动. 一个高速旋转的陀螺，当自转轴与重力方向不平行时，其自转轴会绕着重力方向缓慢 旋转，这种行为称为进动.从经典物理学的角度看，这种行为与原子核在外磁场作用下的 行为很相似，原子核就象一个有一定质量的高速旋转的小磁条，在不平行于自转轴的外磁 场B作用下发生进动，我们将看到4在与B垂直的X-Y平面上的投影分量在旋转，其转轴 平行与Z轴。这个旋转角频率正是。，旋转频率取决于原子核的属性以及外磁场的大小。 所以y又称为旋磁比。 3.共振信号 根据波尔兹曼的粒子数能级分布原理，在没有共振跃迁时，处在低能级的原子核数要 多于处在高能级的原子核数.当发生共振跃迁时，由于低能级往高能级跃迁的原子核数要 多于高能级往低能级跃迁的原子核数，所以净效果是使系统从外部磁场中吸收能量.磁场 强度越大，能级间隔越大，高低能级的原子核数之差也越大，因而信号也越强， 这个使外部高频磁场能量发生变化的过程是可以检测到的.为了能够产生一个能量状 态变化的过程，有两种方法：一种是固定磁场B。,连续改变高频磁场的频率，这种方法称 为扫频法：另一种方法是固定高频磁场的频率，在共振磁场强度附近连续改变场强，扫过 共振点，这种方法称为扫场法.这种方法需要在平行于静磁场的方向上迭加一个较弱的交 变磁场，简称扫场.本实验用的是后一种方法 在连续改变时，要求缓慢地通过共振点，这个缓慢是相对原子核的驰豫时间而言的.图 2给出了扫场频率为50Hz时，外磁场随时间的变化及相应的共振信号的关系.从图中可 知道，磁场的变化范围是B=B。±B，即能级间距也对应在改变，所以有一个捕捉范围.当 改变激发频率使∫进入捕捉范围时，就能发生共振.这时的共振信号的间隔可能是不等 的，如果继续调整频率使得共振信号的排列等间距，那么扫场就不参与共振，从而可确 定固定磁场B,的大小 B=B+B'cosa 20mS* 图2扫场、静磁场与共振信号的关系 本实验的扫场参数是频率为50Hz、幅度为10~103T.,对固体样品聚四氟乙烯来说， 这是一个变化很缓慢的磁场.其吸收信号如图3()所示.而对液态水样品来说却是一个 变化较快的磁场，其观察到的不再是单纯的吸收信号，将会产生拖尾现象，如图3(b)所 示.磁场越均匀，尾波中振荡次数越多.但如果水样品非常纯，反而看不到信号，或信号 很小.这是因为相对而言，纯水的驰豫时间太长（约2秒），原子核都被抽运到高能级达到3 动． 一个高速旋转的陀螺，当自转轴与重力方向不平行时，其自转轴会绕着重力方向缓慢 旋转，这种行为称为进动．从经典物理学的角度看，这种行为与原子核在外磁场作用下的 行为很相似，原子核就象一个有一定质量的高速旋转的小磁条，在不平行于自转轴的外磁 场 B 作用下发生进动，我们将看到m 在与 B 垂直的 X-Y 平面上的投影分量在旋转，其转轴 平行与 Z 轴。这个旋转角频率正是w ，旋转频率取决于原子核的属性以及外磁场的大小。 所以g 又称为旋磁比。 3．共振信号 根据波尔兹曼的粒子数能级分布原理，在没有共振跃迁时，处在低能级的原子核数要 多于处在高能级的原子核数．当发生共振跃迁时，由于低能级往高能级跃迁的原子核数要 多于高能级往低能级跃迁的原子核数，所以净效果是使系统从外部磁场中吸收能量．磁场 强度越大，能级间隔越大，高低能级的原子核数之差也越大，因而信号也越强． 这个使外部高频磁场能量发生变化的过程是可以检测到的．为了能够产生一个能量状 态变化的过程，有两种方法：一种是固定磁场 B0 ，连续改变高频磁场的频率，这种方法称 为扫频法；另一种方法是固定高频磁场的频率，在共振磁场强度附近连续改变场强，扫过 共振点，这种方法称为扫场法．这种方法需要在平行于静磁场的方向上迭加一个较弱的交 变磁场，简称扫场．本实验用的是后一种方法． 在连续改变时，要求缓慢地通过共振点，这个缓慢是相对原子核的驰豫时间而言的．图 2 给出了扫场频率为 50 Hz 时，外磁场随时间的变化及相应的共振信号的关系．从图中可 知道，磁场的变化范围是 ' B =B0±B ，即能级间距也对应在改变，所以有一个捕捉范围．当 改变激发频率 f，使 f 进入捕捉范围时，就能发生共振．这时的共振信号的间隔可能是不等 的，如果继续调整频率 f，使得共振信号的排列等间距，那么扫场就不参与共振，从而可确 定固定磁场 B0 的大小． g pv B 2 = B B B t = O + 'cosw 图 2 扫场、静磁场与共振信号的关系 本实验的扫场参数是频率为 50 Hz、幅度为 10-5～10-3 T．，对固体样品聚四氟乙烯来说， 这是一个变化很缓慢的磁场．其吸收信号如图 3（a）所示．而对液态水样品来说却是一个 变化较快的磁场，其观察到的不再是单纯的吸收信号，将会产生拖尾现象，如图 3（b）所 示．磁场越均匀，尾波中振荡次数越多．但如果水样品非常纯，反而看不到信号，或信号 很小．这是因为相对而言，纯水的驰豫时间太长（约 2 秒），原子核都被抽运到高能级达到