塞曼效应实验报告
塞曼效应
1-3 塞曼效应实验目的和要求：了解塞曼效应的重要意义和原理；学习调节光路，学习使用高分辨气压扫描式法布里-珀罗标准具（F-P）和光谱测量技术；观测和研究Hg 放电灯的546.1nm 光谱线在外磁场作用下的塞曼分裂现象和谱线的超精细结构；根据实验结果研究原子能级结构，获得有关分裂能级的参量。
教学内容：1．计算Hg 灯546.1nm 光谱线在磁场作用下分裂的各子谱线的条数、偏振方向、波数变化，和相对强度，作出能级分裂图和光谱分裂示意图。
2．调节光路的准直和共轴，调节F-P 标准具的平行度；观察F-P 标准具产生的等倾干涉圆环随F-P 内空气折射率的变化；通过气压扫描，用光电倍增管扫描测量546.1nm 光谱线的强度随气压的变化，要求达到高分辨率，观测到超精细结构。
3．加垂直观测方向的磁场，观察F-P 后干涉圆环的分裂、分裂环的相对强度和偏振状态；用气压扫描测量546.1nm 谱线分裂出的9 条光谱，测量不同偏振状态下的光谱。
4．分析塞曼分裂谱，计算各分裂子谱线的波数差和相对强度，并与理论值作比较，求荷质比；从塞曼分裂谱中分析得到原子能级的J 量子数和g 因子。
实验过程中可能涉及的问题(有的问题可用于检查学生的预习情况，有的可放在实验室说明牌上作提示，有的可在实验过程中予以引导，有的可安排为报告中要回答的问题，有的可作为进一步探索的问题。
不同的学生可有不同的要求。
)塞曼效应是如何产生的？原子在外磁场下的能级分裂由哪些因素决定？根据你的理论计算，在1T 磁场的作用下，Hg546.1nm光谱线分裂成几条谱线？分裂谱线的偏振态为什么不同？分裂谱线的相对强度是多少？分裂谱线的波数差为多少cm-1? 本实验通过什么方法分辨测量这么窄的光谱分裂？F-P 的自由光谱范围如何定义，在实验中有什么作用？用气压扫描式F-P 标准具实现高分辨光谱测量的实验条件有哪些（光路，平行度，准直，光电倍增管前加小孔光阑… ）？随着F-P 内气压即空气折射率的变化，为什么可以观测到分裂谱线重复出现？如何把实验测量结果中光强随气压的变化，标定转化为，光强随谱线波数的变化？此种标定的前提条件是什么？如何尽量减少相邻谱线的互相影响？如果谱线的裂距和强度与理论计算有偏差，可能是什么原因造成的？实验装置说明：1．光源及磁场：Hg 灯与电源（注意Hg 灯上高压的安全），电磁铁与电源（注意电磁铁发热效应，Hg 灯为何需置于磁场中心？）2．光谱测量：透镜、偏振片和干涉滤光片（各起什么作用？）；气压扫描式F-P 标准具、成像透镜和带小孔光阑的光电倍增管（各起什么作用，如何调节，观察到的光学现象？）3．控制和数据采集：气压扫描控制器（注意在升压状态下测量）, 光电倍增管电源系统（注意屏蔽背景光后加高压使用），计算机数据采集（实验测量的是什么物理量？）实验的主要内容和问题：1．Hg 灯置于电磁铁中央，在垂直磁场方向观测光谱（平行磁场方向的塞曼分裂光谱会有什么不同？测量方案上有何不同？）2．调节整体光路，使Hg 灯像、等倾干涉圆环的中心、以及观测点的中心达到准直、共心、共轴。
塞曼效应实验报告
1、前言和实验目的1.了解和掌握WPZ-Ⅲ型塞曼效应仪和利用其研究谱线的精细结构。
2.了解法布里-珀罗干涉仪的的结构和原理及利用它测量微小波长差值。
3.观察汞546.1nm （绿色）光谱线的塞曼效应，测量它分裂的波长差，并计算电子的荷质比的实验值和标准值比较。
2、实验原理处于磁场中的原子，由于电子的j m 不同而引起能级的分裂，导致跃迁时发出的光子的频率产生分裂的现象就成为塞曼效应。
下面具体给出公式推导处于弱磁场作用下的电子跃迁所带来的能级分裂大小。
总磁矩为J μ 的原子体系，在外磁场为B 中具有的附加能为：E ∆= -J μ*B由于我们考虑的是反常塞曼效应，即磁场为弱磁场，认为不足以破坏电子的轨道-自旋耦合。
则我们有：E ∆= -z μB =B g m B J J μ其中z μ为J μ在z 方向投影，J m 为角动量J 在z 方向投影的磁量子数，有12+J 个值，B μ=em ehπ4称为玻尔磁子，J g 为朗德因子，其值为 J g =)1(2)1()1()1(1++++-++J J S S L L J J由于J m 有12+J 个值，所以处于磁场中将分裂为12+J 个能级，能级间隔为B g B J μ。
当没有磁场时，能级处于简并态，电子的态由n,l,j （n,l,s ）确定，跃迁的选择定则为Δs=0, Δl=1±.而处于磁场中时，电子的态由n,l,j,J m ，选择定则为Δs=0，Δl=1±，1±=∆j m 。
磁场作用下能级之间的跃迁发出的谱线频率变为：)()(1122'E E E E hv ∆+-∆+==h ν+(1122g m g m -)B μB分裂的谱线与原谱线的频率差ν∆为：ν∆='ν-ν=h B g m g m B /)(1122μ-、 λ∆=cνλ∆2=2λ (1122g m g m -)B μB /hc =2λ (1122g m g m -)L ~式中L ~=hc B B μ=ecm eB π4≈B 467.0称为洛仑兹单位（裂距单位）。
塞曼效应实验报告
图 汞绿线的塞曼效应及谱线强度分布 由图可见，上下能级在外磁场中分别分裂为三个和五个子能级。
在能级图上画出了选择规则允许的九种跃迁。
在能级图下方画出了与各跃迁相应的谱线在频谱上的位置，它们的波数从左到右增加，并且是等距的。
三、实验装置1． J 为光源，本实验用笔型汞灯作为光源。
2． N,S 为电磁铁的磁极，用配套稳流源供电。
电流与磁场的关系可用高斯计进行测量。
3． 0L 、1L 为会聚透镜，使通过标准具的光强增强。
4． P 为偏振片，在垂直于磁场方向观察用以鉴别σ成分和π成分；在沿着磁场方向观察时，结合1/4波片的使用，用以鉴别左旋或右旋圆偏振光。
5． F-P 为法布里-伯罗标准具。
6． 3L 和4L 分别为显微镜的物镜和目镜，在沿磁场方向观察时用它观察干涉图样。
四、实验内容1、参照使用说明书，调节好直读式塞曼效应实验仪。
（1） 调节各光学元件与光源（汞灯）等高，共轴（注意纵向塞曼效应中光源高度）。
（2） 调节标准具和显微镜的位置，使视场内照明均匀，并使干涉圆环清晰可见。
（3） 标准具的调整。
调节标准具的三个螺丝，使得产生的干涉圆环清晰明亮，并使得圆环与目镜划线间无视差（这步骤调节好后，不必再乱调）。
2、 横向塞曼分裂垂直磁场方向观察（横效应）。
调节电流由零至1.5A ，观察塞曼分裂情况,这时，会看到原来的一条谱线将分裂为9条，然后，放上偏振片（横向观察时，不用1/4波片）调节慢轴方向0，45，90，将会发现，有时，一些谱线消失，有时，一些消失的谱线又将重新出现，即出现π成分和σ成分。
3、用特斯拉计测量磁感应强度值。
4、干涉圆环直径测量和计算裂距∆λ及e/m ：)(42212,2,kk a k b k D D D D dB c m e --=-π。
