静电场描绘实验报告|静电场描绘实验报告(热门14篇)

静电场描绘实验报告(热门14篇)。

⏣ 静电场描绘实验报告 ⏣

一、实验目的

1．了解LAN中常用的几种传输介质、连接器的性能及各自特点。

2．学习双绞线、同轴电缆网线的制作和掌握网线制作工具，电缆测试仪的使用。

二、实验任务

1.掌握LAN中常用的几种传输介质、连接器的连接方法与实际使用。

2.独立制作一根合格的双绞线或同轴电缆的网线。

三、实验设备

实验所需设备有5类双绞线，RJ-45头，细缆，BNC接头，T型头，端接器、同轴电缆、收发器、AUI电缆、双绞线、同轴细缆压线钳，电缆测试仪，剥线钳、剪刀等。

四、相关基本知识

1．电子电路，数字逻辑电路。

2．微型计算机工作原理，计算机接口技术。

3．计算机网络拓扑结构，网络传输介质等基础知识。

五、实验内容与步骤

（一）实验原理

目前计算机网络的有线通信大多采用铜芯线或光纤作为传输介质。常用的传输介质有同轴粗缆与细缆，无屏蔽双绞线(UTP)、光纤等。网络中计算机之间的信息交换，通过网络终端设备将要传输的信息转化成相关传输介质所需的电信号或光信号，然后通过传输介质、网络设备进行传输。不同的传输介质具有不同的电气特性、机械特性、和信息传输格式，因此，它们也就具有不同的传输方式、传输速率，传输距离等。在组建局域网时，要根据具体情况 (如覆盖范围、应用对象、性能要求、资金情况等)来决定采用何种网络拓扑结构、传输介质及相关的网络连接设备等。

双绞线：双绞线是由两根绝缘金属线互相缠绕而成，这样的一对线作为一条通信链路，由四对双绞线构成双绞线电缆。双绞线点到点的通信距离一般不超过100米。目前，计算机网络上用的双绞线有三类（最高传输率为10 Mbps）、五类线（最高传输率为10 0 Mbps）、超五类线和六类线（传输速率至少为250 Mbps）、七类线（传输速率至少为600 Mbps）。双绞线电缆的连接器一般为RJ-45.

（二）实验步骤

1.首先用压线钳的剪线刀口剪裁出计划需要使用到的双绞线长度。

2.抽出外套层，可以利用压线钳的剪线刀口将线头剪齐，再将线头放到剥线专用的刀口，稍微用力握紧压线钳慢慢旋转，让刀口慢慢划开双绞线的保护胶皮，然后剥掉外套层。

3.排序，根据实际需要按照标准将线排序。

4.整理，排序后应尽量将线头拉直理平，然后用压线钳将多余的线头剪掉。

5.插入水晶头，将排序后的双绞线线头插入部分插入到水晶头中，插入后用力压住双绞线，尽力的将双绞线头向水晶头中推，以保证线头充分的插入水晶头中。

6.压线，经过上述步骤后，只要使用压线钳将线压紧即可。

（三）回答思考题。

1）双绞线、细缆、粗缆三种传输介质各有什么特点

同轴线和双绞线的区别主要是网络拓扑不同，同轴电缆只能是总线型结构，而双绞线则是星型结构。三种介质传输的最大带宽不同，粗缆传输带宽最宽，其次，细缆，最宅的双绞线。不过双绞线抗干扰能力强，可靠性高，传输距离比细缆和粗缆长。

2）A线序和B线序有何区别若不遵循上述标准，是否所做的网线不可用。

两端的线序相同叫直通线，都遵循568B标准，不同类型设备之间连接使用直通线，如网卡到交换机，网卡到ADSL modem,交换机到路由器等；而一端为568B线序，一端为568A线序的为交叉线，即1-3、2-6调换，用于相同设备之间的连接，如两台电脑的网卡连接，交换机与交换机之间的连接，交换机与集线器连接等。

不按上述标准，只要保持线序正确，就可以正常使用。

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一、 算法描述

求解Sudoku让人最容易想到的方法是穷举每个方格可能的值，如果符合条件，则得到解，不符合条件则进行回溯。通过递归的方法，显然可以得到数独的解。

我想到的简单的递归方法，是每一行从左到右，试验每一个方格可能的数字，进行递归。这种方法看似非常麻烦，实际上对于一般的数独题，速度是非常快的，思想比较简单，写出来的代码也非常简单、易懂。

算法1：简单递归方法

从第一个格开始，从1到9试验，是否满足行、列、九宫格互不相同的条件。若满足条件，则填入该数字，再试验下一个格。当一个格子出现没有数字能填的情况时，说明已经填的数字有误，回溯，再进行递归。

算法2：优化的递归算法

先遍历所有格子，统计每种格子可能出现数字的个数。每次挑选可能出现数字个数最少的格子来进行递归。

设置三维数组poss[i][j][k]来存储可能出现数字的信息。poss[i][j][0]记录i行j列的格子可能出现数字的个数，poss[i][j][k](1

算法3：生成数独棋盘的算法

我最开始的想法是穷举法，随机生成满足行各不相同的9行，再判断9宫格、每列是否符合要求，符合条件时，随机生成停止。然而，这种算法的当然时间复杂度显然是过高。第99一步的随机生成的次数是9*9/P9=9608。随机生成一组棋盘耗时就非常大。后来，我从求解的个数的程序获得启发。算法二对于1000多组解的数独棋盘，解起来也很快。随机生成填9个方格，再用算法一的方法解出来，取第一组正确的解作为棋盘即可生成填好的棋盘。再把一定数量的格子的数字随机删除，计算解的个数。如果解唯一，就得到了棋盘。

二、数据结构

这三种算法的数据结构不是非常复杂，只是普通的数组。

算法一：数组a[i][j]

算法二：数组a[i][j]和poss[i][j][k]

算法三：数组a[i][j]和poss[i][j][k]

三、时间效率分析

算法1：这种算法在tsinsen系统上只用了15ms得到全部答案。

虽然这种算法在tsinsen系统的测试中有很好的表现，但是我试了试在几道骨灰级难度的题，发现这种算法可能会用到10秒以上的时间，并且测试数据不同，时间差异非常大。

我认为，这种算法的漏洞在于，如果开始的格子可能出现的数字非常多，递归树开始的枝会非常多。并且，我们一般做数独题，都会先挑可能出现数字个数最少的格子来填，充分利用了已知条件。然而，这种算法只按格子的行列顺序来试验，显然非常傻。于是，我想出了第二种算法。

算法2：这种算法耗时长。

非常令人失望的是，虽然它能在短时间内解出骨灰级题目，但是，和上一个算法相比，对于简单的题目，它比较耗时。在tsinsen系统中测试的时间是91ms。它的缺陷在于，每次递归都必须更新（i，j）格子所在的行、列、九宫格所有的元素。每次要求20个数的poss[i][j][]。回溯同样要更新。并且求poss[i][j][]的函数时间复杂度是O（n）。每一步所耗时间比上一种算法多很多。但是，总的试验的步数能显著减少。 所以，这种算法适用于数独解题的动画演示和解极难题目。

四、程序结构

五、运行结果

六、总结和反思

后来老师提高了难度，要求程序能求出多解数独题的解的个数。几千个解的数据都能迅速得出答案，但是几万个解的数据，需要很长时间，更别提几百万的数据。这两种递归的算法都有问题，优化的空间也有限，需要更强大、高效的算法。

这次Project让我不断思考，改进了最初的算法。编程是确实是一个克服困难、不断改进与超越的过程。总有新的数据摆在面前，把原来的算法打击得很惨，激励着我们研究更加先进的算法。

