心，光束与衍射条纹成一直线，将光电接收的连接罩插入电磁铁的凹槽中。

3.2 灵敏度旋钮的选择

调节灵敏度时，可微调狭缝，使电流每增加1A，数显增加20左右，如果数显跳动厉害，可降低灵敏度。重复性误差在30′以内。注意在同一波长情况下，已经调定，在整个测量过程中即不应再动此旋钮。

3.3 测量过程的控制

重复测量时，每次往返测量在短时间内完成，以免因电路零点飘移引起误差。

3.4 其他因素的影响

单色仪出射狭缝提供的工作波长不能够准确，另外旋转角测量过程中的偏差、磁感应强度的测量精度不够及操作时工作波长的漂移等因素也会给测量结果带来较大影响。

4 结语

本次实验操作过程中，学生掌握实验的操作要点，调整好实验装置，选择合适的灵敏度。通过本实验的操作，使学生直观了解法拉第效应，提高学生的实验基本操作技能。

参考文献

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