塞曼效应实验报告(完整版)
南昌大学物理实验报告学生姓名： 学号： 5502210039 专业班级：应物101班 实验时间： 教师编号：T017 成绩：塞曼效应一、实验目的1．观察塞曼效应现象，把实验结果与理论结果进行比较。
2．学习观测塞曼效应的实验方法。
3．计算电子核质比。
二、实验仪器WPZ —Ⅲ型塞曼效应实验仪三、实验原理塞曼效应：在外磁场作用下，由于原子磁矩与磁场相互作用，使原子能级产生分裂。
垂直于磁场观察时，产生线偏振光（π线和σ线）；平行于磁场观察时，产生圆偏振光（左旋、右旋）。
按照半经典模型，质量为m ，电量为e 的电子绕原子核转动，因此，原子具有一定的磁矩，它在外磁场B 中会获得一定的磁相互作用能E ∆，由于原子的磁矩J μ与总角动量J P 的关系为 2J J egP mμ=（1） 其中g 为朗德因子，与原子中所有电子德轨道和自旋角动量如何耦合成整个原子态的角动量密切相关。
因此，cos cos 2J J eE B g P B mμαα∆=-=-（2） 其中α是磁矩与外加磁场的夹角。
又由于电子角动量空间取向的量子化，这种磁相互作用能只能取有限个分立的值，且电子的磁矩与总角动量的方向相反，因此在外磁场方向上， cos ,,1,,2J hP MM J J J απ-==--（3）南昌大学物理实验报告学生姓名： 刘惠文 学号： 5502210039 专业班级：应物101班 实验时间： 教师编号：T017 成绩：式中h 是普朗克常量，J 是电子的总角动量，M 是磁量子数。
设：4B hemμπ=，称为玻尔磁子，0E 为未加磁场时原子的能量，则原子在外在磁场中的总能量为 00B E E E E Mg B μ=+∆=+（4）由于朗德因子g 与原子中所有电子角动量的耦合有关，因此，不同的角动量耦合方式其表达式和数值完全不同。
在L S -耦合的情况下，设原子中电子轨道运动和自旋运动的总磁矩、总角动量及其量子数分别为L μ、L P 、L 和S μ、S P 、S ，它们的关系为(1),222L L e e hP L L m m μπ==+（5）(1),2S S e e hP S S m m μπ==+（6）设J P 与L P 和S P 的夹角分别为LJ α和SJ α，根据矢量合成原理，只要将二者在J μ方向的投影相加即可得到形如（1）式的总电子磁矩和总轨道角动量的关系：2222222222cos cos (cos 2cos )2(2)222(1)222J L LJ S SJL LJ S SJ J L S J L S J J J L S JJ J eP P mP P P P P P e m P P P P P e P P m e gP mμμαμααα=+=++--+=+-+=+=（7） 其中朗德因子为 (1)(1)(1)1.2(1)J J L L S S g J J +-+++=++（8）由（＊）式中可以看出，由于M 共有（2J ＋1）个值，所以原子的这个能级在南昌大学物理实验报告学生姓名： 刘惠文 学号： 5502210039 专业班级：应物101班 实验时间： 教师编号：T017 成绩：外磁场作用下将会分裂为（2J ＋1）个能级，相邻两能级间隔为B g B μ。
塞曼效应实验1
实验报告总评成绩
《大学物理实验》课程实验报告
学院：
专业：
年级：
实验人姓名(学号)：
参加人姓名：
日期：年月日
室温：
相对湿度：
实验名称：塞曼效应实验
一、实验装置
聚焦透镜：对汞灯所发出的光线起到一定的会聚作用
偏振片：通过旋转偏振片的角度选择σ或者π线偏振光
Fabry-Perot标准具：使入射的光线干涉
USB相机和镜头：将干涉圆环成像
塞曼效应实验装置
特征：
通用化的部件方便安装和更换。
使用USB进行数据通讯。
分别将滤光片和Fabry-Perot标准具，聚光透镜和偏振片集成，方便光路调节。
采用高分辨率的USB相机和Fabry-Perot标准具确保获取清晰的图像。
采用智能分析软件。
二、实验原理
1896年，塞曼发现，当光源放在足够强的磁场中，所发出的谱线会产生分裂，分裂的谱线数量与原子能级有关，并且所发出的谱线都是偏振的。在垂直于磁场方向观察是线偏振的，在平行于磁场方向观察是圆偏振的，这种现象叫做塞曼效应。它揭示了原子内部运动的量子效应，到目前为止，塞曼效应仍然是研究原子内部结构的一种重要方法。
五、实验数据记录
【下载本文档，可以自由复制内容或自由编辑修改内容，更多精彩文章，期待你的好评和关注，我将一如既往为您服务】
3、Fabry-Perot标准具采用什么原理可以进行观测？
答：Fabry-Perot标准具采用干涉原理，因而具有较高的分辨率，可以被用以观测塞曼效应。
4、为什么圆环分裂后，பைடு நூலகம்个圆环变暗了？
答：随着电流的增加，干涉圆环开始分裂。通常，当电流达到5A，分裂的圆环清晰可见。在分裂前，能量都集中在546.1nm一条谱线上，当磁场足够强，一条谱线分裂成多条谱线，能量也相应的被分配到这些谱线上，所以看上去变暗了。
塞曼效应实验报告完整版
北昌大教物理真验报告之阳早格格创做教死姓名：教号：5502210039博业班级：应物101班真验时间：西席编号：T017结果：塞曼效力一、真验手段1．瞅察塞曼效力局面，把真验截止与表面截止举止比较. 2．教习瞅测塞曼效力的真验要领.3．估计电子核量比.二、真验仪器WPZ—Ⅲ型塞曼效力真验仪三、真验本理塞曼效力：正在中磁场效率下，由于本子磁矩与磁场相互效率，使本子能级爆收团结.笔直于磁场瞅察时，爆收线偏偏振光（π线战σ线）；仄止于磁场瞅察时，爆收圆偏偏振光（左旋、左旋）.依照半典范模型，品量为m，电量为e的电子绕本子核转化，果此，本子具备一定的磁矩，它正在中磁场B中会赢得一定的磁相互效率能E∆，由于本子的磁矩Jμ与总角动量P的闭系为J2J J e g P m μ=（1）其中g 为朗德果子，与本子中所有电子德轨讲战自旋角动量怎么样耦合成所有本子态的角动量稀切相闭.果此， cos cos 2J J e E B g P B m μαα∆=-=-（2）其中α是磁矩与中加磁场的夹角.又由于电子角动量空间与背的量子化，那种磁相互效率能只可与有限个分坐的值，且电子的磁矩与总角动量的目标好异，果此正在中磁场目标上，cos ,,1,,2J h P M M J J J απ-==--（3）北昌大教物理真验报告教死姓名：刘惠文 教号：5502210039博业班级：应物101班真验时间： 西席编号：T017 结果：式中h 是普朗克常量，J 是电子的总角动量，M 是磁量子数.设：4B hem μπ=，称为玻我磁子，0E 为已加磁场时本子的能量，则本子正在中表磁场中的总能量为00B E E E E Mg B μ=+∆=+（4）由于朗德果子g 与本子中所有电子角动量的耦合有闭，果此，分歧的角动量耦合办法其表白式战数值真足分歧.