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电场强度

电场

(1)定义：存在于电荷周围、能传递电荷间相互作用的一种特殊物质。

(2)基本性质：对放入其中的电荷有力的作用。

电场强度

⑴ 定义：放入电场中的电荷受到的电场力F与它的电荷量q的比值，叫做该点的电场强度。

⑵ 单位：N/C或V/m。

⑶ 电场强度的三种表达方式的比较

⑷方向：规定正电荷在电场中受到的电场力的方向为该点电场强度的方向，或与负电荷在电场中受到的电场力的方向相反。

⑸叠加性：多个电荷在电场中某点的电场强度为各个电荷单独在该点产生的电场强度的矢量和，这种关系叫做电场强度的叠加，电场强度的叠加尊从平行四边形定则。

电场线、匀强电场

电场线：为了形象直观描述电场的强弱和方向，在电场中画出一系列的曲线，曲线上的各点的切线方向代表该点的电场强度的方向，曲线的疏密程度表示场强的大小。

电场线的特点

⑴ 电场线是为了直观形象的描述电场而假想的、实际是不存在的理想化模型。

⑵ 始于正电荷或无穷远，终于无穷远或负电荷，静电场的电场线是不闭合曲线。

⑶ 任意两条电场线不相交。

⑷ 电场线的疏密表示电场的强弱，某点的切线方向表示该点的场强方向，它不表示电荷在电场中的运动轨迹。

⑸ 沿着电场线的方向电势降低;电场线从高等势面(线)垂直指向低等势面(线)。

匀强电场

⑴定义：场强方向处处相同，场强大小处处相等的区域称之为匀强电场。

⑵特点：匀强电场中的电场线是等距的并行线。平行正对的两金属板带等量异种电荷后，在两板之间除边缘外的电场就是匀强电场。

几种典型的电场线

孤立的正电荷、负电荷、等量异种电荷、等量同种电荷、带等量异种电荷的平行金属板间(正点电荷与大金属板间)的电场线

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一、 实验准备

实验仪器、药品、材料：棉线，丝线200ML烧杯两个，硬纸片一张、滤纸若干、酒精灯一个、石棉网、带铁圈的铁架台、温度计、硫酸铜粉末若干 、玻璃棒。

二、实验步骤

1. 在烧杯中放入100ML蒸馏水，加热到比室温高10～20℃，并加入足量硫酸铜；

2. 用玻璃棒搅拌，直到饱和（有少量晶体不能再溶解），趁热过滤到一个已加热的烧杯中；

3. 用硬纸片盖好，静置一夜，使其缓慢降温，析出晶体；

4. 第二天杯底出现小晶体，每个约长0.5CM，取一个晶体较完整的，用丝线绑住，系在一根木棍上。

5. 将原来的硫酸铜溶液加热到比室温高5～10℃，添加少量硫酸铜，使其再次饱和。

6. 将已绑好的小硫酸铜晶体放入微热饱和硫酸铜溶液中，注意使其被完全浸没，且不能碰到杯壁或杯底。

7. 用硬纸片盖好，静置过夜；每天观察，重复6、7项的操作过程。

三、实验注意

1.控制溶液的温度，加热时要把晶体取出，等溶液温度均匀后再把晶体浸入。

2. 注意环境温度的变化，应使饱和溶液缓慢冷却。

3. 所用容器必须洁净，要加盖以防灰尘落入。

四、实验结论

（1）硫酸铜的溶解度随着温度的升高而增大，通过严格控制温度的变化，有利于加快晶体的成形速率；

（2）模型必须悬挂在溶液中，若模型与杯壁贴合，冷却后溶液析出的晶体将附着在线圈和杯壁之间，成形的晶体形状不规则。

（3）如果晶核“泛滥”，就无法形成大晶体。由于棉线和铜丝的表面积较大，即晶核较多；加上毛棉线和铜丝上生长的晶体，因相互堆积、相互挤压，致使晶体无法成长。相反，少量的硫酸铜细晶在溶液中分散性较好，容易形成大晶体。这一点，突出表现在了：用棉线作晶种，由于棉线表面存在着大量细小的棉纤维，形成大量的晶核，因此在棉线上“挂”了大量的、不成型的硫酸铜晶体。

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测量固体的密度

1、实验名称：测量小石块的密度

2、实验器材：天平（砝码）、量筒、烧杯和适量的水、细线。

3、实验步骤：

①用天平测出的质量记作m

②在量筒中放入？的水记作V1

③用细线拴住小石块块将其浸没于量筒中的水中，水的体积记作V2？

4、实验记录表格：

教师演示小石块密度测量方法：

1、先把天平调节平衡测出小石块的质量

2、用量筒测出小石块的体积

3、把数据填入表中根据密度公式测出小石块的密度。

学生：练习测量小石块的密度，并完成上述实验报告。

测量液体的密度

1、实验名称：测量盐水的密度

2、实验器材：天平（砝码）、烧杯和适量盐水、量筒

3、实验步骤：

①用天平测出的质量记作m1

②将烧杯中的液体倒入量筒中一部分，体积记作V

③用天平测出的质量记作m2

4、实验记录表格：

教师演示盐水密度测量方法

1、先用天平测出盐水和烧杯的总质量m1？

2、把烧杯中的水倒入量筒中一部分，体积记作V

3、测出烧杯和剩余盐水的总质量m2，

4、用密度公式计算出盐水的密度。

学生：练习测量盐水的密度，并完成上述实验报告。

教师巡视学生回答问题

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【引言】

顺磁共振（EPR）又称为电子自旋共振（ESR），这是因为物质的顺磁性主要来自电子的自旋。电子自旋共振即为处于恒定磁场中的电子自旋在射频场或微波场作用下的磁能级间的共振跃迁现象。顺磁共振技术得到迅速发展后广泛的应用于物理、化学、生物及医学等领域。电子自旋共振方法具有在高频率的波段上能获得较高的灵敏度和分辨率，能深入物质内部进行超低含量分析，但并不破坏样品的结构，对化学反应无干扰等优点，对研究材料的各种反应过程中的结构和演变，以及材料的性能具有重要的意义。研究了解电子自旋共振现象，测量有机自由基DPPH的g因子值，了解和掌握微波器件在电子自由共振中的应用，从矩形谐振长度的变化，进一步理解谐振腔的驻波。

【正文】

一、实验原理

（1）电子的自旋轨道磁矩与自旋磁矩 l

原子中的电子由于轨道运动，具有轨道磁矩，其数值为：

l号表示方向同Pl相反。在量子力学中PePl2me，负，因而lB1)B2me称为玻尔磁子。电子除了轨道运动外，其中e还具有自旋运动，因此还具有自旋磁矩，其数值表示为：sePsme。

由于原子核的磁矩可以忽略不计，原子中电子的轨道磁矩和自旋磁矩合成原子的总磁矩：jgej(j1)l(l1)s(s1)Pjg12me，其中g是朗德因子：2j(j1)。

在外磁场中原子磁矩要受到力的作用，其效果是磁矩绕磁场的方向作旋进，也就是Pj绕着磁场方向作旋进，引入回磁比同时原子角动量Pj和原子总磁矩Pjm ,mj,j1,j2,e2me，总磁矩可表示成jPj。j取向是量子化的。Pj在外磁场方向上的投影为：其中m称为磁量子数，相应磁矩在外磁场方向上j。的投影为： jmmgB ;mj,j1,j2,

（2）电子顺磁共振 j。

原子磁矩与外磁场B相互作用可表示为：EjBmgBBmB。不同的磁量子数m所对应的状态表示不同的磁能级，相邻磁能级间的能量差为EB，它是由原子受磁场作用而旋进产生的附加能量。

