1、質(zhì)子磁力儀測(cè)定地磁強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私赓|(zhì)子進(jìn)動(dòng)現(xiàn)象掌握質(zhì)子磁力儀測(cè)磁原理觀察不同溶液對(duì)共振信號(hào)的影響實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)：原子核在地磁場(chǎng)中的塞曼分裂實(shí)驗(yàn)難點(diǎn)：精確計(jì)算共振頻率，提高測(cè)量精度實(shí)驗(yàn)原理：a，質(zhì)子的自旋與自由狀態(tài)質(zhì)子帶正電，其自旋量子數(shù)為12,具有自旋磁矩，在沒有外場(chǎng)的狀態(tài)下，單個(gè)質(zhì)子自 旋的磁矩方向不確定，整個(gè)物體不顯磁性，只有當(dāng)物體的質(zhì)子按照統(tǒng)一的方向排列是才顯出 磁性。質(zhì)子的轉(zhuǎn)動(dòng)模型比較復(fù)雜，可以簡(jiǎn)單的認(rèn)為是帶點(diǎn)小球的轉(zhuǎn)動(dòng)。b，外場(chǎng)作用下的質(zhì)子運(yùn)動(dòng)在外場(chǎng)作用下，質(zhì)子的運(yùn)動(dòng)會(huì)發(fā)生明顯的變化，關(guān)于在外場(chǎng)作用下物質(zhì)質(zhì)子的運(yùn)動(dòng)有兩如上圖，質(zhì)子的磁矩M在有外場(chǎng)的作用下，繞外場(chǎng)旋轉(zhuǎn)，構(gòu)成質(zhì)子的進(jìn)動(dòng)，

2、這樣物質(zhì) 的總磁矩就會(huì)在外場(chǎng)方向體現(xiàn)，這樣就表現(xiàn)為一個(gè)總磁矩，物質(zhì)就有了磁性，但是有沿著外 場(chǎng)方向的磁矩，也有逆著外場(chǎng)方向的磁矩，而且這兩種磁矩方向相反，大小幾乎相等，所以 整個(gè)物質(zhì)對(duì)外還是不顯磁性。第二種解釋是量子力學(xué)的解釋：如上面說(shuō)的，質(zhì)子的自旋量子數(shù)為12在外場(chǎng)的作用 下發(fā)生能級(jí)分裂，質(zhì)子的自旋磁矩分裂為兩個(gè)能級(jí)，高能級(jí)和低能級(jí)，高能級(jí)質(zhì)子的磁矩方 向與外場(chǎng)方向相反，低能級(jí)質(zhì)子的磁矩方向與外場(chǎng)方向相同，高低能及的粒子數(shù)滿足波爾茲 曼分布，低能級(jí)的粒子數(shù)要稍高于高能級(jí)的粒子數(shù)，整體上物質(zhì)不顯磁性。c，質(zhì)子進(jìn)動(dòng)的自由衰減一一弛豫過(guò)程在外磁場(chǎng)消失后，質(zhì)子的自旋狀態(tài)會(huì)發(fā)生改變，由原來(lái)的雙能級(jí)狀態(tài)

3、逐漸恢復(fù)到原來(lái)的 平衡狀態(tài)，這一過(guò)程為弛豫過(guò)程，這個(gè)過(guò)程遵循指數(shù)衰減，這樣過(guò)程中又有兩個(gè)子過(guò)程，一 個(gè)是縱向弛豫時(shí)間T1，一個(gè)是橫向弛豫時(shí)間T2, T1又稱晶格自旋弛豫時(shí)間，T2是自旋 自旋弛豫時(shí)間，這兩個(gè)弛豫過(guò)程都會(huì)使物質(zhì)的總磁矩衰減，最終歸于平衡狀態(tài)。如果在 沒有外場(chǎng)的質(zhì)子中突然加上外場(chǎng)，質(zhì)子就會(huì)以相同的過(guò)程由原來(lái)的平衡狀態(tài)變到雙能級(jí)的分 裂狀態(tài)。弛豫過(guò)程實(shí)際上是質(zhì)子與外界交換能量的過(guò)程，在撤去外場(chǎng)的時(shí)候，質(zhì)子通過(guò)自旋與外 界交換能量，最終回到平衡狀態(tài)。d，極化極化就是利用一種激勵(lì)方式，使質(zhì)子的取向趨于一致，通常有以下三種方式：直流極化， NMR極化，Overhauser效應(yīng)極化，本實(shí)驗(yàn)屬

4、于第一種極化。首先在有地磁場(chǎng)的情況下，按照量子力學(xué)的原理，質(zhì)子已經(jīng)在沿著地磁場(chǎng)的方向上發(fā)生 了能級(jí)分裂，質(zhì)子的磁矩方向都平行或者反平行地磁場(chǎng)的方向，如下圖:B0當(dāng)外加一個(gè)的磁場(chǎng)，方向垂直于地磁場(chǎng)，強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于地磁場(chǎng)（100倍以上），以至于合 場(chǎng)強(qiáng)的方向也近似垂直于地磁場(chǎng)的方向，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間，質(zhì)子將在新的場(chǎng)中獲得平衡，如下 圖所示：Bpe，質(zhì)子的進(jìn)動(dòng)此時(shí)如果以極快的速度將外加的極化場(chǎng)撤走，此時(shí)質(zhì)子的極化狀態(tài)還沒有來(lái)得及改變， 而外場(chǎng)又只有地磁場(chǎng)，且地磁場(chǎng)的方向又與磁矩的方向垂直，此時(shí)就會(huì)發(fā)生一種奇特的現(xiàn)象 拉莫爾進(jìn)動(dòng)（角動(dòng)量+磁力距=進(jìn)動(dòng)），進(jìn)動(dòng)的角頻率與外加的地磁場(chǎng)成正比： = y B（1）因

5、為質(zhì)子旋磁比y = 2.67512 x 108SI，1nT = 10-9T，1Gs = 10-4T。所以（1）式還可表 P示為：B （ n T） = 2 3 . 4 8 f 5 H （2）f （ H Z = 4 2 5 7 B6 G（s ）故通過(guò)精確測(cè)定拉莫爾旋進(jìn)的頻率，即可換算出地磁場(chǎng)強(qiáng)度B（nT），長(zhǎng)春市區(qū)地磁場(chǎng)強(qiáng)度大約為54uT，即54000nT，共振頻率約為2.3kHz。儀器與裝置：質(zhì)子旋進(jìn)磁力儀的基本結(jié)構(gòu)相同，包括探頭主要有以下幾個(gè)部分：信號(hào)調(diào)理采集與計(jì)算信號(hào)調(diào)理采集與計(jì)算極化電路探頭部分探頭部分：包含線圈和富含氫質(zhì)子的溶液，前置放大電路。極化電路：將線圈通以電流（約1A），使氫質(zhì)子沿水平方向極化。極化和信號(hào)接收切換電路示意圖極化場(chǎng)分布信號(hào)調(diào)理電路：包含寬帶濾波、窄帶濾波、高階低通濾