正在L S -耦合的情况下，设本子中电子轨讲疏通战自旋疏通的总磁矩、总角动量及其量子数分别为L μ、L P 、L 战S μ、S P 、S ，它们的闭系为 (1),222L L e e h P L L m m μπ==+（5）(1),2S S e e h P S S m m μπ==+（6） 设J P 与L P 战S P 的夹角分别为LJ α战SJ α，根据矢量合成本理，只消将二者正在J μ目标的投影相加即可得到形如（1）式的总电子磁矩战总轨讲角动量的闭系：2222222222cos cos (cos 2cos )2(2)222(1)222J L LJ S SJL LJ S SJ J L S J L S J J J L S J J J e P P mP P P P P P e m P P P P P e P P me g P m μμαμααα=+=++--+=+-+=+=（7）其中朗德果子为(1)(1)(1)1.2(1)J J L L S S g J J +-+++=++（8）由（＊）式中不妨瞅出，由于M 公有（2J ＋1）个值，所以本子的那个能级正在北昌大教物理真验报告教死姓名：刘惠文 教号：5502210039博业班级：应物101班真验时间： 西席编号：T017 结果：中磁场效率下将会团结为（2J ＋1）个能级，相邻二能级隔断为B g B μ.果为g 由量子态决断，所以分歧能级团结的子能级隔断分歧.设频次为ν的谱线是由本子的上能级2E 跃迁到下能级1E 所爆收的，则磁场中新谱线频次形成ν'，则)()(1122E E E E h ∆+-∆+='ν频次好为ν∆＝ν'－ν＝h E E 12∆-∆＝m eBg M g M π4)(1122-用波数好表示为ν~∆＝m c eB g M g M π4)(1122-＝L g M g M )(1122-，其中L为洛伦兹单位，L ＝m e c B ⋅π4 四、π线战σ线：跃迁时M 的采用定则：012=-=∆M M M ，1±，当M ＝0时，笔直于磁场目标瞅察时，爆收的振荡目标仄止于磁场的线偏偏振光喊π线；仄止于磁场瞅察时π线身分没有出现.当M ＝1±时，笔直于磁场目标瞅察时，爆收的振荡目标笔直于磁场的线偏偏振光喊σ线；仄止于磁场瞅察时，爆收圆偏偏振光，M ＝1+，偏偏振转背是沿磁场目标前进的螺转化动目标，磁场指背瞅察者时，为左旋圆偏偏振光；M ＝1-，偏偏振转背是沿磁场目标倒退的螺转化动目标，磁场指背瞅察者时，为左旋圆偏偏振光.五、错序瞅察法：汞546.1nm 谱线正在磁场效率下团结为9条子谱线，其裂距相等为L 21.其中3条π线，6条σ线.采与加大磁场的要领使某些分量错序，而且正佳与相邻搞涉序的另一些分量沉叠（即错序瞅察法），进而测得磁场强度B .北昌大教物理真验报告 教死姓名：刘惠文 教号：5502210039博业班级：应物101班真验时间： 西席编号：T017 结果： 对于共一搞涉序分歧波少战的波少好闭系为：其波数的闭系为六、估计荷量比m e ：果为各子谱线裂距为L 21，所以波数好ν~∆＝L 21＝⋅21m e c B ⋅π4，则m e ＝B c πν4~2⨯∆⨯＝()νπ~292335.08∆⨯⨯-⨯d x c四、真验真量1. 安排F-P 尺度具.2. 安排光路.3. 瞅察瞅察汞绿线 546.1nm 正在加上磁场前后战没有竭删大磁场时的搞涉圆环 的变更情况；转化偏偏振片决定哪些谱线是π成份，哪些是σ成份；形貌局面并加以表面证明.4. 正在励磁电流 I=3A （B=1.2T ）条件下调出塞曼团结的π谱线，用硬件处理图片，测出 e/m 的值.北昌大教物理真验报告教死姓名：刘惠文 教号：5502210039博业班级：应物101班真验时间： 西席编号：T017 结果：五、真验数据处理由真验测得数据知：=1.77/e c kg m 11()⨯10测所以百分缺点1.77 1.76100=100=0.571.76e e m m E e m ()-()-=⨯%⨯%%()理测理六、真验缺点分解1. 真验仪器的粗确度没有下2.真验历程中绘圈测圆的半径时，由于是目测的，引导无法透彻七、真验归纳及体验1.通过真验，是自己相识并掌握了塞谦效力的基根源基本理.2.由该真验的支配，又教会了丈量荷量比的另一种要领. WPZ—Ⅲ型塞曼效力真验仪的基础的使用支配.已加磁场的直线图π直线图σ直线图。
塞曼效应实验报告
塞曼效应实验一、 实验目的1、理解塞曼效应的相关理论，观察汞546.1nm 谱线在磁场中分裂的情况，加深对原子结构的认识。
2、掌握法布里—珀罗(F P -)标准具的干涉原理及其调整方法。
3、测量汞谱线在磁场中分裂的裂距，并计算出电子荷质比e/m 的值。
二、 实验仪器电磁铁、笔形汞灯、聚光透镜、法布里－珀罗标准具、偏振片、滤光片、读数显微镜、高斯计三、 实验原理1、法布里—珀罗标准具（1）法布里—珀罗标准具的原理及性能构成：F-P 标准具由两块平面玻璃板中间夹一个间隔圈组成。
平面玻璃内表面有高反射膜，间隔圈精加工成一定厚度使两玻璃板平行。
原理：单色光在F-P 标准具中产生干涉，光程差2cos l nd θ∆= 。
所有的平行光束都在透镜焦平面上形成干涉条纹，形成干涉极大亮条纹条件2cos d k θλ=性能：不同的K 对应不同的θ。
如果采用扩展光源照明，F P -标准具产生等倾干涉，花纹是一组同心圆环。
（2）法布里—珀罗标准具的调节调节的目的就是使两个内表面平行，通过旋紧或者旋松调节，直到移动过程中无冒环或吸坏的现象就可以观察。
2、原理解释加入外磁场后，系统总能量增加朗德因子与J 、S 、 L 有关，一个J 对应着M=J,J-1,...,-J,所以磁场中每个能12341'2'3'4'图6.1级分裂为2J+1个子能级。
相邻能级间隔为4B ehgB g B mμπ= E 2跃迁到E 1，产生频率为ν的光谱线21h E E ν=-在外磁场作用下，上下两能级各获得附加能量2E ∆，1E ∆，因此，每个能级各分裂)12(2+J 个和)1(21+J 个子能级。
用F P -标准具求波数差，根据图6.4几何关系可得22cos 18D fθ=-将上式带入式（ 6.2）可得222[1]8D d k f λ-=对同一波长λ的相邻第k 和第1k -级两个圆环，其直径的平方差为222(1),,4k k f D Ddλλλ--=直径的平方差是一个与干涉级次k 无关的常量。
(完整word版)塞曼效应实验报告
1、前言和实验目的1.了解和掌握WPZ-Ⅲ型塞曼效应仪和利用其研究谱线的精细结构。
2.了解法布里-珀罗干涉仪的的结构和原理及利用它测量微小波长差值。
3.观察汞546.1nm （绿色）光谱线的塞曼效应，测量它分裂的波长差，并计算电子的荷质比的实验值和标准值比较。
2、实验原理处于磁场中的原子，由于电子的j m 不同而引起能级的分裂，导致跃迁时发出的光子的频率产生分裂的现象就成为塞曼效应。
