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实验7-12 核磁共振实验

  • 本实验室位于光华楼西辅楼805B室
  • NM-II型核磁共振实验装置
  • 示波器
  • 频率计
  • 采用扫频法观察氢核和氟核的核磁共振现象,并测量磁场强度的大小和氟核g因子,从而对核自旋和核磁共振现象有一个直观的认识。
  • 什么样的原子核系统可产生核磁共振现象?
  • 核磁共振的条件是什么?
  • 实验中音频调制磁场的作用是什么?
  • 共振信号有何特点?
  • 为什么无法观察到共振信号?
  • 示波器的参数如何设置?
  • 音频调制磁场有何作用?
  • 测定永磁铁的磁场强度大小,并比较距离中心左、右约1cm处的磁场大小,分析磁场的均匀度。
  • 测量水的横向弛豫时间。
  • 测量氟核的g因子,并与标准值比较,计算其相对误差。
  • 实验前:认真预习,写出预习报告。应包括以下内容:实验目的、原理(必要的情况下,画出电路图或光路图)、内容和步骤(画出数据表格)
  • 实验中:记录实验条件、实验现象、实验数据以及实验中可能出现的问题和想法等,记录实验仪器的规格和型号。
  • 实验后:解释实验现象、分析实验数据、得出实验结论,针对实验中出现的问题和想法给予分析讨论,对于实验教材、实验内容本身或教师的带教方式的意见或建议等。
  • 在规定时间内将报告交至指定信箱。
  • 沈元华、陆申龙 基础物理实验 高等教育出版社 2003
  • 裘祖文等, 核磁共振波谱 科学出版社 1989
  • 戴乐山、戴道宣 近代物理实验 复旦大学出版社 1995
  • 王煜、成音、朱永强等,物理实验 1995 15(24)

实验讨论区(欢迎同学积极参与讨论,也希望能提出更多的问题)

  • 假设到了实验室后,你发现根本不知该如何下手,你怎么办呢?
  • 实验中你都记录了什么?
  • 你是如何设计本实验的数据表格的?
  • 你了解本实验的历史背景及意义吗?
  • 本实验方法对你有什么启发?你知道类似的实验方法在其它方面的应用吗?
  • 做完本实验,你有什么收获呢?你有什么心得可以大家分享吗?
  • 你希望我们的教学再做些什么改进呢?
  • 如果让你对本实验打分(100分满分),你会给本实验打几分呢?

  如果到实验室之后发现不知道该如何下手:

  1. 看实验报告里的实验仪器,初步判断面前的各种仪器分别是什么。对于认识了的仪器可以先看操作说明。
  2. 如果发现不知道如果操作仪器,一般是一些针对专门实验的仪器,可能之前没见过。如本实验中的核磁共振仪,只在这个实验中用到。这种情况书上都会有详细的操作说明,包括仪器的原理,构造等等。把书认真看一遍基本操作就没问题了。
  3. 和同学合作。
  4. 最好的方法就是先去实验室预习下实验,大概知道要做什么,认识要用的东西。