如果在原子所在的稳定磁场区又叠加一个与之垂直的交变磁场，且角频率满足条件gBB，即EB，刚好满足原子在稳定外磁场中的邻近二能级差时，二邻近能级之间就有共振跃迁，我们称之为电子顺磁共振。 P当原子结合成分子或固体时，由于电子轨道运动的角动量常是猝灭的，即j近似为零，所以分子和固体中的磁矩主要是电子自旋磁矩的贡献。根据泡利原理，一个电子轨道最多只能容纳两个自旋相反的电子，若电子轨道都被电子成对地填满了，它们的自旋磁矩相互抵消，便没有固有磁矩。通常所见的化合物大多数属于这种情况，因而电子顺磁共振只能研究具有未成对电子的特殊化合物。

（3）弛豫时间

实验样品是含有大量具有不成对电子自旋所组成的系统，虽然各个粒子都具有磁矩，但是在热运动的扰动下，取向是混乱的，对外的合磁矩为零。当自旋系统处在恒定的外磁场H0中时，系统内各质点的磁矩便以不同的角度取向磁场H0的方向，并绕着外场方向进动，从而形成一个与外磁场方向一致的宏观磁矩M。当热平衡时，分布在各能级上的粒子数服从波耳兹曼定律，即：N2EE1Eexp(2)exp()N1kTkT式中k是波耳兹曼常数，k=1.3803×10-16（尔格/度），T是绝对温度。计算表明，低能级上的粒子数略比高能级上的粒子数多几个。这说明要现实出宏观的共振吸收现象所必要的条件，既由低能态向高能级跃迁的粒子数比由高能级向低能级跃迁的粒子数要多是满足的。正是这一微弱的上下能级粒子数之差提供了我们观测电子顺磁共振现象的可能性。

二、实验装置

微波顺磁共振实验系统由三厘米固态信号发生器，隔离器，可变衰减器，波长计，魔T，匹配负载，单螺调配器，晶体检波器，矩形样品谐振腔，耦合片，磁共振实验仪，电磁铁等组成，为使联结方便，增加了H面弯波导，波导支架等元件。

（1）三厘米固态信号发生器：

是一种使用体效应管做振荡源的信号发生器，为顺磁共振实验系统提供微波振荡信号。

（2）隔离器：

位于磁场中的某些铁氧体材料对于来自不同方向的电磁波有着不同的吸收，经过适当调节，可使其哦对微波具有单方向传播的特性。隔离器常用于振荡器与负载之间，起隔离和单向传输作用。

（3）可变衰减器：

把一片能吸收微波能量的吸收片垂直与矩形波导的宽边，纵向插入波导管即成，用以部分衰减传输功率，沿着宽边移动吸收可改变衰减量的大小。衰减器起调节系统中微波功率以及去耦合的作用。

（4）波长表：

波通过耦合孔从波导进入频率计的空腔中，当频率计的腔体失谐时，腔里的电磁场极为微弱，此时，它基本上不影响波导中波的传输。当电磁波的频率满足空腔的谐振条件时，发生谐振，反映到波导中的阻抗发生剧烈变化，相应地，通过波导中的电磁波信号强度将减弱，输出幅度将出现明显的跌落，从刻度套筒可读出输入微波谐振时的刻度，通过查表可得知输入微波谐振频率。

（5）匹配负载：

波导中装有很好地吸收微波能量的电阻片或吸收材料，它几乎能全部吸收入射功率。

（6）微波源：

微波源可采用反射式速调管微波源或固态微波源。本实验采用3cm固态微波源，它具有寿命长、输出频率较稳定等优点，用其作微波源时，ESR的实验装置比采用速调管简单。因此固态微波源目前使用比较广泛。通过调节固态微波源谐振腔中心位置的调谐螺钉，可使谐振腔固有频率发生变化。调节二极管的工作电流或谐振腔前法兰盘中心处的调配螺钉可改变微波输出功率。

（7）魔 T：

魔 T是一个具有与低频电桥相类似特

征的微波元器件，如图（2）所示。它有四个臂，相当于一个E～T和一个H～T组成，故又称双T，是一种互易无损耗四端口网络，具有“双臂隔离，旁臂平分”的特性。利用四端口S矩阵可证明，只要1、4臂同时调到匹配，则2、3臂也自动获得匹配；反之亦然。E臂和H臂之间固有隔离，反向臂2、3之间彼此隔离，即从任一臂输入信号都不能从相对臂输出，只能从旁臂输出。信号从H臂输入，同相等分给2、3臂；E臂输入则反相等分给2、3臂。由于互易性原理，若信号从反向臂2，3同相输入，则E臂得到它们的差信号，H臂得到它们的和信号；反之，若2、3臂反相输入，则E臂得到和信号，H臂得到差信号。当输出的微波信号经隔离器、衰减器进入魔 T的H臂，同相等分给2、3臂，而不能进入E臂。3臂接单螺调配器和终端负载；2臂接可调的反射式矩形样品谐振腔，样品DPPH在腔内的位置可调整。E臂接隔离器和晶体检波器；2、3臂的反射信号只能等分给E、H臂，当3臂匹配时，E臂上微波功率仅取自于2臂的反射。

（8）样品腔：

样品腔结构，是一个反射式终端活塞可调的矩型谐振腔。谐振腔的末端是可移动的活塞，调节活塞位置，使腔长度等于半个波导波长的整数倍lpg/2时，谐振腔谐振。当谐振腔谐振时，电磁场沿谐振腔长l方向出现P/2个长度为g的驻立半波，即TE10P模式。腔内闭合磁力线平行于波导宽壁，且同一驻立半波磁力线的方向相同、相邻驻立半波磁力线的方向相反。在相邻两驻立半波空间交界处，微波磁场强度最大，微波电场最弱。满足样品磁共振吸收强，非共振的介质损耗小的要求，所以，是放置样品最理想的位置。在实验中应使外加恒定磁场B垂直于波导宽边，以满足ESR共振条件的要求。样品腔的宽边正中开有一条窄槽，通过机械传动装置可使样品处于谐振腔中的任何位置并可以从窄边上的刻度直接读数，调节腔长或移动样品的位置，可测出波导波长。

三、实验步骤

（1）连接系统,将可变衰减器顺时针旋至最大, 开启系统中各仪器的电源,预热20分钟。

（2）按使用说明书调节各仪器至工作状态。

（3）调节微波桥路，用波长表测定微波信号的频率，使谐振腔处于谐振状态，将样品置于交变磁场最强处。

（4）调节晶体检波器输出最灵敏，并由波导波长的计算值大体确定谐振腔长度及样品所在位置，然后微调谐振腔的长度使谐振腔处于谐振状态。

（5）搜索共振信号，按下扫场按扭，调节扫场旋钮改变扫场电流，当磁场满足共振条件时，在示波器上便可看到共振信号。调节仪器使共振信号幅度最大，波形对称。

（6）使用高斯计测定磁共振仪输出电流与磁场强度的数值关系曲线，确定共振时的磁场强度。

（7）根据实验测得的数据计算出g因子。

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实验: 练 习 使 用 显 微 镜

目的要求:

1、练习使用显微镜，学会规范的操作方法。

2、能够独立操作显微镜。

3、能够将标本移动到视野中央，并看到清晰的图象。

材料用具：

显微镜、e字玻片、动植物永久玻片、擦镜纸、纱布

方法和步骤:

一、对照图示认识显微镜，识别显微镜的结构及各部分的作用。

二、练习使用显微镜

1、取镜和安放

右手握住镜臂，左手托住镜座。 把显微镜放在实验台上，略偏左（显微镜放在距实验台边缘7厘米左右处）。安装好目镜和物镜。

2、对光

转动转换器，使低倍物镜对准通光孔(物镜的前端与载物台要保持2厘米的距离)。 把一个较大的光圈对准通光孔。左眼注视目镜内(右眼睁开，便于画图)。转动反光镜，使光线通过通光孔反射到镜筒内。通过目镜，可以看到白亮的视野。

3、放置玻片标本

4、观察 (先低后高)