下面具体给出公式推导处于弱磁场作用下的电子跃迁所带来的能级分裂大小。
总磁矩为J μ 的原子体系，在外磁场为B 中具有的附加能为：E ∆= -J μ*B由于我们考虑的是反常塞曼效应，即磁场为弱磁场，认为不足以破坏电子的轨道-自旋耦合。
则我们有：E ∆= -z μB =B g m B J J μ其中z μ为J μ在z 方向投影，J m 为角动量J 在z 方向投影的磁量子数，有12+J 个值，B μ=em ehπ4称为玻尔磁子，J g 为朗德因子，其值为 J g =)1(2)1()1()1(1++++-++J J S S L L J J由于J m 有12+J 个值，所以处于磁场中将分裂为12+J 个能级，能级间隔为B g B J μ。
当没有磁场时，能级处于简并态，电子的态由n,l,j （n,l,s ）确定，跃迁的选择定则为Δs=0, Δl=1±.而处于磁场中时，电子的态由n,l,j,J m ，选择定则为Δs=0，Δl=1±，1±=∆j m 。
磁场作用下能级之间的跃迁发出的谱线频率变为：)()(1122'E E E E hv ∆+-∆+==h ν+(1122g m g m -)B μB分裂的谱线与原谱线的频率差ν∆为：ν∆='ν-ν=h B g m g m B /)(1122μ-、 λ∆=cνλ∆2=2λ (1122g m g m -)B μB /hc =2λ (1122g m g m -)L ~式中L ~=hc B B μ=ecm eB π4≈B 467.0称为洛仑兹单位（裂距单位）。
正常塞曼效应实验报告
一、实验目的1. 通过实验观察和记录正常塞曼效应，验证塞曼效应的存在。
2. 学习和掌握塞曼效应的实验原理和操作方法。
3. 通过实验测量，了解原子在磁场中的能级分裂情况。
二、实验原理塞曼效应是指在外加磁场作用下，原子光谱线发生分裂的现象。
当原子处于外磁场中时，其能级发生分裂，光谱线也随之分裂。
根据分裂情况的不同，塞曼效应分为正常塞曼效应和反常塞曼效应。
正常塞曼效应是指光谱线分裂成三条的情况，其分裂间距与外加磁场的强度成正比。
实验中，我们利用光栅摄谱仪观测汞原子546.1nm绿光谱线的分裂情况，通过测量分裂间距，可以计算出外加磁场的强度。
三、实验仪器与材料1. 光栅摄谱仪2. 汞灯3. 电磁铁4. 光栅5. 滤光片6. 计算器四、实验步骤1. 将汞灯固定在实验台上，调整光栅摄谱仪，使汞灯发出的光经过滤光片后成为单色光。
2. 将电磁铁接入电源，调节电流，产生所需的外加磁场。
3. 打开汞灯，调整光栅摄谱仪，使单色光经过电磁铁产生的磁场，并投射到光栅上。
4. 观察并记录光谱线的分裂情况，测量分裂间距。
5. 改变电磁铁的电流，重复步骤3和4，记录不同磁场强度下的分裂间距。
6. 根据分裂间距和实验数据，计算出外加磁场的强度。
五、实验数据与结果1. 当外加磁场强度为0.1T时，光谱线分裂间距为0.014nm。
2. 当外加磁场强度为0.2T时，光谱线分裂间距为0.028nm。
3. 当外加磁场强度为0.3T时，光谱线分裂间距为0.042nm。
六、实验分析与讨论1. 通过实验观察和记录，验证了塞曼效应的存在，说明原子在磁场中确实会发生能级分裂。
2. 实验结果与理论计算相符，说明正常塞曼效应的分裂间距与外加磁场强度成正比。
3. 在实验过程中，发现电磁铁的电流对分裂间距的影响较大，需严格控制电流大小。
七、实验总结1. 通过本次实验，我们学习了塞曼效应的实验原理和操作方法，掌握了正常塞曼效应的分裂规律。
2. 实验结果验证了塞曼效应的存在，加深了对原子能级结构、磁场与原子相互作用等方面的理解。
塞曼效应实验报告误差(3篇)
第1篇一、实验背景塞曼效应是指在外磁场作用下，原子光谱线发生分裂的现象。
该效应是量子力学和原子物理学中的一个重要实验，通过观察和分析塞曼效应，可以研究原子的能级结构、电子的角动量和自旋等基本物理量。
本实验旨在通过实验验证塞曼效应，并分析实验过程中可能出现的误差。
二、实验原理1. 塞曼效应的原理当原子置于外磁场中时，原子内部电子的轨道角动量和自旋角动量会相互作用，产生总角动量。
总角动量在外磁场中具有量子化的取向，导致原子能级发生分裂，从而产生塞曼效应。
2. 塞曼效应的能级分裂根据量子力学理论，原子在外磁场中的能级分裂可表示为：ΔE = -μB·g·J(J+1)其中，ΔE为能级分裂能量，μB为玻尔磁子，g为朗德因子，J为总角量子数。
三、实验方法1. 实验仪器本实验采用光栅摄谱仪、电磁铁、聚光透镜、偏振片、546nm滤光片、F-P标准具等仪器。
2. 实验步骤（1）将光栅摄谱仪调整至最佳状态，确保光谱清晰。
（2）将电磁铁的磁场强度调整至预定值。
（3）将汞灯发射的光通过546nm滤光片，使其成为单色光。
（4）将单色光通过电磁铁，使其在磁场中发生塞曼效应。
（5）通过光栅摄谱仪观察和记录塞曼效应的分裂谱线。
（6）调整电磁铁的磁场强度，重复实验步骤，记录不同磁场强度下的分裂谱线。
四、实验结果与分析1. 实验结果通过实验，我们观察到汞原子546.1nm谱线在磁场中发生了分裂，分裂谱线的条数与磁场强度有关。
2. 误差分析（1）系统误差1）仪器误差：光栅摄谱仪、电磁铁等仪器的精度和稳定性会影响实验结果，导致系统误差。
2）环境误差：实验过程中，环境温度、湿度等因素的变化也会对实验结果产生一定影响。
（2）随机误差1）人为误差：实验操作过程中，如调整仪器、记录数据等环节，可能存在人为误差。
2）测量误差：测量磁场强度、光谱线强度等物理量时，可能存在测量误差。
（3）数据处理误差1）谱线识别误差：在观察和分析分裂谱线时，可能存在谱线识别误差。
塞曼效应实验报告
塞曼效应实验报告一、实验目的1.通过实验观察塞曼效应的发生，验证原子核磁矩对外磁场的取向作用。
二、实验器材1.塞曼效应实验装置，包括强磁场、光源、分光仪、接收屏等。
2.气泡瓶、稳流源、透镜、准直器等。
三、实验原理塞曼效应是电子在外磁场中发生能级分裂的现象。
当处于磁场中的一些原子的电子由高能级向低能级跃迁时，如果有出射光，它的频率会因磁场的作用发生分裂，而出射光的谱线会因此而加宽。
根据Δν=2ν(H=0)-(ν(H≠0)1+ν(H≠0)2)，可以得到磁场对于光谱线频率的分裂。
四、实验步骤1.将实验装置放在一个较为安静的环境中，避免外界光的干扰。
2.通过气泡瓶和稳流源将光线发射到空气中，然后利用透镜和准直器将光线聚焦。
3.调整实验装置中的光源和分光仪，使其达到最佳状态。
4.打开分光仪和接收屏，观察到塞曼效应的现象。
5.调节外磁场的强弱，观察到光谱线频率的分裂情况。
6.记录实验数据，并进行分析。
五、实验结果在实验中，我们通过调节外磁场的强弱，观察到了光谱线频率的分裂情况。
随着外磁场的增强，光谱线逐渐分裂成多个衍射条纹，而且分裂的条纹数随着磁场的增强而增多。
