班 级 名：应用物理学1401班
作 者：U201410186 赵润晓
同组成员：U201410187 王羽霄
摘要：本实验用微波波导谐振腔测量微波波长，在此基础上，通过电子自旋共振原理，测量顺次物质DPPH中自由基的g因子值。
关键词：微波波导 电子自旋共振 g因子
一、引言
【实验目的及原理】
1. 实验目的。
①熟悉微波在波导中传输的特性，测定微波基本参数。
②了解电子自旋共振的基本原理和实验方法。
③观察并研究电子自旋现象，测量DPPH蝽卵中电子的g因子。
2. 实验原理。
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①用谐振腔测量微波波长。
电磁波在谐振腔中会发生反射，这是调整腔长，使得电磁波在腔体内形成驻波，这时进入谐振腔内并损耗的微波能量达到最大，而继续通过波导向前传输的信号就会达到最小，在检波器上出现吸收峰，这时标尺读数可以和微波波长建立对应。
②电子的磁矩
由原子物理学和量子力学知识，可以得到下表：
| 角动量 | 磁矩 | 10种打隐私的方法g因子值 |
轨道运动 | | | 1 |
自旋运动 | | | 2 |
合运动 | | | g |
外场方向 | | | |
| | | |
其中g因子由下式确定。
空气源热泵热水系统③电子自旋共振
因为原子总磁矩的空间取向是量子化的，因此当原子处于外磁场中时，磁矩与外磁场的相互作用能也是量子化的，使得能级分裂，两相邻能级差为
因此若向原子发射此能级差的光子，光子会被吸收，产生共振吸收现象。
二、实验过程
【实验内容】
1.搭建微波波导装置，测定微波波导波长。
2.观测并描绘ESR共振波形，测量共振情况下的微波频率和磁场。
3.计算标准样品DPPH中自由基的g因子，与公认值（2.0036）比较。
【实验仪器和方法】
1.实验仪器
实验仪器主要由于魔T相连的信号源，调配器，检波器，样品腔四部分组成。
信号源部分：包括微波信号源，隔离器，衰减器，波长表。
调配器部分：包括调配器和负载。
检波器部分：包括隔离器，检波器和微安表。
样品腔部分：包括样品谐振腔，电磁铁，扫场电厂。
2.实验方法
①测定微波波导波长。
利用DH1121B型三毫米固态信号源，产生3mm左右波长的电磁波，查表得微波信号源在标尺3.820mm时，产生9.37GHz实验所需电磁波。调整可变衰减器，使得检波下微安表读书为3/4满格。利用BD-1/035A空腔波长表频率刻度对照表，大致确定游标卡尺度数范围在4.634mm附近，最终到使得微安表度数大幅度下降对应的4.405mm。
利用驻波性质，我们决定采用电子共振·单螺调配器法（即当电子共振发生时，扫场下示波器显示共振信号，这时微安表显示检波信号为一极小值。此时移动单螺调配器，改变魔T的平衡，可发现微安表示数周期变化）测量波导波长。
②通过ESR测定DPPH的g因子值。
调节波长表，使其偏离共振位置。考虑魔T的特性，调节样品谐振腔活塞和单螺调配器刻度到最佳位置，使样品谐振腔和单螺调配器皆对微波信号谐振，然后开启扫场和磁场电流，示波器上即可出现电子顺磁共振信号。
【数据/结果的分析和讨论】
①电子共振·单螺调配器法测量波导波长
示意图见下页，利用平均值法可得λg=46.25mm。
②通过ESR测定DPPH的g因子值。
好记忆学习枕利用波长表和BD-1/035A空腔波长表频率刻度对照表，查表得电磁波频率9401.5MHz。
9401.5-9370=31.5＜40MHz，在允许误差之内。
调整磁场大小，在示波器上发现吸收峰，利用高斯计测得磁场334mT。通过电子自旋共振相关公式，可得
和公认值想比，误差（2.010-2.0036）/2.0036×100%=0.349%
【实验遇到的问题及解决的方法】
波导波长的测定
因为估计电磁波的波长会在3cm左右，故谐振腔腔长可变范围必须超过1.5cm，也就是半个波长（如下图），而波长表的量程只有0-1.5mm，不符合测量条件，无法测量不同的驻波
状态。事实证明也是如此。因此，我们利用电子自旋是魔T的状态，调节单螺调配器，因为单螺调配器的可变腔长在5cm以上，很容易的到了3种不同腔长的共振类型。
电子顺磁共振
三、实验小结
【体会或收获】
本次试验的内容，是最近学习的量子力学和电动力学的知识点，正觉得学习内容抽象难懂时，接受这次实验训练，使我对微波波导和电子自选共振有了更全面的认识。本学期的实
验不再同于大二时原理简单、操作容易的实验，在对仪器的操作，物理量的测量方面，有了更深入的认识。
【实验建议】
可以增加多种顺磁物质，不局限于类自由电子g因子的测量。
四、参考文献
华中科技大学物理学院实验教学中心，近代物理实验（I），38-45，2016年10月
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