把所要观察的玻片标本放在载物台上，用压片夹压住，标本要正对通光孔的中心。 转动粗准焦螺旋，使镜筒缓缓下降，直到物镜接近玻片标本为止（眼 睛看着物镜，以免物镜碰到玻片标本）。 左眼向目镜内看，同时反方向转动粗准焦螺旋，使镜筒缓缓上升，直到看清物像为止。再略微转动细准焦螺旋，使看到的物像更加清晰。

5、收放

注意事项

1、注意安全，不要损伤显微镜、目镜和物镜。

2、材料对准通光孔，用压片夹将玻片压好。

3、下降镜筒时，不要注视目镜，一定要注视物镜，以免损坏玻片标本和物镜头。

4、取下玻片标本时要小心;

5、实验完毕，把显微镜的外表擦拭干净。转动转换器，把两个物镜偏到两旁， 1

并将镜筒缓缓下降到最低处。最后把显微镜放进镜箱里，送回原处。 思考回答：

1、在进行低倍镜观察时，使镜筒下降至接近玻片的过程中，眼睛应注视什么地方？为什么？

2、光线较暗时，应选用反光镜的平面还是凹面？

3、怎样计算出视眼中的图像的放大倍数？

4、若视眼中“e”位于左上方，怎样操作才能将其移到视眼中央？

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静电场描绘实验报告如何写?那么，下面就随CN人才公文网小编一起来看看吧。

【实验目的】

1.学习用模拟法测绘静电场的原理和方法。

2.加深对电场强度和电位要领的理解。

3.用作图法处理数据。

【实验仪器】

静电场描绘仪、静电场描绘仪信号源、导线、数字电压表、电极、同步探针、坐标纸等。

【实验原理】

在一些科学研究和生产实践中，往往需要了解带电体周围静电场的分布情况。一般来说带电体的形状比较复杂，很难用理论方法进行计算。用实验手段直接研究或测绘静电场通常也很困难。因为仪表(或其探测头)放入静电场，总要使被测场原有分布状态发生畸变;除静电式仪表之外的一般磁电式仪表是不能用于静电场的直接测量，因为静电场中不会有电流流过，对这些仪表不起作用。所以，人们常用“模拟法”间接测绘静电场分布。

1、模拟的理论依据

模拟法在科学实验中有极广泛的应用，其本质上是用一种易于实现、便于测量的物理状态或过程的研究，以代替不易实现、不便测量的状态或过程的研究。 为了克服直接测量静电场的困难，我们可以仿造一个与静电场分布完全一样的电流场，用容易直接测量的电流场模拟静电场。

静电场与稳恒电流场本是两种不同场，但是它们两者之间在一定条件下具有相似的空间分布，即两场遵守的规律在形式上相似。它们都可以引入电位U，而且电场强度E=-△U/△l;它们都遵守高斯定理:对静电场，电场强度在无源区域内满足以下积分关系

∮E·ds = 0 ∮E·d l = 0

对于稳恒电流场，电流密度矢量J在无源区域内也满足类似的积分关系

∮J·ds = 0 ∮J·d l = 0

由此可见，E和J在各自区域中满足同样的数学规律。若稳恒电流空间均匀充满了电导率为σ的不良导体，不良导体内的电场强度E′与电流密度矢量J之间遵循欧姆定律

J=σE′

因而，E和E′在各自的区域中也满足同样的数学规律。在相同边界条件下，由电动力学的理论可以严格证明：像这样具有相同边界条件的相同方程，其解也相同。因此，我们可以用稳恒电流场来模拟静电场。也就是说静电场的电力线和等势线与稳恒电流场的电流密度矢量和等位线具有相似线的分布，所以测定出稳恒电流场的电位分布也就求得了与它相似的`静电场的电场分布。

2、模拟条件

模拟方法的使用有一定条件和范围，不能随意推广，否则将会得到荒谬的结论。用稳流电场模拟静电场的条件可归纳为几点：

(1)稳流场中电极形状应与被模拟的静电场的带电体几何形状相同。

(2)稳流场中的导电介质应是不良导体且电阻率分布均匀，并满足σ

才能保证电流场中的电极(良导体)的表面也近似是一个等位面。

(3)模拟所用电极系统与被模拟电极系统的边界条件相同。

3、同轴圆柱形电缆的静电场

利用稳恒电流的电场和相应的静电场其空间形成一致性，则只要保证电极形状一定，电极电位不变，空间介质均匀，在任何一个考察点，均应有U稳恒=U静电，或E稳恒电极≥σ导电质=E静电。下面

图 1

以同轴圆柱形电缆的“静电场”和相应的模拟场—“稳恒电流场”来讨论这种等效性。如图10(a)所示，在真空中有一半径a的长圆柱导体A和一个内径b的长圆筒导体B，它们同轴放置，分别带等量异号电荷。由高斯定理可知，在垂直于轴线上的任何一个截面S内，有均匀分布辐射状电力线，这是一个与坐标Z无关的二维场。在二维场中电场强度E正平行于xy平面，其等位面为一簇同轴圆柱面。因此，只需研究任一垂直横截面上的电场分布即可。

距轴心O半径为r处(图1(b))的各点电场强度为

E 20r

式中λ为A(或B)的电荷线密度。其电位为

UrUaEdrUaarr1n (1) 20a

Ua 201na若rb时，Ub = 0则有

代入式(1)得 UrUa

距中心r 处场强为 Er1n(b/r) (2) 1n(b/a)UadUr1 (3) dr1n(b/a)r

其中A、B间不是真空，而是充满一种均匀的不良导体，且A和B分别与电流的正负极相连，见图2同轴电缆模拟电极间形成径向电流，建立一个稳恒电流场Er。可以证明不良导体中的电场强度Er与原真空中的静电场Er是相同的。

4、同轴圆柱形电级间的电流场

取厚为t的圆柱形同轴不良导体片来研究，材料的电阻率为ρ则半径r的圆周到半径为(r+dr)的圆周之间的不良导体薄块的电阻为

dRdr (4) 2tr

半径r到b之间的圆柱片电阻为

Rrbbdrb1n (5) r2tr2tr

由此可知半径a到b之间圆柱片的电阻为

(a)

图2 同轴电缆模拟电极 Rabb1n (6) 2ta

若设U0 = 0，则径向电流为

IUa2tUa (7) Rab1n(b/a)

1n(b/r) (8) 1n(b/a)距中心r处的电位为 UrIRrbUa

则稳恒电流场Er′为

UadUr1Er (9) dr1n(b/a)r

可见式(2)与式(8)具有相同形式，说明稳恒电流场与静电场的电位分布函数完全相同。即柱面之间的电位Ur与1nr均为直线关系。并且(Ur/Ua)相对电位仅是坐标的函数，与电场电位的绝对值无关。显而易见，稳恒电流的电场E′与静电场E的分布也是相同的。因为EdUrdUrE (10) drdr

实际上，并不是每种带电体的静电场及模拟场的电位分布函数都能计算出来，只有在σ分布均匀几种形状对称规则的特殊带电体的场分布才能用理论严格计算。上面只是通过一个特例，证明了用稳恒电流场模拟静电场的可行性。

5、电场的测绘方法

由(10)式可知，场强E在数值上等于电位梯度，方向指向电位降落的方向。考虑到E是矢量，U是标量，从实验测量来讲，测量电位比测定场强容易实现，所以可先测绘等位线，然后根据电力线与等位线正交原理，画出电力线。这样就可由等位线的间距，电力线的疏密和指向，将抽象的电场形象地反映出来。

