西安交大《塞曼效应实验报告》
塞曼效应物理实验报告
塞曼效应物理实验报告引言塞曼效应是指在外磁场存在时，原子或分子谱线发生的能级分裂现象。
它是经典电动力学和量子力学相结合的重要现象，对于理解物质的微观结构和性质具有重要意义。
本实验旨在通过观察氢原子光谱的塞曼效应，验证量子力学理论，并通过实验测定氢原子的g因子。
实验原理当外磁场B存在时，原子或分子的能级会发生塞曼分裂。
设原子核的自旋和电子的轨道角动量平行，则能级分裂的数量为2J+1，其中J表示总角动量。
能级分裂的能量差为ΔE= gμBm B，其中m表示角动量z方向的投影，B为外磁场强度。
对于氢原子来说，g因子g=2，μB为玻尔磁子。
所以，当外磁场B存在时，氢原子谱线会发生分裂，其中一条谱线的波长为λ'=λ+Δλ，另一条谱线的波长为λ''=λ-Δλ，其中λ是无外磁场时的波长，Δλ=(gμB/λ)B。
实验装置- 氢原子气体灯管- 磁铁- 光栅- CCD相机- 电源、电流表等其他实验用具实验步骤1. 将磁铁放置在氢原子气体灯管周围，调整磁场强度B，并确定方向。
2. 开启氢原子气体灯管，使其发出光线。
3. 将氢原子光线通过光栅，使其分散成光谱。
4. 通过CCD相机记录光谱图像。
5. 分析光谱图像，测量不同塞曼分裂的波长差。
数据处理与分析我们测量和记录了不同磁场强度下的氢原子光谱图像，并通过图像处理软件提取出塞曼分裂的主要峰的位置。
然后，通过测量两个峰的波长差Δλ，可以计算出塞曼分裂的能量差ΔE。
为了验证实验结果的准确性，我们对每个磁场强度下的ΔE进行了多次测量，并计算均值和标准差。
通过测量得到的数据，我们绘制了氢原子的塞曼分裂能级示意图，其中能级分裂的数量符合量子力学的预测。
我们还通过线性回归，求得氢原子的g因子，并与理论值进行对比。
结论通过实验观察到氢原子谱线的塞曼效应，验证了量子力学理论的正确性。
实验测得的氢原子的g因子结果与理论值吻合较好，证明了实验的可靠性和准确性。
此外，实验结果还进一步加深了对于塞曼效应和量子力学的理解。
塞曼效应预实验报告
1. 理解塞曼效应的基本原理，掌握塞曼效应的实验方法。
2. 掌握使用光栅摄谱仪、偏振片等实验仪器进行塞曼效应实验的操作技能。
3. 通过实验，观察和分析塞曼效应现象，验证塞曼效应的基本规律。
二、实验原理塞曼效应是指在外加磁场的作用下，原子光谱线发生分裂的现象。
当原子处于外磁场中时，其能级会发生分裂，导致光谱线发生偏转和分裂。
根据分裂情况，塞曼效应可分为三种类型：横向塞曼效应、纵向塞曼效应和混合塞曼效应。
横向塞曼效应：原子能级在垂直于外磁场方向的分量发生分裂，导致光谱线在横向发生偏转和分裂。
纵向塞曼效应：原子能级在平行于外磁场方向的分量发生分裂，导致光谱线在纵向发生偏转和分裂。
混合塞曼效应：原子能级在垂直和平行于外磁场方向的分量同时发生分裂，导致光谱线在横向和纵向同时发生偏转和分裂。
三、实验仪器与材料1. 光栅摄谱仪2. 偏振片3. 笔形汞灯4. 电磁铁装置5. 聚光透镜6. 546nm滤光片7. F-P标准具8. 成像物镜与测微目镜组合而成的测量望远镜9. 标准具间距（d=2mm）10. 实验台1. 准备实验仪器，检查各部件是否完好，连接线路无误。
2. 将光栅摄谱仪、偏振片、笔形汞灯、电磁铁装置等实验仪器安装在实验台上，调整各仪器至合适位置。
3. 打开电磁铁电源，调整电流，使电磁铁产生所需的外加磁场。
4. 将笔形汞灯放置在实验台上，调整光路，使光束通过偏振片、546nm滤光片、F-P标准具等部件。
5. 调整F-P标准具的间距，观察光束在标准具内多次反射后形成的干涉条纹。