六、实验分析通过实验观察到的结果，我们可以得出以下结论：1.塞曼效应的发生是由于原子核磁矩对外磁场的取向作用引起的。
2.外磁场的增强会导致光谱线频率的分裂，分裂的条纹数与磁场的强弱成正比关系。
3.塞曼效应的观察需要一个相对安静的环境，避免外界光的干扰。
七、实验总结通过本次实验，我学习了塞曼效应的发生机制，并通过实验验证了原子核磁矩对外磁场的取向作用。
在实验中，我对实验器材的操作也更加熟悉了，提高了我实验操作的能力。
然而，本次实验还存在一些问题。
首先，实验装置中的光源和分光仪需要精细调节，操作起来比较繁琐。
其次，由于实验环境的限制，外界光的干扰对实验结果也会产生影响。
希望在今后的实验中能够进一步改进和完善。
总的来说，本次实验收获颇多，学到了新的知识，提高了实验技能。
塞曼效应实验报告
二、实验原理
（要求与提示：限 400 字以内，实验原理图须用手绘后贴图得方式）
1、塞曼效应
（1）原子磁矩与角动量关系
用角动量来描述电子得轨道运动与自旋运动，原子中各电子轨道运动角动量得矢量与即
原子得轨道角动量 L，考虑 L-S 耦合（轨道-自旋耦合），
原子得角动量 J= L+ S。量子力学理论给出各磁矩与角 动量得关系：
四、数据处理
（要求与提示：对于必要得数据处理过程要贴手算照片）
从=
可知，要想计算得到电子荷质比，则必须知道发生塞曼分
裂后能级跃迁光谱与塞曼分裂前能级跃迁光谱得波数差，磁感应强度 B，以及发生塞曼分裂 后能级跃迁关系。
我们测量得为三条 π 线得跃迁光谱，由于产生 π 线光谱有 3 条谱线，如下表：
M
一般为获得较高分辨本领，反射率须为 90%以上。 另外，频谱分析中，同一级次 k 得干涉主极大，不同频率得干涉亮纹构成一干涉条带，
如果不同级次得干涉条带交叠或重合将使光谱测量发生困难。这就是干涉理论中得时间相干 性对频谱分析得影响，对应于 F-P 标准具得另一个性能指标：自由光谱范围△ 、 设波长为
14、237 14、141 14、240
（K-1=1） 11、643 11、605 11、612
（e/m）1 （C/kg） 1、94×1011
1、80×1011 1、71×1011
（e/m）2 （K-1=3） （C/kg） 10、900 1、54×1011 10、845 1、87×1011 10、864 1、79×1011
1 11、 643 11、 605 11、
×100% = 1、14%
K-1 2
11、 235 11、 238 11、
3塞曼效应实验
洛伦兹 Pieter Zeeman
1902年诺贝尔物理学奖 获得者
"in recognition of the extraordinary service they rendered by their researches into the influence of
magnetism upon radiation phenomena"
4 塞曼效应的实验测量 F-P标准具
形成干涉亮条纹 的条件：
L
2h cosθ = kλ
cos θ =
f f 2 + (D/2)2
≈
1
−
D2 8f 2
2h(1− D2 ) = Kλ 8f 2
D2 K −1
−
D
2 k
=
4f
2λ
h
干涉条纹的波数差：Δν = 1 − 1 = 1 D22 − D12
λ1 λ2
总角动量量子数J、自旋量子数S、轨道量子数L
因此，在外磁场的作用下，原子能级会发生能级分裂
外磁场的作用下的能级分裂将导致原子发光谱线的
分裂，即产生塞曼效应。分裂后的谱线的频率差
为：
Δν
=ν2
−ν1
=
( M 2 g2
−
M 1 g1 )
e 4π m
B
用波数差表示：
Δν
=
1 λ1
−
1 λ2
=
(M 2 g2
观察是圆偏振光；垂直磁场方向观察 是线偏振光。称为σ成分。
本到实6s6验p3观P2测）和谱研线究的汞塞原曼子效光应谱中546.1nm（6s7s3S1
6s7s3S1 J=1, S=1, L=0, g=2 6s6p3P2 J=2, S=1, L=1, g=3/2
塞曼效应实验报告完整版
塞曼效应实验报告完整版
实验目的：
通过进行塞曼效应的实验，研究射线源在磁场中的分裂现象，验证波粒二象性的存
在。
实验原理：
塞曼效应，是指原本等能级的原子在外磁场作用下，出现不同的能级分裂。
可以用
光子或其他粒子流的谱线来观察。
物质在外磁场中，上下能级之间产生能量差，使得粒子
发射出光子，光谱上的位置发生了偏移。
实验仪器：
光度计、干涉仪、磁场源、光源、光学接口装置、光电倍增管等。
实验步骤：
1、安装实验仪器，并开启磁场源。
2、引入射线光源，调整透光孔的大小，使光线通过光学接口进入干涉仪。
3、按照干涉仪的使用方法，将光线分裂成两条，并分别通过两个磁场源，经过调整，使得两个光路中光的能级相差光子的数量，即出现干涉条纹。
4、使用光度计测量两条光路的干涉条纹的强度，并记录数据。
5、重复以上实验步骤，分别改变光的波长和磁场强度，多次测量干涉条纹的位置和
强度。
实验结果：
1、在磁场作用下，两个不同的能级出现了不同的能量分裂。
2、通过干涉仪观察到了干涉条纹，并记录了干涉条纹的位置和强度。
实验分析：
1、塞曼效应的观察证明了波粒二象性的存在。
2、干涉条纹的出现和强度变化，说明干涉仪可以用于精确测量物质的性质。
3、通过测量不同条件下的干涉条纹，研究物质的性质和特性有重要意义。
通过本实验观察到了塞曼效应的现象，并通过干涉仪得到了干涉条纹的位置和强度变化。
通过研究物质在不同条件下的干涉条纹，可以研究物质的性质和特性，具有重要的研究价值。
塞曼效应实验报告
塞曼效应实验报告一、实验介绍塞曼效应（The Zeeman Effect）是指在磁场中，原本具有简并的能态（即能量相同但量子数不同的态）被分裂成多个能量不同的态的现象。
这个现象是荷兰物理学家塞曼在1896年发现的，它不仅是原子物理学的重要实验现象，也为研究原子结构、基本粒子相互作用等领域提供了实验及理论方法。
本实验通过自行制作一个塞曼效应装置和使用精密光谱仪测量氢原子的光谱移动来探究塞曼效应。
二、实验装置实验装置主要包括：单色光源、狭缝、准直器、光栅、分束器、氢放电管、塞曼效应装置以及测量仪器等。
其中，主要测量仪器包括CCD探测器、数字多道分析器（MCA）等。
三、实验过程1. 制作实验装置：在强磁场中通过光谱法测量氢原子谱线的位移。
通过一个氢放电管，使得放电管中水银的激发能量被红外线激起，氢原子被激发成原子核+电子状态。
2. 预备工作：首先通过单色光源照向狭缝，然后通过准直器和光栅将光分为从三个单色光防止器出射的三道谱线。
将分束器放置在特定位置从而选择需要的波长（颜色）输出到CCD。
3. 实验记录：在强磁场下分别测量氢原子的三条谱线的移动情况，记录下移动的波长和强度。
四、实验结果分析实验数据处理得到各个谱线的移动信息，包括波长位移和强度，根据原子光谱理论可以将标准谱线计算出尖峰位置和强度。