静电场描绘仪(包括水槽、双层固定支架、同步探针等)，如图3所示，支架采用双层式结构，上层放记录纸，下层放带电极水槽。并将电极引线接出到外接线柱上，电极间有电导率远小于电极且各向均匀的导电介质水。接通交流电源就可进行实验。在导电玻璃和记录纸上方各有一探针，通过金属探针臂把两探针固定在同一手柄座上，两探针始终保持在同一铅垂线上。移动手柄座时，可保证两探针的运动轨迹是一样的。由水槽上方的穿梭针找到待测点后，按一下记录纸上方的探针，在记录纸上留下一个对应的标记。移动同步探针在水槽中找出若干电位相同的点，由此即可描绘出等位线。

使用方法：

(1)接线

静电场测试仪信号源的输出接线柱与电极接线柱相连，将探针架放好，并使探

针下探头置于放有电极的水槽中，开启开关，指示灯亮，有数字显示。电压表示值图3 K为电场中某点对负极的电压值。

(2)测量

调节静电场测试仪电源前面板上电压调节旋钮，将开关K打在电源电压上，电表显示所加的电压值，单位为伏特，一般调到10V，便于运算。然后将开关打在测量，横移动探针架，数显示表示值随着运动而变化，从而测出每条等位线上的几个电压相等的点。

(3)记录

在描绘架上铺平坐标纸，用螺钉夹住，当电压表显示读数认为需要记录时，轻轻按下记录纸上的探针并在坐标纸上，记录电压，为实验清楚快捷，每等位线不少于8个点，然后用光滑曲线连接即可。

【实验内容】

1、长直同轴圆柱面电极间的电位分布

(1)将电极水槽中加入适量的水，然后把它放在上层静电场描绘仪的下层;

(2)按图连接好电路，电压表及探针联合使用。

(3)把坐标纸放在静电场描绘仪的上层，并用四个螺钉夹好。

(4)调节静电场描绘仪的电源(大约10V)。

(5)移动探针座使探针在水中缓慢移动，用数字电压表测量电位差，找到等位点时按下坐标纸上的标记指针，做出标记。分别作出6V、5 V、4 V、3 V、2V的五条等位线，每条等位点不得少于8个。

(6)根据等位点描绘等位线，并标出每条等位线的电位。

(7)根据电力线和等位线垂直的提点，描绘被模拟空间中的电力线。

2、不规则电极间电位分布

(1)将水槽中的电极更换成两圆柱面型。

(2)重复内容一中的操作，分别作出8V、7 V、6V、5 V、4 V、3 V、2V的7条等位线。

【数据记录与处理】

1、同轴圆柱面型电极间电位分布

(1)根据等位点描绘被模拟空间中的等位线。

(2)根据电力线和等位线垂直的提点，画出被模拟空间中的电力线。 (3)测量每条电位线的半径计算对应的电位理论值，并与实验值比较计算相对误差，将数据填入以下表格。

表：Ua V a mm b mm

(1)根据等位点描绘被模拟空间中的等位线。

(2)根据电力线和等位线垂直的提点，画出被模拟空间中的电力线。 注意：将图线粘贴在实验报告上

 【思考题】

(1)用模拟法测的电位分布是否与静电场的电位分布一样?

(2)如果实验时电源电压有效值不稳定，那么是否会改变电力线和等位线的分布?为什么?

(3)试从你测绘的等位线和电力线分布图，分析何处电场强度较强，何处电场强度较弱。

 【注意事项】

(1)水槽由有机玻璃制成的，实验时要轻拿轻放，以免破碎。

(2)水层厚度要保持一致，即水槽要水平放置，以保证导电介质的均匀性，且水不要过多也不要过少，水面要到达探针但不要淹没电极。

(3)电极、探针要和导线接触良好。

(4)实验完毕后，要将电极从水槽中拿出来放在毛巾上，以免电极生锈。并将仪器摆放整齐。

⏣ 静电场描绘实验报告 ⏣

一、实验目的

1.测定并绘制生长曲线、底物消耗曲线和产物形成曲线

2.了解发酵过程中葡萄糖的利用、菌体生长和产物生成的相互关系

3.初步学会菌体生长、底物消耗和产物生成有关发酵参数的求解

二、实验仪器及试剂

菌种：酿酒酵母

仪器：锥形瓶（250ml）、移液管、pH计、生物传感仪、分析天平

药品：酵母膏、胰蛋白胨、葡萄糖、磷酸氢二钠、磷酸二氢钠、苯甲酸钠、EDTA钠、氯化钠

三、实验原理

酵母菌是兼性厌氧型真菌，喜欢含糖的环境， 有氧时将葡萄糖分解成CO和水，无氧时将葡萄糖分解成酒精和二氧化碳，同时都释放出能量

生物传感器由生物识别元件和信号转换器组成，能够选择性地对样品中的待测物发出相应，通过生物识别系统和电化学或其他传感器把待测物质的浓度转为电信号，根据电信号的大小定量测出待测物质的浓度。生物传感器是应用生物活性材料（如酶、蛋白质、DNA、抗体、抗原、生物膜等）与物理或化学换能器有机结合的一门交叉学科，是发展生物技术必不可少的一种先进的检测方法与监控方法，也是物质在分子水平的快速、微量分析方法

四、 实验步骤

1.种子培养基（YEPD，g/L）：称取酵母膏10g、胰蛋白胨20g、葡萄糖20g，加蒸馏水溶解，调节pH 5.0左右，并定容至1000ml。

2.发酵培养基（g/L）：称取酵母膏10g，胰蛋白胨20g，葡萄糖100g加蒸馏水溶解，调节pH 至5.0左右，定容至1000ml，分装10个锥形瓶（250ml）封口121℃，30min灭菌。

3.种子培养：将活化好的种子培养液，用移液管移去10ml接种于灭菌YEPD液体培养基中， 于30℃、120 r/min全温摇瓶柜中培养24 h左右，观察种子液的色泽、气味与形态等基本情况。

4.发酵方法：将培养好的种子液按8-12%的接种比例，接种于发酵培养基中，置于30 ℃、120 r/min全温摇瓶柜中培养96 h。

5.过程取样：发酵培养基接种发酵后，每隔8小时取样，移取45ml菌液至离心试管中3800r/min离心，上清液取出分析，菌泥放置烘箱烘干，分析菌体生物量、残余葡萄糖浓度与酒精生成量，并以此为基础数据计算参数

6.生物量的测定：取等量的两份发酵液，一份由烘干法测得菌体干重（DCW），另一份稀释成一定的浓度于630 nm下测定吸光值（OD值），得到标准曲线为DCW=3.87×OD（R=0.996）。再以相同方法测得样品的OD值，按标准曲线计算出菌体干重。

7.还原糖的测定与乙醇的测定：使用生物传感仪测定糖类和酒精的含量

五、 数据分析

⏣ 静电场描绘实验报告 ⏣

实验名称、光盘刻录机的使用操作

实验仪器、DVD光盘刻录机和CD刻录机

实验步骤、

CD和 VCD的操作步骤是、

1、启动NERO软件，依次选择CD，视频和制作视频光盘。

2、在“我的视频光盘”对话框中，按“添加”按钮添加视频文件，大小不超过光盘的容量、如果只有一个视频，可以不勾选“启动VCD菜单，单击“属性”可以更改视频轨道的标题等信息。添加完文件后单击“下一步”，按钮。

3、在“我的视频光盘菜单”对话框中设置内容编排，背景，文字标题等信息。

4、单击“下一步”按钮，进入刻录参数设置界面并刻录光盘。

DVD光盘的刻录、

1、打开NERO软件，在刻录光盘类型上一栏选择刻录DVD的格式。

2、添加数据文件，注意选择DVD光盘上的刻录类型。

3、在光盘内容的对话框中，单击“添加”进行文件添加。

4、在“选择文件及文件夹”对话框，在“位置”选择驱动器，然后选择目录或文件，单击“添加到刻录列表，添加完毕，按”已完成”关闭对话框。

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5、此时返回到“光盘内容”对话框，蓝色为当前容量指示条，刻录的文件大小不能超过光盘容量上限。