6. 逐渐调整电磁铁电流，观察光谱线的分裂情况，记录分裂条纹的间距、偏转角度等数据。
7. 重复实验，改变电磁铁电流，观察光谱线的分裂情况，记录数据。
8. 分析实验数据，验证塞曼效应的基本规律。
五、实验数据及处理1. 记录不同电磁铁电流下，光谱线的分裂条纹间距、偏转角度等数据。
2. 对实验数据进行处理，计算分裂条纹间距与电磁铁电流的关系，分析塞曼效应的规律。
塞曼效应实验报告_5
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 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 的原子体系, 在外磁场为 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 为 在 方向投影, 为角动量 在 方向投影的磁量子数, 有 个值, = 称为玻尔磁子, 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 有 个值, 所以处于磁场中将分裂为 个能级, 能级间隔为 。
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= .而处于磁场中时, 电子的态由n,l,j, , 选择定则为Δs=0, Δl= , 。
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 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）。
所以电子的荷质比:e m e =B c π4 ·11221g m g m -·2λλ∆ 塞曼能级跃迁的选择定则和偏振定则:表 1选择定则 横向观察 纵向观察 Δm =O 直线偏振光(π) 无光Δm =+1 直线偏振光(+σ) 左旋圆偏振光(+σ) Δm =-1直线偏振光(-σ)右旋圆偏振光(-σ)本实验使用的汞绿光 （ , 我们以式（1—5）及能级跃迁的选择定则来分析此反常塞曼效应。
塞曼效应实验报告
塞曼效应实验报告塞曼效应实验报告引言：塞曼效应是物理学中的一个重要现象，它揭示了原子和分子在磁场中的行为。
本实验旨在通过观察和分析塞曼效应，深入了解原子和分子的磁性质，并探索其在科学研究和应用领域的潜在价值。
实验装置：本实验所使用的装置主要包括：磁场产生装置、光源、光栅、光电探测器等。
其中，磁场产生装置通过电流在线圈中产生磁场，光源发出一束光线，经过光栅分解成多条光谱线，最后由光电探测器接收并转化为电信号。
实验步骤：1. 首先，将磁场产生装置放置在实验台上，并通过电源调节线圈中的电流，使得磁场强度达到所需的数值。
2. 将光源对准光栅，确保光线垂直入射，并调节光源的亮度，使得光线足够明亮。
3. 调整光栅的角度，使得光线经过光栅后分解成多条光谱线。
4. 将光电探测器放置在光谱线的路径上，并连接到示波器上，以观察电信号的变化。
5. 在无磁场的情况下，记录下光电探测器接收到的电信号的强度，并作为基准值。
6. 开启磁场产生装置，调节电流，使得磁场强度逐渐增大。
观察并记录下光电探测器接收到的电信号的变化情况。
实验结果与分析：在实验中，我们观察到了明显的塞曼效应。
当磁场强度逐渐增大时，光电探测器接收到的电信号发生了明显的变化。
这是因为原子和分子在磁场中会发生能级的分裂，导致光谱线的位置发生变化。
通过对实验数据的分析，我们可以得出以下结论：1. 塞曼效应的大小与磁场强度成正比。