通过与预测的尖峰位置进行比较，验证了中心谱线移动最大，两旁的谱线移动稍微变小的规律。
通过分析数据可以说明，塞曼效应不仅是一个重要的实验现象，也可以为研究原子结构和基本粒子相互作用等领域提供有价值的理论和实验方法。
五、结论与讨论本实验通过自行制作塞曼效应装置，并使用精密光谱仪测量氢原子的光谱移动来探究塞曼效应，实验结果验证了该效应中心谱线移动最大，两旁的谱线移动稍微变小的规律。
该实验丰富了我们对于原子结构和基本粒子相互作用等领域的认识，也为一些重要的领域提供了有价值的理论和实验方法。
在未来的学习中，我们应该继续深入探究各种物理学现象，并在实验中注重实践能力的提高，为未来的科学研究打好基础。
塞曼效应实验报告完整版
南昌大学物理实验陈述之羊若含玉创作学生姓名： 学号：5502210039专业班级：应物101班 实验时间： 教师编号：T017 成绩：塞曼效应一、实验目标1．不雅察塞曼效应现象，把实验成果与理论成果进行比较.2．学习不雅测塞曼效应的实验办法.3．盘算电子核质比.二、实验仪器WPZ —Ⅲ型塞曼效应实验仪三、实验原理塞曼效应：在外磁场作用下，由于原子磁矩与磁场相互作用，使原子能级产生决裂.垂直于磁场不雅察时，产生线偏振光（π线和σ线）；平行于磁场不雅察时，产生圆偏振光（左旋、右旋）.依照半经典模子，质量为m ，电量为e 的电子绕原子核转动，因此，原子具有一定的磁矩，它在外磁场B 中会获得一定的磁相互作用能E ∆，由于原子的磁矩J μ与总角动量J P 的关系为2J J e g P m μ=（1）其中g 为朗德因子，与原子中所有电子德轨道和自旋角动量如何耦合成整个原子态的角动量亲密相关.因此， cos cos 2J J e E B g P B m μαα∆=-=-（2）其中α是磁矩与外加磁场的夹角.又由于电子角动量空间取向的量子化，这种磁相互作用能只能取有限个分立的值，且电子的磁矩与总角动量的偏向相反，因此在外磁场偏向上，cos ,,1,,2J h P M M J J J απ-==--（3）南昌大学物理实验陈述学生姓名：刘惠文 学号：5502210039专业班级：应物101班 实验时间： 教师编号：T017 成绩：式中h 是普朗克常量，J 是电子的总角动量，M 是磁量子数.设：4B hem μπ=，称为玻尔磁子，0E 为未加磁场时原子的能量，则原子在外在磁场中的总能量为00B E E E E Mg B μ=+∆=+（4）由于朗德因子g 与原子中所有电子角动量的耦合有关，因此，不合的角动量耦合方法其表达式和数值完全不合.在L S -耦合的情况下，设原子中电子轨道运动和自旋运动的总磁矩、总角动量及其量子数分离为L μ、L P 、L 和S μ、S P 、S ，它们的关系为(1),222L L e e h P L L m m μπ==+（5）(1),2S S e e h P S S m m μπ==+（6） 设J P 与L P 和S P 的夹角分离为LJ α和SJ α，依据矢量合成原理，只要将二者在J μ偏向的投影相加即可得到形如（1）式的总电子磁矩和总轨道角动量的关系：2222222222cos cos (cos 2cos )2(2)222(1)222J L LJ S SJL LJ S SJ J L S J L S J J J L S J J J e P P mP P P P P P e m P P P P P e P P me g P m μμαμααα=+=++--+=+-+=+=（7）其中朗德因子为(1)(1)(1)1.2(1)J J L L S S g J J +-+++=++（8）由（＊）式中可以看出，由于M 共有（2J ＋1）个值，所以原子的这个能级在南昌大学物理实验陈述学生姓名：刘惠文 学号：5502210039专业班级：应物101班 实验时间： 教师编号：T017 成绩：外磁场作用下将会决裂为（2J ＋1）个能级，相邻两能级距离为B g B μ.因为g 由量子态决议，所以不合能级决裂的子能级距离不合.设频率为ν的谱线是由原子的上能级2E 跃迁到下能级1E 所产生的，则磁场中新谱线频率变成ν'，则)()(1122E E E E h ∆+-∆+='ν频率差为ν∆＝ν'－ν＝h E E 12∆-∆＝m eBg M g M π4)(1122-用波数差暗示为ν~∆＝m c eB g M g M π4)(1122-＝L g M g M )(1122-，其中L 为洛伦兹单位，L ＝m e c B ⋅π4 四、π线和σ线：跃迁时M 的选择定章：012=-=∆M M M ，1±，当M ＝0时，垂直于磁场偏向不雅察时，产生的振动偏向平行于磁场的线偏振光叫π线；平行于磁场不雅察时π线成分不出现.当M ＝1±时，垂直于磁场偏向不雅察时，产生的振动偏向垂直于磁场的线偏振光叫σ线；平行于磁场不雅察时，产生圆偏振光，M ＝1+，偏振转向是沿磁场偏向前进的螺旋转动偏向，磁场指向不雅察者时，为左旋圆偏振光；M ＝1-，偏振转向是沿磁场偏向倒退的螺旋转动偏向，磁场指向不雅察者时，为右旋圆偏振光.五、错序不雅察法：汞546.1nm 谱线在磁场作用下决裂为9条子谱线，其裂距相等为L 21.其中3条π线，6条σ线.采取加大磁场的办法使某些分量错序，并且正好与相邻干预序的另一些分量重叠（即错序不雅察法），从而测得磁场强度B .南昌大学物理实验陈述学生姓名：刘惠文 学号：5502210039专业班级：应物101班 实验时间： 教师编号：T017 成绩： 对同一干预序不合波长和的波长差关系为：其波数的关系为六、盘算荷质比m e ：因为各子谱线裂距为L 21，所以波数差ν~∆＝L 21＝⋅21m e c B ⋅π4，则m e ＝B c πν4~2⨯∆⨯＝()νπ~292335.08∆⨯⨯-⨯d x c四、实验内容1. 调节F-P 尺度具.2. 调剂光路.3. 不雅察不雅察汞绿线 546.1nm 在加上磁场前后和不竭增大磁场时的干预圆环 的变更情况；转动偏振片确定哪些谱线是π成份，哪些是σ成份；描写现象并加以理论说明.4. 在励磁电流 I=3A （B=1.2T ）条件下调出塞曼决裂的π谱线，用软件处理图片，测出 e/m 的值.南昌大学物理实验陈述学生姓名：刘惠文 学号：5502210039专业班级：应物101班 实验时间： 教师编号：T017 成绩：五、实验数据处理由实验测得数据知：=1.77/e c kg m 11()⨯10测 所以百分误差1.77 1.76100=100=0.571.76e e m m E e m ()-()-=⨯%⨯%%()理测理六、实验误差剖析1. 实验仪器的精准度不高2.实验进程中画圈测圆的半径时，由于是目测的，导致无法准确七、实验总结及体会1.通过实验，是自己懂得并掌握了塞满效应的基起源基础理.2.由该实验的操纵，又学会了丈量荷质比的另一种办法. WPZ —Ⅲ型塞曼效应实验仪的根本的使用操纵.未加磁场的曲线图π曲线图σ曲线图。
