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04 级 11 系 姓名：徐文松 学号：PB04210414 日期：
CONTENTS OF THIS REPORT
〔Click while press CTRL to locate it〕
试验名称
试验目的试验原理数据处理误差分析思考题
试验名称 return 核磁共振
试验目的 return
观看核磁共振稳态吸取现象；
把握和磁共振根本试验原理和方法；
测量 1H 和 19F 的 值和g 因子。
试验原理 return
核自旋
原子核具有自旋，其自旋角动量为
p = I (I + 1)h
1
其中 I 是核自旋量子数，其值为半整数或整数。当质子数和质量数均为偶数时，I=0，当质
n
量数为偶数而质子数为奇数时，I=0,1,2…，当质量数为奇数时，I= 2 〔n=1，3,5…〕．
核磁矩
原子核带有电荷，因而具有子旋磁矩，其大小为
m = g e p = gm
I (I + 1)
1 2m 1 N N
m = eh
N 2m
N
m
式中 g 为核的朗德因子，对质子， g＝， N 为原子核质量，
´10-27 A × m 2 ，令
m m
N 为核磁子， N ＝
g = e g
2m
N
明显有
m = gp
I I
γ 称为核的旋磁比。
核磁矩在外磁场中的能量
核自旋磁矩在外磁场中会进动。进动的角频率
w = gB
0 0
B
0 为外恒定磁场。
４．核磁共振
B B实现核磁共振，必需有一个稳恒的外磁场 O 及一个与 O 和总磁矩 m 所组成的平面相垂直
1
的旋转磁场
B ，当
B 的角频率等于w
w
0 时，旋转磁场的能量为
h = DE
0
，则核吸取此旋转
1
磁场能量，实现能级间的跃迁，即发生核磁共振。此时应满足
DE = w
0
h = gm hB
N 0
w = gB
0 0
h 为普朗克常数。
w 4 f
，… 此时，假设样品的 ，测出对于
B p转变 O 或 都会使信号位置发生相对移动，当共振信号间距相等重复频率为 时，表示共振发生在调制磁场的相位为2p ft = 0 ，p ， 2p g
能够的射频场频率n
，即可算出
BO 。反之测出
BO ，可算出g
和 g 因子。
本次试验的装置包括电磁铁、边限振荡器、探头及样品、频率计、示波器及移相器等。
数据处理 return
观看(1H ) 的核磁共振信号〔图像见原始数据〕:
固定电压调整射频场的频率
g
B = w
如图组一所示，当w 转变时，共振磁场 也就发生转变，因此相邻峰的间距转变，
而相隔的两个峰间距不变。
f<B *g/2p
0
w/g
0
f=B *g/2p
w/g
0
f>B *g/2p
w/g
图组一
固定的频率调整射频场的振幅(非等间距)
如图组二，当射频场的振幅转变时，假设此时共振信号为非等间距信号，相邻峰的间距就会转变，而相隔的两个峰间距不变。
U=95V
w/g
U=75V
w/g
U=55V
w/g
图组二
等间距共振的状况下转变射频场的振幅
如图组三，当射频场的振幅转变时，假设此时共振信号为等间距信号，相邻峰的间距和相隔的两个峰间距均不变。
U=95V
w/g
U=75V
w/g
U=55V
w/g
图组三
2． 测量 H
(1 ) g
的 因子和g 因子
原始数据表
n
1
2
3
4
5
6
f/MHz
f =
s ( f ) =
u = t
A
s = ´
n
6
=
u = k D B = 1´ =
B p C 3
这里的B 类不确定度是由于仪器频率在不停变动， 的估量误差。
\u( f ) = u 2
A
u 2
B
=
P=
\ f = ( ± )MHz
2pf 2p ´ ´106
P=
g = = = ´108 S -1T -1
B
0
\ u(g ) =
2p u( f ) = ´108 S -1T -1
B
P=
0
\g = ( ± ) ´108 S -1T -1 P=
m
2
g = N
g = 2 ´ ´10-27 ´ ´108 =
e ´10-19
\ u(g) =
2mN u(g ) =
e
P=
\ g = ±
P=
3． 测量(19F ) 的g 因子和
g 因子
原始数据表
n 1
2
3
4
5
6
f/MHz
f =
s ( f ) =
s
u = t
A
= ´
n
=
6
u = k D B = 1´ =
B p C 3
这里的B 类不确定度是由于仪器频率在不停变动， 的估量误差。
\u( f ) = u 2
A
u 2
B
=
P=
\ f = ( ± )MHz
2pf 2p ´ ´106
P=
g = = = ´108 S -1T -1
B
0
\ u(g ) =
2p u( f ) = ´108 S -1T -1
B
P=
0
\g = ( ± ) ´108 S -1T -1 P=
m
2
g = N
g = 2 ´19 ´ ´10-27 ´ ´108 =
e ´10-19
\ u(g) =
2mN u(g ) =
e
P=
\ g = ±
0
4. 转变样品位置测 B
P=
原始数据表
位置 x/cm
n
1
2
3
4
5
f1/MHz
f2/MHz
f3/MHz
f4/MHz
f5/MHz
经计算得:
位置 x/cm
f
/MHz
u( f )
/MHz
P=
B0 =
2pf
g
/T
u(B )
0
/T
p=
整个磁场的平均值为：
B = ( ± )T P=
0
误差分析 return
试验中仪器示数在不停变化，读数时存在估量误差，这是本试验最大误差来源。
试验过程中，示波器图像不稳定，并且查找等间距图象完全靠目测，这也会引起估量误差。
最终求得的磁场平均值B0 = 相当接近，误差很小。
思考题 return
v
1． 如何确定对应于磁场为B0 时核磁共振的共振频率 0 ？
B = w B
答：由公式
~
g 可知，假设 B0 为共振磁感应强度，在稳恒磁场 O 上加一交变低频调
w ~ w
B = B cos
制磁场 m
t ，使样品所在的实际磁场也发生变化。则 B = B + B = 时发生共
0 g
振现象，调整射频场的频率使共振信号为等间距共振，则 B
0
v
频率 0 。
= w ，此时的频率即为共振
g