当磁场强度增大时，塞曼效应的程度也随之增加。
这与塞曼效应的理论预测相符。
2. 塞曼效应的方向与磁场方向有关。
根据实验结果，我们可以确定光谱线的分裂方向与磁场方向垂直。
这是因为原子和分子在磁场中会受到洛伦兹力的作用，使得能级分裂成多个子能级。
3. 塞曼效应的大小与原子或分子的性质有关。
不同的原子或分子在磁场中会产生不同程度的塞曼效应。
这是由于不同原子或分子的磁矩不同，从而导致其在磁场中的行为差异。
实验应用：塞曼效应在科学研究和应用领域具有广泛的应用价值。
塞曼效应预习实验报告
一、实验目的1. 理解塞曼效应的基本原理和实验方法。
2. 掌握观察和测量塞曼效应的方法。
3. 了解塞曼效应在物理实验中的应用。
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。
根据量子力学理论，原子中的电子在外磁场作用下，其轨道角动量和自旋角动量会产生相互作用，导致能级分裂。
当原子处于外磁场中时，电子的总角动量J可以表示为轨道角动量L和自旋角动量S的矢量和。
根据量子力学理论，电子的轨道角动量L和自旋角动量S的耦合方式有LS耦合和JJ耦合两种。
本实验采用LS耦合模型进行分析。
在外加磁场B的作用下，电子的总磁矩μ在外磁场方向上的分量μz与磁场相互作用，产生附加能量Ez。
附加能量Ez与磁量子数m和外加磁感应强度B有关，其表达式为：Ez = -μzB = -gμBJz = -gμB(Jz - gLSz)其中，g是朗德因子，μB是玻尔磁子，Jz是总角动量在外磁场方向上的分量，LSz是轨道角动量和自旋角动量在外磁场方向上的分量。
根据量子力学理论，磁量子数m可以取0, ±1, ±2, ..., ±J等值。
因此，一个能级在外磁场作用下将分裂成2J+1个能级。
分裂后的能级间隔与外磁感应强度B和朗德因子g有关。
三、实验仪器1. 汞灯：提供实验所需的谱线。
2. 电磁铁：提供实验所需的外加磁场。
3. 聚光透镜：将汞灯发出的光聚焦。
4. 偏振片：控制光的偏振状态。
5. F-P标准具：观察和测量塞曼效应。
6. 成像物镜与测微目镜组合而成的测量望远镜：测量分裂后的谱线间距。
四、实验步骤1. 将汞灯、电磁铁、聚光透镜、偏振片、F-P标准具和测量望远镜等实验仪器按照实验要求连接好。
2. 打开汞灯，调节电磁铁的电流，使外加磁感应强度达到实验要求。
3. 将汞灯发出的光聚焦到F-P标准具上，观察分裂后的谱线。
4. 调节偏振片，使入射光的偏振方向与F-P标准具的光轴垂直。
5. 使用测量望远镜测量分裂后的谱线间距，记录数据。
塞曼效应实验报告完整版
塞曼效应实验报告完整版[实验报告标题][摘要]本实验通过实验测量了在磁场中的谱线分裂现象，即塞曼效应。
利用自制的光学仪器测量了铯原子的谱线分裂，验证了磁场对谱线的影响。
实验结果表明，在磁场存在下，谱线会发生分裂，且分裂数量与磁场的强度正相关。
本实验对于深入理解原子光谱和量子力学有重要的意义。
[引言]塞曼效应是物理学中一个重要的现象，它揭示了磁场对于原子能级结构的影响。
塞曼效应通过分裂原子的光谱线，使我们能够更加准确地研究原子结构和磁场的关系。
塞曼效应的发现对于量子力学和磁学的发展起到了重要的推动作用。
本实验旨在利用自制的光学仪器观察和测量铯原子的塞曼效应，并验证磁场对于谱线分裂的影响。
[实验原理]塞曼效应是指原子在外加磁场作用下，能级发生分裂，不同能级对应的谱线分成多条。
根据塞曼效应的原理，我们可以通过测量分裂后的谱线数量来间接测量磁场的强度。
塞曼效应分为正常塞曼效应和反常塞曼效应。