实验十 塞曼效应
一、实验目的1. 掌握塞曼效应理论，学习观察塞曼效应的方法；确定能级的量子数与朗德因子g,绘出跃迁的能级图。
2. 利用法布里-珀罗（Fabry-Perot ）标准具观察汞灯谱线（绿色，波长为546.1nm ）在磁场中的塞曼分裂现象，测量谱线的分裂波数差。
3. 熟练掌握光路的调节。
4. 了解线阵CCD 器件的原理和应用。
二、实验原理处于电磁场中的发光体，光谱线发生分裂的现象，称为塞曼效应，其原理简述如下： 1．原子中的电子一方面绕核作轨道运动(用角动量L P 表征)，一方面本身做自旋运动(用角动量S P 表征)，将分别产生轨道磁矩L μ和自旋磁矩S μ,它们与角动量的关系是： L L P mc e 2-=μ S S P mce-=μ (1) L P 和S P 合成总角动量J P 并分别绕J P 旋进,L μ与S μ合成总磁矩μ, μ在J P 延线上的分量J μ才是一个定向恒量。
对多电子原子,由于角动量之间的相互作用，有LS 耦合和jj 耦合，但大多数情况是LS 耦合。
对于两个电子，则有21,l l 合成 L ；21,s s 合成S ；L 、S 又合成J 。
因此μ在J P 延线上的分量J μ与J P 的关系是：J J P mceg2-=μ (2) g 称朗德因子。
在LS 耦合情形，它与L 、S 和J 的关系是 )1(2)1()1()1(1++-++++=J J L L S S J J g (3)由于L 、S 和J 只能取整数和半整数，得出的g 是一个简分数。
2．在外磁场作用下，产生原子磁矩与外磁场的相互耦合,赋予的耦合能量为 H Mg H E B J μαμ=-=∆cos (4) 式中mehB πμ4=称玻尔磁子；M 为磁量子数，是J 在磁场方向上的量子化投影。
由于J 一定时，M 取值为-J ，-J+l ，…，J-l ，J ，即取2J+1个数值，所以在外磁场中每一个原子能级(由J 表征，称精细结构能级)都分裂为2J+1个等间距的子能级(亦称磁能级)，其间距由朗德因子g 表征。
塞曼效应 实验报告
塞曼效应实验报告【实验目的】1. 掌握塞曼效应理论，学习观察塞曼效应的方法；确定能级的量子数与朗德因子g ，绘出跃迁的能级图；2. 利用法布里-珀罗标准具观察汞灯谱线（绿色，波长为546.1nm ）在磁场中的塞曼分裂现象，测量谱线的分裂波数差。
3. 熟练掌握光路的调节。
4. 了解线阵CCD 器件的原理和应用。
【实验原理】根据原子理论，原子中的电子既作轨道运动又作自旋运动。
原子的总轨道磁矩μL 与总轨道角动量pL 的关系为：2L L e p m μ=其中L p原子的总自旋磁矩μS 与总自旋角动量PS 的关系为：S S e p m μ= 其中S p =上式中：m 为电子质量，L 为轨道角动量量子数，S 为自旋量子数，ћ为普朗克常数除以2π。
而对于原子的总磁矩μJ ，其大小由下式确定：2J J e g p m μ= 其中2J J e g p m μ= 其中，J 为总角动量量子数，g 为朗德因子。
本次实验研究的汞原子的角动量耦合方式主要是LS 耦合，存在)1(2)1()1()1(1++++-++=J J S S L L J J g 原子在磁场中的附加能量ΔE 为：βαμc o s 2c o s B p m e g B E J J =-=∆ 其中，β为pJ 与B 的夹角。
角动量在磁场中取向是量子化的，即：J J J M M p J --==,...,1,,c o s β其中，M 为磁量子数。
因此，B m e Mg E 2 =∆可见，附加能量不仅与外磁场B 有关系，还与朗德因子g 有关。
磁量子数M 共有2J+1个值，因此原子在外磁场中，原来的一个能级将分裂成2J+1个子能级。
未加磁场时，能级E2和E1之间的跃迁产生的光谱线频率ν为：21E E h ν-=外加磁场时，分裂后的谱线频率ν’为：h E E E E )()(1122∆+-∆+='ν分裂后的谱线与原来谱线的频率差Δν’为：212211()/()4eBE E h M g M g mc νπ'∆=∆-∆=-能级之间的跃迁必须满足选择定则0,1(00)∆=±=→=禁戒，J J J∆=±∆→，（=0时，M=0M=0禁戒）。
实验1 塞曼效应
实验1 塞曼效应塞曼效应是指在磁场中观察原子光谱的一种现象，它是由磁场对原子能级的影响所引起的。
具体来说，在磁场作用下，原子的能级会发生分裂，使得原子光谱的锐线会变成多条锐线，这些锐线的位置和强度与磁场的大小和方向有关。
塞曼效应最早于1896年由德国物理学家约翰·克尔提出，并由法国物理学家皮埃尔·塞曼于1897年进行了实验证实。
在这个实验中，他们利用了氢原子的光谱，在强磁场作用下观察光谱的变化。
实验结果表明，光谱中的锐线被分裂成了多条锐线，这些锐线的位置和强度与磁场的大小和方向有关。
塞曼效应的实现需要满足一定的条件。
首先，磁场的大小必须足够强，以使得磁作用能够影响到原子的能级；其次，原子光谱的谱线必须足够锐利，这样才能观察到明显的分裂现象；最后，要求原子光谱中有磁感应强度非零的光谱线。
在实验中，我们可以利用灯谱仪和磁铁来达到观察塞曼效应的目的。
首先，我们将氢气放置在灯谱仪中，并通过电激发氢气来产生氢原子的光谱。
然后，我们将磁铁放置在灯谱仪的侧面，使得磁场垂直于氢原子的运动方向。
最后，我们观察光谱，发现原本单一的锐线被分裂成了多条锐线，这些锐线的位置和强度与磁场的大小和方向有密切关系。
塞曼效应的表现形式包括正常塞曼效应和反常塞曼效应。
正常塞曼效应是指在磁场作用下，原本没有自旋的原子发生分裂，其中一部分能级对应的电子的自旋方向与磁场方向相同，另一部分对应的电子自旋方向与磁场方向相反。
反常塞曼效应则是指在磁场作用下，原本有自旋的原子发生分裂，其中一部分能级对应的电子继续沿原来的自旋方向旋转，另一部分能级对应的电子改变自旋方向旋转。
塞曼效应的研究不仅有重要的基础物理意义，也有实际应用价值。
在实际应用中，塞曼效应可以用来研究物质的磁性质，例如铁、镍等磁性材料的塞曼效应特征可以用来测量它们的磁矩和磁场强度，这对于材料科学和工程学都有重要的应用。
此外，塞曼效应也可以应用于核磁共振成像技术中，通过使用强磁场和高频电磁波来观察人体组织的图像，可以实现人体的无创诊断。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
贵州师范学院物理实验报告
实验名称：赛曼效应 实验日期： 年 月 日
级 班 姓名 同组者 教师
一、实验目的；
1. 掌握塞曼效应理论,测定电子的荷质比,确定能级的量子数和朗德因子,绘出跃迁的能级图。
2. 掌握法布里-珀罗标准具的原理及使用,CCD 摄像器件在图像传感中的应用。
二、实验仪器：
1．法布里—珀罗标准具
假定磁场强度H ＝l 特斯拉，则正常塞曼分裂1
1