6、在“最终刻录设置“对话框里设置刻录参数。

7、“刻录过程”对话框。

8、在“刻录过程”对话框中单击“下一步”，然后单击“退出”，选择“不保存”，关闭NERO软件界面窗口，光驱会自动弹出光盘。

实验目的、在于了解光盘刻录机的作原理，能够进行日常维护，能够排除遇到的常见故障，实验是因为使操作人员应掌握光盘刻录机的操作步骤，学会使用光盘对文件资料进行分发和拷贝与永久存档，在实际工作中能胜任电子资料的管理工作。这实验操作以便在日常办公国内工程中灵活进行移动文件存储，提高办公效率。

实验总结、

1、CD光盘是不是能重复刻录，DVD光盘只能刻录一次

2、VD的光盘和刻录CD的光盘是不是不一样的？

是的，是不一样的，刻录DVD的是DVD—R CD的是CD—R

cd刻录空盘 dvd刻录空盘 都是存放数据资料的 音乐cd 视频vcd 视频dvd 广义来说也是数据dvd刻录盘容量大 单面单层dvd一般在4.3g左右 能存放3.5g左右数据 别放多了很容易飞盘的 cd刻录盘容量相对就小很多 一般就700mb 可放650mb至680mb的数据 也别放太多 会刻飞的 另外还有 cd—rw 和dvd—rw 是可以反复擦写的刻录盘 这样的盘比普通刻盘较贵一点 刻录机出现故障的原因、 这是因为系统安装了nero express后，自带的cd刻录功能被屏蔽了导致。

步骤一、在系统下打开 "运行"，输入services。msc，确定后弹出一个"服务"设置窗口，找到imapi cd—burning com services 项目，双击该项目，把启动类型由禁用改为自动，确定后重启系统。 步骤二、打开"我的电脑"，选择刻录机的驱动器属性，在刻录的选项卡中，把"这个设备上启动cd录制"前打勾，再重新放入空白光盘，就可以正常显示了。

或者在系统下打开 "运行"，输入services。msc，确定后弹出一个"服务"设置窗口，找到imapi cd—burning com services 项目，双击该项目，把启动类型由禁用改为自动，确定后重启系统。

如何刻录光盘及注意事项？

1、你的光驱必须是支持刻录功能。

2、准备新买来的空白光盘，可以是CD或DVD型号。

3、准备安装刻录软件，比如NERO等。

4、放入空白光盘，打开NERO软件，选择你像刻录的类型复制即可。

5、质量好的.光盘的话，建议使用52X，一般为48X为刻录速度。

注意、

1、不能随意按下刻录机的“弹出“键”。

2、未刻录完不能随意终止刻录过程，否则光盘作废。

⏣ 静电场描绘实验报告 ⏣

一、实验目的

(1)加深对基尔霍夫定律的理解。

(2)学习验证定律的方法和仪器仪表的正确使用。

二、实验原理及说明

基尔霍夫定律是集总电路的基本定律，包括电流定律(KCL)和电压定律(KVL)。

基尔霍夫定律规定了电路中各支路电流之间和各支路电压之间必须服从的约束关系，无论电路元件是线性的或是非线性的，时变的或是非时变的，只要电路是集总参数电路，都必须服从这个约束关系。

(1)基尔霍夫电流定律(KCL)。在集总电路中，任何时刻，对任一节点，所有支路电流的代数和恒等于零，即∑i=0。通常约定：流出节点的支路电流取正号，流入节点的支路电流取负号。

(2)基尔霍夫电压定律(KVL)。在集总电路中，任何时刻，沿任一回路所有支路电压的代数和恒等于零，即沿任—回路有∑u=0。在写此式时，首先需要任意指定一个回路绕行的方向。凡电压的参考方向与回路绕行方向一致者，取“+”号;电压参考方向与回路绕行方向相反者，取“一”号。

(3)KCL和KVL定律适用于任何集总参数电路，而与电路中的元件的性质和参数大小无关，不管这些元件是线性的、非线性的、含源的、无源的、时变的、非时变的等，定律均适用。

三、实验仪器仪表

四、实验内容及方法步骤

(1)验证(KCL)定律，即∑i=0。分别在自行设计的电路或参考的电路中，任选一个节点，测量流入流出该节点的各支路电流数值和方向，记入附本表1-1～表1-5中并进行验证。参考电路见图1-1、图1-2、图1-3所示。

(2)验证(KVL)定律，即∑u=0。分别在自行设计的电路或参考的电路中任选一网孔(回路)，测量网孔内所有支路的元件电压值和电压方向，对应记入表格并进行验证。参考电路见图1-3。

五、测试记录表格

表1-1 线 性 对 称 电 路

表1-2 线 性 对 称 电 路

表1-3 线 性 不 对 称 电 路

表1-4 线 性 不 对 称 电 路

表1-5 线 性 不 对 称 电 路

注：1、USA、USB电源电压根据实验时选用值填写。

2、U、I、R下标均根据自拟电路参数或选用电路参数对应填写。

指导教师签字：________________ 年 月 日

六、实验注意事项

(1)自行设计的电路，或选择的任一参考电路，接线后需经教师检查同意后再进行测量。

(2)测量前，要先在电路中标明所选电路及其节点、支路和回路的名称。

(3)测量时一定要注意电压与电流方向，并标出“+”、“一”号，因为定律的验证是代数和相加。 (4)在测试记录表格中，填写的电路名称与各参数应与实验中实际选用的标号对应。

七、预习及思考题

(1)什么是基尔霍夫定律，包括两个什么定律? (2)基尔霍夫定律适用于什么性质元件的电路?

⏣ 静电场描绘实验报告 ⏣

静电的主要危害是放电火花，如油罐车运油时，因为油与金属的振荡摩擦，会产生静电的积累，达到一定程度产生火花放电，容易引爆燃油，引起事故，所以要用一根铁链拖到地上，以导走产生的静电。

另外，静电的吸附性会使印染行业的染色出现偏差，也要注意防止。

2、防止静电的主要途径：

（1）避免产生静电。如在可能情况下选用不容易产生静电的材料。

（2）避免静电的积累。产生静电要设法导走，如增加空气湿度，接地等。

物理静电场学习方法

不要“题海”，要有题量

谈到解题必然会联系到题量。因为，同一个问题可从不同方面给予辨析理解，或者同一个问题设置不同的陷阱，这样就得有较多的题目。从不同角度、不同层次来体现教与学的测试要求，因而有一定的题目必是习以为常，我们也只有解答多方面的题，才得以消化和巩固基础知识。那做多了题就一定会陷入“题海”吗？我们的回答是否定的。

对于缺乏基本要求，思维跳跃性大，质量低劣，几乎类同题目重复出现，造成学生机械模仿，思维僵化，用定势思维解题，这才是误入“题海”。至于富有启发性、思考性、灵活性的题，百解不厌，真是一种学习享受。这样的题解得越多，收获越大。解题多了，并不就一定加重学生负担，只有那些脱离学习对象实际，超过学生的承受能力的，才会加重他们的负担。虽然题目不多，但积重难返，犹如陷入题海。所以，为了提高学习成绩和质量，离不开解题，而且要有一定的题量给予保证，并以真正理解熟练掌握为题量的下限。