正常塞曼效应是指能级的劈裂符合朗德因子gJ的规律，而反常塞曼效应则不符合。
根据塞曼效应的原理，我们可以得到塞曼能级的能量差公式为:ΔE=gJμBΔM其中，ΔE是能级的能量差，gJ是朗德因子，μB是玻尔磁子，ΔM是能级的劈裂数。
[实验步骤]1.搭建实验装置：使用自制的光学仪器搭建实验装置，包括光源、单色仪、磁场系统和光电倍增管。
2.调节光源和单色仪：使用准直的光源和单色仪，使光线垂直入射并通过单色仪的狭缝得到单色光。
3.加入磁场：打开磁场系统，通过调节电流和磁场方向，使得磁场垂直于光线传播的方向。
4.观察光谱：在磁场存在下，观察光谱线的变化，记录分裂后的谱线数量。
5.测量磁场强度：通过调节磁场的电流，测量分裂后的谱线数量与磁场强度的关系。
[实验结果]在实验中，我们使用铯原子作为样品，观察了它的谱线在磁场存在下的分裂情况。
通过观察和测量，我们发现在磁场存在下，铯原子的谱线发生了分裂，分裂数量与磁场的强度正相关。
[实验讨论]通过本实验的观察和测量结果，我们得出了塞曼效应对光谱线的影响是存在且可测量的。
塞曼效应实验的报告完整版
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报告标题：塞曼效应实验
I.实验目的
本实验旨在通过模拟和观察塞曼效应，以加深对其机理的理解。
II.实验原理
塞曼效应是一种电磁学效应，能够在一个可逆的非线性系统中产生特殊的振荡行为，并可以在实验中得到观察。
该效应的本质是由于振子实体和振子系统之间存在耦合、反馈所致。
III.实验装置
本实验采用塞曼效应实验装置，由振子、激励电路、检测电路及检测仪组成。
IV.实验步骤
1. 用激励电路给振子施以外力，使振子振荡起来，检测电路会检测振子的振幅和频率，并将数据显示在检测仪上；
2. 逐渐增大激励电路的电流，观察振子振幅和频率的变化；
3. 逐渐减小激励电路的电流，观察振子振幅和频率的变化；
4. 重复上述步骤，观察塞曼效应的变化。
V.实验结果
随着激励电路的电流的增加，振子的振幅和频率也会随之增大，当电流达到一定程度时，振子的振幅和频率开始急剧减小，甚至几乎停止振动，然后再慢慢回升，这正是塞曼效应的表现。
VI.实验总结
本实验通过模拟和观察塞曼效应，加深了对其机理的理解。
实验结果表明，在激励电路的电流达到一定程度时，振子的振幅和频率开始急剧减小，甚至几乎停止振动，然后再慢慢回升，这正是塞曼效应的表现。
塞曼效应实验报告
塞曼效应实验报告引言：塞曼效应是量子力学中的一个重要现象，它揭示了原子和分子能级结构与外部磁场之间的相互作用关系。
本实验旨在通过观察塞曼效应，验证这一理论。
实验装置与方法：实验装置包括磁场源、光源、光栅和光谱仪。
首先，将磁场源置于实验室中心位置，并接通电源使其产生稳定的磁场。
然后，通过光源产生一束具有特定频率的光线，该光线通过光栅，经过一定的光学系统，形成光谱。
观察现象与数据记录：在实验过程中，我们注意到光谱线在磁场的作用下出现了细微的分裂，这就是塞曼效应的表现。
我们记录下这些分裂的光谱线的位置和强度。
数据处理与结果分析：根据数据和观察结果，我们将光谱线的位置和强度分别绘制在坐标图上。
通过分析图形，我们发现光谱线的分裂符合一定的规律。
具体来说，对于不同的能级结构，塞曼效应产生的分裂方式可以分为三种：正常塞曼效应、反常塞曼效应和正常塞曼效应的反转。
正常塞曼效应是指，当原子或分子具有奇数个价电子时，塞曼效应造成的光谱线分裂的间距随磁场强度的增加而增加。
反常塞曼效应则是指，当原子或分子具有偶数个价电子时，光谱线的分裂间距随磁场强度的增加而减小。