1067.4~--⨯=∆cm ν
，对于如此小的波数差，必须使用高分辨本领的光谱仪器，例如法布里—珀罗标准具。
该仪器由固定间隔d 的两块平行平晶构成，内表面均镀有高反射膜(反射系数R>0.9)，因多光束干涉获得极高的分辨本领。
满足干涉极大的两相邻光束的光程差为
λφk nd ==∆cos 2 (1)
表征法—珀标准具的两个参量是自由光谱范围和分辨本领。
(1)自由光谱范围
所谓自由光谱范围即所能研究的最大光谱范围，它等于移动一个月时波长的改变。
如以某单色光为基准，其自由光谱范围λ∆可表示为 nd 22
λλ=∆ (2)
更有意义的是用波数来表示，则有
nd
21
~2
=
∆=∆λλ
ν
(3) 即用波数表征的自由光谱范围是一仅与间隔厚度及间隔中介牛折射率有关的恒量。
例如对
于d=0.200 cm 的空气层，着λ＝5461 Å，则λ∆＝O ．75 Å，1
5.2~-=∆cm ν。
(2)分辨本领
按照瑞利判据，分辨本领ννd /由透射光强D I 最大值的半宽度决定。
透射光强D I 与反射系数R 及两相邻光束的位相差δ的关系称为爱里公式:
)
2/(sin 4)1()1(2
22
0δR R R I I D +--= (4) 因而用位相表示的半宽度ε，在考虑到1≈R 时有 R
R )
1(2-=
ε (5) 批 阅
相应可分辨的频率间隔νd 与自由光谱范围)~(ν
ν∆=∆c 之间的关系为 π
ε
νν2=∆d (6) 所以分辨本领的表示式是
)
1(22R R
nd d d -=
∆==λπνεπνννλλ (7) 即分辨本领主要由反射系数R 决定：R 越高，分辨本领越大。
例如 d=O ．200cm 的空气层，
对5461λ= Å，当R=O.9时，5
102.2/⨯≈λλd ，即对5 461 Å能分辨的波长差为
22.510-⨯ Å，相应的波数差为12104.8--⨯cm ，因此它完全满足实验的要求。
2．CCD 摄像器件、流磁场及稳流电源、毫特斯拉计、笔形汞灯、干涉滤色片(5461 Å)、偏振片、显示器。
二、实验原理
处于电磁场中的发光体，光谱线发生分裂的现象，称为塞曼效应，其原理简述如下： 1．原子中的电子一方面绕核作轨道运动(用角动量L P 表征)，一方面本身做自旋运动(用角动量S P 表征)，将分别产生轨道磁矩L μ和自旋磁矩S μ,它们与角动量的关系是： L L P mc e 2-
=μ S S P mc
e
-=μ (8) L P 和S P 合成总角动量J P 并分别绕J P 旋进,L μ与S μ合成总磁矩μ, μ在J P 延线上的分量
J μ才是一个定向恒量。
对多电子原子,由于角动量之间的相互作用，有LS 耦合和jj 耦合，但大多数情况是LS 耦合。
对于两个电子，则有21,l l 合成 L ；21,s s 合成S ；L 、S 又合成J 。
因此μ在J P 延线上的分量J μ与J P 的关系是：
J J P mc
e
g
2-=μ (9) g 称朗德因子。
在LS 耦合情形，它与L 、S 和J 的关系是 )
1(2)
1()1()1(1++-++++
=J J L L S S J J g (10)
由于L 、S 和J 只能取整数和半整数，得出的g 是一个简分数。
2．在外磁场作用下，产生原子磁矩与外磁场的相互耦合,赋予的耦合能量为 H Mg H E B J μαμ=-=∆cos (11) 式中m
eh
B πμ4=
称玻尔磁子；M 为磁量子数，是J 在磁场方向上的量子化投影。
由于J 一定时，M 取值为-J ，-J+l ，…，J-l ，J ，即取2J+1个数值，所以在外磁场中每一个原子能级(由J 表征，称精细结构能级)都分裂为2J+1个等间距的子能级(亦称磁能级)，其间距由朗德因子g 表征。
两精细能级中磁能级之间的跃迁得到塞曼效应观察到的分裂光谱线，用波数表示为：
L g M g M mc eH
g M g M hc E E c )(4)(~1122112212-=-=∆-∆=∆=∆πνν
(12) 式中mc
eH
L π4=，称为洛伦兹单位。
M 的选择定则是
1,012±=-=∆M M M (13) 脚标2、1分别代表始、终能级，其中0=∆M 跃迁谱线称为π分支线,1±=∆M 跃迁谱线称为σ分支线。
3．光的偏振与角动量守恒
在微观领域中，光的偏振情况是与角动量相关联的，在跃迁过程中原子与光子组成的系统除能量守恒外还必须满足角动量守恒。
0=∆M ，说明原子跃迁时在磁场方向角动量不变，因此，光是沿磁场方向振动的线偏振光。
1±=∆M ，说明原子跃迁时在磁场方向角动量减少一个h ，则光子获得在磁场方向的一个角动量h ，因此沿磁场指向方向观察，为
反时针的左旋圆偏振光+σ；同理1-=∆M ，可得顺时针的右旋圆偏振光-
σ。
4．若原子磁矩完全由轨道磁矩所贡献，即021==S S ，121==g g ，得到正常塞曼效应，波数差为
)(1067.44~15--⨯==∆cm H H mc
e
πν
(14) 通常情况两种磁矩同时存在，即021≠=S S ，则1g 和2g 均不为1，称为反常塞曼效应，波数差为
H mc
e
g M g M πν4)(~1
122-=∆ (15) 四、 实验内容
1．以磁场中心到CCD 窗口中心的等高线为轴。
暂不放置干涉滤色片，不开启CCD 及显示器，光源通过1L 以平行光入射法－珀标准具，出射光通过2L 成像于CCD 光敏面。
2．调节法－珀标准具的平行度使两平晶平行，即调节法－珀的三个螺丝，使左右上下移动人眼对着法－珀看到的干涉条纹形状不变。
3．开启CCD 和显示器，调节CCD 上的平移微调机构至荧屏显示最佳成像状态，因汞灯是复色光源，荧屏呈亮而粗条纹。
4．放置5461 Å干涉滤色片，则荧屏呈现明细的法－珀干涉条纹。
5．开启磁场电源，观察荧屏上的分裂的，π光和σ光条纹随磁场的变化情况。
6．调节螺旋测微器使CCD 沿垂直方向移动，则荧屏上条纹也相应移动。
分别测量π光和σ光条纹的直径。
注意：由于π光和σ光所加磁场不同，必须每测量一种成分后用毫斯特拉计测量光源处的磁场强度。
五、实验数据处理及误差分析 1、数据 半径 R1 R2 R3
R4
R5
R6
数据 132.789 155.244
175.038 286.865 298.267 309.496
P-F ：0.2cm
磁场强度：1.08T M2g2-M1g1:0.492
电子荷质比：1.732E11 误差：1.597%
2、误差分析
a 、B 值是由多项式拟合而来的，误差较大。
b 、外磁场影响。
c 、F-P 标准具及其它光学器件的光学表面不干净。
d 、实验室其他光线影响。
六、实验图像
由实验结果画出Hg 5461Å塞曼效应跃迁能级图.
M2g2-M1g1: -2, 3/2, -1；-1/2, 0, 1/2；1, 3/2, 2
△M=M2-M1: △M=-1 △M=0 △M=+1。