物理静电场学习技巧

⏣ 静电场描绘实验报告 ⏣

一、实验目的

1. 学习电子顺磁共振的基本原理和实验方法；；

2. 了解、掌握电子顺磁共振谱仪的调节与使用；

3. 测定DMPO-OH 的EPR 信号。

二、实验原理

1.电子顺磁共振（电子自旋共振）

电子自旋共振(Electron Spin Resonance, ESR)或电子顺磁共振(Electron Paramagnanetic Resonance,EPR)，是指在稳恒磁场作用下，含有未成对电子的原子、离子或分子的顺磁性物质,对微波发生的共振吸收。1944年，苏联物理学家扎沃伊斯基(Zavoisky)首次从CuCl2 、MnCl2等顺磁性盐类发现。电子自旋共振（顺磁共振）研究主要对象是化学自由基、过渡金属离子和稀土离子及其化合物、固体中的杂质缺陷等，通过对这类顺磁物质电子自旋共振波谱的观测（测量因子、线宽、弛豫时间、超精细结构参数等），可了解这些物质中未成对电子状态及所处环境的信息，因而它是探索物质微观结构和运动状态的重要工具。由于这种方法不改变或破坏被研究对象本身的性质，因而对寿命短、化学活性高又很不稳定的自由基或三重态分子显得特别有用。近年来，一种新的高时间分辨ESR技术，被用来研究激光光解所产生的瞬态顺磁物质（光解自由基）的电子自旋极化机制，以获得分子激发态和自由基反应动力学信息，成为光物理与光化学研究中了解光与分子相互作的一种重要手段。电子自旋共振技术的这种独特作用，已经在物理学、化学、生物学、医学、考古等领域得到了广泛的应用。

2.EPR基本原理

EPR 是把电子的自旋磁矩作为探针，从电子自旋磁矩与物质中其它部分的相互作用导致EPR 谱的变化来研究物质结构的，所以只有具有电子自旋未完全配对，电子壳层只被部分填充（即分子轨道中有单个排列的电子或几个平行排列的电子）的物质，才适合作EPR 的研究。不成对电子有自旋运动，自旋运动产生自旋磁矩, 外加磁场后，自旋磁矩将平行或反平行磁场方向排列。经典电磁学可知，将磁矩为μ的小磁体放在外磁场H 中，它们的相互作用能为：

E＝-μ· H = -μH cosθ

这里θ为μ与H 之间的夹角,当θ= 0 时，E = -μH, 能量最低，体系最稳定。θ=π时，E=μH，能量最高。如果体系从低能量状态改变到高能量状态，需要外界提供能量；反之，如果体系由高能量状态改变为低能量状态，体系则向外释放能量。

根据量子力学，电子的自旋运动和相应的磁矩为：

μs=－gβS

其中S 是自旋算符，它在磁场方向的投影记为MS, MS 称为磁量子数，对自由电子的MS 只可能取两个值，MS=±1/2, 因此，自由电子在磁场中有两个不同的能量状态，相应的能量是：

E±=±(1/2)geβH

记为： Eα= +(1/2)geβH

Eβ= -(1/2)geβH

式中Eα代表自旋磁矩反平行外磁场方向排列，能量最高；Eβ代表平行外磁场方向排列，能量最低。但当H=0 时，Eα=Eβ, 相应的Ms=±1/2 的两种自旋状态具有相同的能量。当H≠0 时，能级分裂为二，这种分裂称为Zemman 分裂。它们的能级差为：

△Ee=geβH

若在垂直稳恒磁场方向加一频率为υ的电磁辐射场，且满足条件：

hυ = gβH

式中，h—为Planck 常数，β—为Bohr 磁子，g —朗德因子;

则处在低能态的电子将吸收电磁辐射能量而跃入高能量状态，即发生受激跃迁，这就是EPR 现象。因而，hυ = gβH 称为实现EPR 所应满足的共振条件。

3．ｇ因子

自由电子g=ge=2.002，实际情况下g=h?/?B(H0+H’)，g反映分子内部结构（因附加磁场H’与自旋、轨道及相互作用有关)，自由基g值偏离很少超过±0.5%，非有机自由基，g值可以在很大范围内变化，过渡金属离子，因轨道角动量对磁矩有贡献，g偏离ge。

4.主要特征

由于通常采用高频调场以提高仪器灵敏度，记录仪上记出的不是微波吸收曲线（由吸收系数X''对磁场强强度H作图）本身，而是它对H的一次微分曲线。后者的两个极值对应于吸收曲线上斜率最大的两点，而它与基线的交点对应于吸收曲线的顶点。

g值从共振条件hv=gβH看来，h、β为常数，在微波频率固定后，v亦为常数，余下的g与H二者成反比关系，因此g足以表明共振磁场的位置。g值在本质上反映出一种物质分子内局部磁场的特征，这种局部磁场主要来自轨道磁矩。自旋运动与轨道运动的偶合作用越强，则g值对ge（自由电子的g值）的增值越大，因此g值能提供分子结构的信息。对于只含C、H、N和O的自由基，g值非常接近ge，其增值只有千分之几。

当单电子定域在硫原子时，g值为2.02-2.06。多数过渡金属离子及其化合物的g值就远离ge，原因就是它们原子中轨道磁矩的贡献很大。例如在一种Fe3+络合物中，g值高达9.7。

线宽通常用一次微分曲线上两极值之间的距离表示（以高斯为单位），称“峰对峰宽度”，记作ΔHpp。线宽可作为对电子自旋与其环境所起磁的相互作用的一种检测，理论上的线宽应为无限小，但实际上由于多种原因它被大大的增宽了。

超精细结构如在单电子附近存在具有磁性的原子核，通过二者自旋磁矩的相互作用，使单一的共振吸收谱线分裂成许多较狭的谱线，它们被称为波谱的超精细结构。设n为磁性核的个数，I为它的核自旋量子数，原来的单峰波谱便分裂成（2nI+1）条谱线，相对强度服从于一定规律。在化学和生物学中最常见的磁性核为1H及14N，它们的I各为1/2及1。如有n个1H原子存在，即得（n+1）条谱线，相对强度服从于（1+x）n中的二项式分配系数。如有n个14N原子存在，即得（2n+1）条谱线，相对强度服从于（1+x+X2）n中的3项式分配系数。超精细结构对于自由基的鉴定具有重要价值。

吸收曲线下所包的面积可从一次微分曲线进行两次积分算出，与含已知数的单电子的标准样品作比较，可测出试样中单电子的含量，即自旋浓度。

5.主要检测对象 可分为两大类：

①在分子轨道中出现不配对电子（或称单电子）的物质。如自由基（含有一个单电子的分子）、双基及多基（含有两个及两个以上单电子的分子）、三重态分子（在分子轨道中亦具有两个单电子，但它们相距很近，彼此间有很强的磁的相互作用，与双基不同）等。

②在原子轨道中出现单电子的物质，如碱金属的原子、过渡金属离子（包括铁族、钯族、铂族离子，它们依次具有未充满的3d，4d，5d壳层）、稀土金属离子（具有未充满的4f壳层）等。

三、实验内容和步骤

羟基自由基（?OH）等氧自由基是主要的活性物种，然而由于?OH 的活性高、寿命短，因而难以直接测定。捕获剂捕获短寿命的氧自由基生成相对稳定的、寿命较长的自由基，这些具有顺磁性的有机物种在磁场和微波的协同作用下容易被EPR 分析检测。 DMPO 是一种对氧自由基捕集效率很高的自旋捕集剂，而且形成的自旋加合物，DMPO-OH，有很特征的超精细分裂图谱和超精细分裂常数。