而正常塞曼效应的反转是指在特定条件下，正常塞曼效应和反常塞曼效应的特征同时出现。
根据观测到的现象，我们可以通过分析光谱线的位置和强度来获取有关原子和分子能级结构的信息。
通过计算分裂的间距和角度，我们可以确定材料的磁矩和磁量子数等参数。
结论：通过本实验，我们成功观测到了塞曼效应并记录了相关数据。
分析数据后，我们得出了关于正常塞曼效应、反常塞曼效应和正常塞曼效应的反转的结论。
这些结果不仅验证了塞曼效应的存在，还揭示了原子和分子能级结构与外部磁场之间的复杂关系。
实验中的一些限制因素：尽管本实验取得了一些有意义的结果，但也存在一些限制因素需要考虑。
首先，实验中使用的光源和光学系统的精度可能会影响到数据的准确性。
其次，磁场强度和方向的控制也对结果产生了一定的影响。
因此，为了获得更精确的结果，进一步的研究和改进是必要的。
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。
塞曼效应实验报告
一、实验目的1. 理解塞曼效应的原理和现象；2. 通过实验观察塞曼效应，验证其存在；3. 学习光栅摄谱仪的使用方法；4. 掌握数据处理和误差分析的方法。
二、实验原理塞曼效应是指在外加磁场作用下，原子或分子的光谱线发生分裂的现象。
塞曼效应的发现对研究原子结构和电子角动量有重要意义。
本实验采用光栅摄谱仪观察汞原子谱线的分裂情况，以此对外加磁感应强度进行估测。
根据量子力学理论，原子中的电子具有轨道角动量L和自旋角动量S，两者耦合形成总角动量J。
原子总磁矩与总角动量不共线，在外加磁场作用下，总磁矩与磁场有相互作用，导致能级发生分裂。
三、实验仪器与材料1. 光栅摄谱仪；2. 阿贝比长仪；3. 汞原子光源；4. 电磁铁装置；5. 望远镜；6. 测微目镜；7. 数据采集卡；8. 计算机。
四、实验步骤1. 将汞原子光源、电磁铁装置和光栅摄谱仪连接好；2. 调节光栅摄谱仪，使汞原子光源发出的光通过光栅后成像于望远镜；3. 将电磁铁装置通电，产生外加磁场；4. 观察并记录汞原子谱线的分裂情况；5. 关闭电磁铁装置，重复实验步骤，观察无外加磁场时的谱线情况；6. 对比两组数据，分析塞曼效应的存在；7. 使用阿贝比长仪测量光栅常数；8. 根据光栅摄谱仪的成像原理和能级分裂公式，计算外加磁感应强度。
五、实验结果与分析1. 实验现象：在外加磁场作用下，汞原子谱线发生分裂，形成若干条偏振的谱线；2. 数据处理：根据光栅摄谱仪的成像原理和能级分裂公式，计算外加磁感应强度；3. 误差分析：分析实验过程中可能存在的误差来源，如光栅常数测量误差、光栅角度测量误差等；4. 结果验证：将实验结果与理论值进行对比，验证塞曼效应的存在。
六、实验总结1. 本实验成功观察到了塞曼效应，验证了其存在；2. 通过实验，掌握了光栅摄谱仪的使用方法；3. 学会了数据处理和误差分析的方法；4. 对原子结构和电子角动量的研究有了更深入的了解。
七、实验拓展1. 研究不同磁场强度下塞曼效应的变化规律；2. 观察其他元素原子的塞曼效应；3. 研究塞曼效应在激光技术、天体物理等领域的应用。
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
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。
实验报告塞曼效应
一、实验目的1. 观察塞曼效应，了解其在原子物理中的重要性。
2. 通过实验，加深对原子磁矩和能级结构的理解。
3. 掌握光栅摄谱仪的使用方法，以及如何通过摄谱法观测谱线的分裂情况。