  如果到了实验室什么都不知道,基本就说明没有很好地预习了。准备相当必要。周二没事的话,还是多呆实验室吧。 ——08300300109傅颖鹭

关于测量氟核的g因子,本来用γ0=gμ(N)B0/h这个公式来算。不过我觉得在这个实验中,因为B0是我们自己测算出来的,本身有A类不确定度和仪器不确定度,还有我们得到B0值时取近似这一步骤,所以误差会相对大一点。我算了一下发现如果根据上面的公式变形出γ0/γF=g(H)/g(F),算起来会更简洁,而且更接近书上给出的标准值(虽然与上一个公式算出的答案的差别在小数点后5位…)。当然在实际应用中如果真的要测一个原子核的g因子,找到一个确定的B0来算会更准确一点。不晓得我的想法是否合理,谢谢~ — 李永婧
你的想法不需要用到前面一步计算所得的B0值,直接用比式求解,确实更方便,但不能说更精确,因为只是算法不同使得有效数字取舍不一样,从而结果更接近标准值而已;如果有确定的B0当然更准确,不过精确度满足要求即可,重点在于方法。另:你的提问位置不妥,我往下挪了。 — 高渊 2011/10/28 15:23
怎么进行B的磁场均匀程度分析呢?
计算左中右三处的磁场大小,步骤中不是让你比较三处磁场的大小嘛,比较后怎么用文字分析描述这个你自己思考吧。 — 高渊 2011/10/20 09:35
请问这个实验需要多次测量吗?比如读频率值时只读一次就可以了吗?
不需要多次测量,测一次就可以了 — 苏卫锋 2008/09/22 09:59
请问测T2时书上说已知的那个γm的数值是在哪里写了?还是要自己测的?
书上有的,呵呵,50Hz — 苏卫锋 2008/09/22 09:59
我是周一7,8节课的学生冯佳旻,有问题想请教:
1、一开始记录边限振荡器的振荡频率时,发现频率计示数不稳定,且不断减小。为什么?
2、为什么要用调场线圈来调制磁场?调场信号的大小与实验结果有什么关系?应如何选择调场信号的大小,以使实验灵敏度更高?
3、边限振荡器的振荡状态与其工作电流有什么关系?PPT里有其和品质因素的关系,Q和电流好像没有关系啊?
希望老师尽快回答,谢谢老师啊。。。n-n
实验中可能会遇到许多问题,要学会如何自己解决,比如充分利用图书馆的资源或同学之间相互讨论,希望对这些问题感兴趣的同学加入我们的讨论中来:) — 苏卫锋 2008/10/16 17:47
我是周五56节课的学生翁士伟,提个建议:在实验材料上提供电路图。 2009/3/30
问下边限振荡器与工作电流有什么关系?
因为该实验面向的教学对象是一年级学生,边限振荡器的电路本实验中不做要求,若感兴趣的话可参阅戴乐山、戴道宣编著的《近代物理实验》。 — 苏卫锋 2009/04/02 09:52
我是周一78节课的学生黄飞灵,下周一下午我想去听杨振宁先生的讲座,但又不好翘掉实验课,现在心里很矛盾,不知怎么办才好。 2009/4/9
我估计和你有类似想法的人不少,但我们不可能为此换课吧!如果很想听报告的内容,不妨请其他同学将报告录下来。如果是想看看杨先生,周二好像还有机会:)。 — 乐永康 2009/04/11 17:32
1 请问μN=eh/4π(mp)c 中的mp是普朗克质量还是质子质量?2 另外调场线圈的作用我认为是提高实验精确度的,因为如果B是定值,那么扫频法调到共振频率时边限振荡器输出信号就会从一条直线突变成另一条直线,而也许γ在一个范围内都会使信号变为这一条振幅小的直线,从观察的角度来说不如调节吸收峰至等间距这种方法精确。 (不知我的想法对不对,感谢老师和同学们指正!) ——田筱超然
mp是质子质量,如果没有扫场,则无法在示波器上观察到周期性的共振信号。 — 苏卫锋 2009/10/12 08:47
本实验中,两峰合一是一个怎样的过程?
对于此问题,可以参照一下课本上第342页的示意图,“两峰合一”其实是从实验现象上来描述的,在示波器上看到“三峰等间距”时,再增大或减小射频场的频率,可以看到示波器上的峰两两的相互靠近,当频率调节到能满足共振条件的临界状态时,两个峰会完全合在一起,这时的现象就称为“两峰合一”。 — 苏卫锋 2010/01/08 14:45
老师,书上说在t=0,1/vm……的时刻可以满足共振条件,但就正弦函数为0的解而言,应该还有1/2vm,3/2vm……,不知这些点为什么不满足?
你好,你说的没错,书上印错了,在以后再版的时候我们会改掉,谢谢! — 苏卫锋 2010/06/15 10:49
老师,我是周一五六节的,在做实验的时候我发现一个很奇怪的现象,就是实际的波峰不是标准的半圆形,在它的右侧有很多细碎的小尾巴一样的波形,有的甚至非常的长,那是什么啊,为什么会形成那个呢? —钱智敏 2010、11、1
那是共振峰的尾波,具体的形成你可以看一下戴乐山、戴道宣编著的《近代物理实验》中有关核磁共振的章节。 — 苏卫锋 2010/11/03 15:41
老师您好,请问可以提供一下实验中氢的横向弛豫时间的大致数量吗?实验中发现由于Δt的观测读数误差较大,导致T2可能有明显震荡。 — 刘享洋 2011/03/15 01:14
大致在10的负4次方秒的数量级。 — 高渊 2011/03/16 11:55
老师您好,请问清明实验室开门吗,我在写报告计算T2中发现一个问题,想确认半高宽会不会随外加电压变化 ——胡钟晟 2011/04/2 21:46
抱歉,节假日实验室无人值班。此外每周二下午13:30-16:30实验室开放啊,可以补做或者预习等等。
老师,请问为什么氟的共振峰比氢小很多? 还有算氟的因子时,是不是只要数字不完全一样就算有误差? —张晓磊 2011/09/20 19:45
提示一下,测氟所用样品聚四氟乙烯为固体,测氢样品水为液体,液体核磁分辨率和灵敏度要比固体的好很多,网上可查询到相关解释的文献。 — 高渊 2011/09/21 17:56
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  • 最后更改: 2011/10/28 15:39
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