实验步骤如下：

1、取适量DMPO样品于样品管中装样，将样品管一端封住；

2、在插入样品管前用纸擦拭确保其干净；

3、样品管垂直放入谐振腔，等待EPR 检测。

4、调节仪器参数，得到谱图。

四、实验结果与讨论

得到数据见附图。从图中可见，DMPO-OH 的EPR 波谱由四条谱线组成，强度比为1:2:2:1。

五、实验心得

电子顺磁共振（EPR）和核磁共振（NMR）的区别：

a. EPR和NMR是分别研究电子磁矩和核磁矩在外磁场中重新取向所需的能量； b. EPR的共振频率在微波波段，NMR共振频率在射频波段；

c. EPR的灵敏度比NMR的灵敏度高，EPR检出所需自由基的绝对浓度约在10-8M的数量级；

d. EPR和NMR仪器结构上的差别，前者是恒定频率，采取扫场法，后者还可以恒定磁场，采取扫频法。

⏣ 静电场描绘实验报告 ⏣

实验题目：弗兰克赫兹实验

实验器材：F-H实验管、恒温加热电炉、F-H实验装置、示波器。

实验内容：

1.熟悉实验装置，掌握实验条件。

该实验装置由F-H管、恒温加热电炉及F-H实验装置构成，其装置结构如下图所示：

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F-V管中有足够的液态汞，保证在使用温度范围内管内汞蒸气总处于饱和状态。一般温度在100 ºC至250 ºC。并且由于Hg对温度的灵敏度高，所以温度要调好，不能让它变化太大。灯丝电压控制着阴极K发射电子的密度和能量分布，其变化直接影响曲线的形状和每个峰的位置，是一个关键的条件。

2.测量Hg的第一激发电位。

1)起动恒温控制器，加热地F-H管，使炉温稳定在157 ºC，并选择合适的灯丝电压，VG1K=2.5V，VG2p=1.5V，Vf=1.3V。

2)改变VG2k的值，并记录下对应的Ip值上(每隔0.2V记录一个数据)。

3)作数据处理，作出对应的Ip-VG2k图，并求出Hg的第一激发电位(用逐差法)。

3.测Ar原子的第一激发电位。

1)调节好相关的数据：Vp=8.36V，VG1=1.62V，VG2k=0~100V，Vf=2.64V;

2)将相关档位调到自由档位，在示波器上观看得到的Ip-VG2k图，是否符合实验要求(有六个以上的波峰)。再将相关档位调到手动档位。

3)手动改变VG2k的值，并记录下对应的Ip值上(每隔0.05V记录一个数据)。

4)作数据处理，作出对应的Ip-VG2k图，并求出Hg的第一激发电位(用逐差法)。

4.得出结论。

原始数据:

1. Vf=1.3V VG1K=2.5V VG2p=1.5V T=157ºC

求汞原子的第一激发电位的数据表

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2. Vp=8.36V VG1=1.62V VG2k=0~100V Vf=2.64V

求Ar原子的第一激发电位的数据表

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数据处理：

1. 求Hg原子的第一激发电位。

将在实验中记录下的数据，以点的形式描在x-y坐标上，并用平滑曲线连接后得到的图形为：大学物理实验报告-弗兰克赫兹实验 - zhou198865 - zhou198865的博客

得到的七个峰值(Ip)，对应的UG2K依次为：U1=7.0V , U2=11.6V , U3=16.0V , U4=21.0V , U5=25.8 V, U6=30.6V , U7=35.6V .

设Ux为Hg的第一激发电位，则有下列式子(逐差法)：

4*Ux1=U5-U1=25.8V-7.0V=18.8V, Ux1=4.7V;

4*Ux2=U6-U2=30.6V-11.6V=19.0V, Ux2=4.8V;

4*Ux3=U7-U3=35.6V-16.0V=19.6V, Ux3=4.9V

则大学物理实验报告-弗兰克赫兹实验 - zhou198865 - zhou198865的博客=大学物理实验报告-弗兰克赫兹实验 - zhou198865 - zhou198865的博客=4.8V.

不确定度分析：

uA=大学物理实验报告-弗兰克赫兹实验 - zhou198865 - zhou198865的博客

u0.68=1.32*uA=1.32*0.06V=0.08V.

则Ux=大学物理实验报告-弗兰克赫兹实验 - zhou198865 - zhou198865的博客大学物理实验报告-弗兰克赫兹实验 - zhou198865 - zhou198865的博客u0.68=4.8大学物理实验报告-弗兰克赫兹实验 - zhou198865 - zhou198865的博客0.08V.

2. 求Ar原子的第一激发电位。

将在实验中记录下的数据，以点的形式描在x-y坐标上，并用平滑曲线连接后得到的图形为：大学物理实验报告-弗兰克赫兹实验 - zhou198865 - zhou198865的博客

得到的六个峰值(Ip)，对应的UG2K依次为：U1=3.00V , U2=4.15V , U3=5.35V , U4=6.60V , U5=7.90V, U6=9.20V .

设Ux为Hg的第一激发电位，则有下列式子(逐差法)：

3*Ux1=U4-U1=6.60V-3.00V=3.60V, Ux1=1.20V;

3*Ux2=U5-U2=7.90V-4.15V=3.75V, Ux2=1.25V;

3*Ux3=U6-U3=9.20V-5.35V=3.85V, Ux3=1.28V

则

大学物理实验报告-弗兰克赫兹实验 - zhou198865 - zhou198865的博客=大学物理实验报告-弗兰克赫兹实验 - zhou198865 - zhou198865的博客=1.24V.

不确定度分析：

uA=大学物理实验报告-弗兰克赫兹实验 - zhou198865 - zhou198865的博客

u0.68=1.32*uA=1.32*0.023V=0.030V.

则Ux=大学物理实验报告-弗兰克赫兹实验 - zhou198865 - zhou198865的博客大学物理实验报告-弗兰克赫兹实验 - zhou198865 - zhou198865的博客u0.68=1.24大学物理实验报告-弗兰克赫兹实验 - zhou198865 - zhou198865的博客0.030V.

结论：由此可得，Hg的第一激发电位UxHg=4.8大学物理实验报告-弗兰克赫兹实验 - zhou198865 - zhou198865的博客0.08V，而Ar原子的第一激发电位为UxAr=1.24大学物理实验报告-弗兰克赫兹实验 - zhou198865 - zhou198865的博客0.030V。

思考题：

说明温度对充汞F-H管Ip-VG2k曲线影响的物理机制。

答：，在一定温度下(一般在发100 ºC至250 ºC)，才可得到合适压强的汞蒸气，这时汞原子的密度也是合适的。汞蒸气对温度非常敏感，如果温度不在合适范围之内，会影响到汞原子在F-H管内的密度。如果温度较低，会导致F-H管中汞原子的密度较小，就进一步为汞原子专门提供与电子碰撞，这就使得电子的平均自由程变大，电子有机会使积蓄的能量超过4.9V，从而使高激发态的激发概率迅速增加，会Ip有了对应的峰，并在Ip-VG2kr 曲线上有对应的峰，出现高激发态时的电位，这就会影响到实验的结果。如果温度较高，汞管内的密度较大，使电子每次能量到达4.9eV时，有足够大的概率与汞原子发生能量交换，使得电子的速度重新回到零，并需要重新加速，直到再次到达4.9eV，又与汞原子发生能量交换…….始终都在在基态和第一激发态之间，并且在Ip-VG2K曲线中会表现出有多个峰值，并且都是处在第一激发态上。则会使所以说，在实验中对汞的温度也有一定的讲究：过高时，则在Ip-VG2k曲线上会出现多个峰;过低则会使得出现高激发态上的峰值，在图中表现为，两个峰值的距离会加大。

实验心得:

1. 实验过程中，开始时使用的仪器，在调好了相关数据后，进行读数时，发现数据变化很小、，这就增大了读取数据的误差。后来换了一台仪器，读取时,电流随电压的改变而改变的幅度变大，这就大大减小了读取数据的误差，也使得实验中测量Hg的第一激发电位较为准确。所以我觉得在实验开始时调整好实验仪器，也是一件非常重要的事。

2. 在实验过程中，一定要定下心来。实验中读取数据有的时候是一件很枯燥单调的事，当需要读取的数据很多时，容易变得浮躁，使得会出现读取错误的情况。这就需要我们能够冷静自我，一心一意地去做自己要做的事，把需要实验的步骤做好。这很重要。

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