法拉第定律实验报告.docx

法拉第效应实验报告
材料科学系材料物理专业周三A23组实验日期 11/25-12/16
实验原理
1845年，英国科学家法拉第在研究光现像与电磁现象的联系时，发现平面偏振光沿着磁场方向通过磁场中的透明介质时，光的偏振面发生了旋转，其旋转的角度正比于磁感应强度及光波通过介质的路程。这种现象叫做磁致旋光效应或法拉第效应。实个发现在物理学史上有着重要的意义，这是光学过程与电磁学过程有密切联系的最早证据。

在磁场作用下，处于磁场中的物质呈现各向异性，其光轴方向为沿着磁场的方向。当一束平面偏振光沿着磁场方向通过磁场中介质的时候，在磁场B的作用下，它的电矢量的振动方向旋转了一个角度，也就是该平面偏振光的偏振面旋转了一个角度。设介质的厚度为D，EL的传播速度为vL，ER的传播速度为vR，则有θ=ωtR-tL=ωDvR-DvR=ωDcnR-nL，即φ=ωD2cnR-nL(2)，其中nR为右旋偏振光的折射率，nL为左旋偏振光的折射率，c为真空的光速。

在磁场B的作用下，平面偏振光通过介质时，光子与轨道电子发生交互作用，使轨道电子发生能级跃迁。跃迁时轨道电子吸收角动量∆L=∆L轴=±h，跃迁后轨道电子动能不变而是能增加∆V，左旋光∆VL=eB2mℏ，右旋光∆VR=-eB2mℏ。
我们知道，介质对光的折射率是光子能量ℏω的函数n=n(ℏω)，在磁场作用下，左旋光子能量为nLℏω=n(ℏω-∆VL)，因此nLω=nω-∆VLℏ≈nω-dndω·∆VLℏ=nω-eB2m·dndω(9)，同理，我们可以得到nRω=nω+eB2m·dndω(10)，将(9)(10)式代入(2)中，得到φ=DBe2mc·ω·dndω(11)，由ω=2πcλ，得φ=-DBe2mc·λ·dndλ，即φ=VλDB，这就是法拉第效应的计算公式，其中Vλ为费德尔常数，D为介质厚度，B为磁感应强度。

法拉第效应的旋光现象与旋光性晶体或溶液的旋光现象有明显的区别。对于旋光性晶体或溶液，当平面偏振光通过介质后被反射回来沿相反方向再度通过该介质，其出射光的偏振面仍为入射介质前的偏振状态，旋光角相消为零。而法拉第效应是不可逆的光学过程，光线往返一周，出射光的偏振面旋转角度却增加一倍。

法拉第效应实验装置如图所示。由光源产生的复合白光通过小型单色仪后可以获得波长在360～800nm的单色光，经过起偏镜成为单色线偏振光，然后穿过电磁铁。电磁铁采用直流供电，中间磁路有通光孔，保证人射光与磁场B方向一致。根据励磁电流的大小可以求得对应的磁场值。入射光穿过样品后从电磁铁的另一极穿出人射到检偏器上，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。
实验原理
1、测量通电螺线圈的I-B曲线
操作电磁铁电源，不改变激磁电流的方向，使其从小到大地变化，记录电流和通电螺线圈中心的磁场如下：
I/A
B/mT














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