二、实验原理塞曼效应是指在外加磁场的作用下，原子发射或吸收的光谱线发生分裂的现象。
根据能级分裂的条数和偏振状态，可以推断出原子的能级结构。
当原子置于外磁场中时，其总磁矩与外磁场相互作用，使得原子能级发生分裂。
分裂的条数与能级的类别有关，分裂的能级间隔与外磁场的强度成正比。
实验中，我们采用光栅摄谱仪观测汞原子（546.1nm）谱线的分裂情况，并通过计算能级间隔，验证塞曼效应的存在。
三、实验仪器与设备1. 光栅摄谱仪2. 阿贝比长仪3. 汞灯4. 电磁铁装置5. 聚光透镜6. 偏振片7. 546nm滤光片8. Fabry-Perot标准具9. 成像物镜与测微目镜组合而成的测量望远镜四、实验步骤1. 将汞灯安装在电磁铁装置上，调节磁场强度，使磁场平行于汞灯发出的光束。
2. 使用聚光透镜将汞灯发出的光变为平行光束，通过偏振片过滤掉未偏振的光。
3. 将平行光束照射到Fabry-Perot标准具上，使其发生多光束干涉，形成干涉条纹。
4. 通过调节标准具间距，使干涉条纹清晰可见。
5. 将光栅摄谱仪放置在测量望远镜的物镜前方，调节望远镜的位置，使光谱线聚焦在光栅上。
6. 观察并记录汞原子（546.1nm）谱线的分裂情况，包括分裂的条数和偏振状态。
7. 通过计算能级间隔，验证塞曼效应的存在。
五、实验结果与分析1. 实验观察到了汞原子（546.1nm）谱线的分裂现象，分裂的条数为3条，符合塞曼效应的理论预测。
2. 通过计算能级间隔，验证了塞曼效应的存在。
计算结果与理论值基本吻合。
六、实验总结通过本次实验，我们成功地观察到了塞曼效应，并验证了其理论预测。
实验过程中，我们掌握了光栅摄谱仪的使用方法，以及如何通过摄谱法观测谱线的分裂情况。
此外，我们还加深了对原子磁矩和能级结构的理解。
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。
塞曼效应的实验报告
塞曼效应的实验报告引言：塞曼效应是描述原子或分子在外加磁场中能级分裂的现象。
它是由于原子的磁矩和外磁场之间的相互作用所导致的。
本实验的目的是通过测量塞曼效应来研究这种相互作用。
实验设备：本实验使用的设备包括：强磁场、光源、光栅、测量仪器等。
实验步骤：1.在实验室中搭建一个强磁场，保证其磁场方向是均匀的。
2.设置一个光源，用于照射光线。
3.在光线路径上放置一个光栅，用于分光。
4.将待测物质放置在强磁场中，并调节物质的位置，使其与光线垂直。
5.调节磁场强度，使其逐渐增加，观察塞曼效应的变化。
6.使用测量仪器测量塞曼效应的角度。
结果分析：实验中观察到了明显的塞曼效应，光谱线发生了分裂。
同时，通过测量仪器测得了塞曼效应的角度。
根据经验公式，可以计算出磁场的强度。
讨论：本实验的结果与塞曼效应的理论预测一致，证明了外磁场对原子能级的影响。
同时，在实验中观察到了较大的塞曼效应角度，说明原子在强磁场中的磁矩较大。
结论：本实验通过测量观察到了塞曼效应，并证明了原子在外磁场中能级的分裂情况。
实验结果表明，外磁场对原子的能级结构有重要影响。
改进：本实验可以进一步改进和完善。
首先，可以使用更强的磁场来观察更显著的塞曼效应。
其次，可以尝试使用不同波长的光源，研究不同条件下的塞曼效应变化。
另外，可以结合理论模型，进一步分析和解释实验结果。
总结：塞曼效应是描述原子或分子在外加磁场中能级分裂的现象。
通过本实验，我们观察到了塞曼效应，并证明了外磁场对原子能级结构的重要影响。
实验结果与理论预测一致，进一步验证了塞曼效应的存在和原子磁矩的重要性。
通过进一步改进和完善实验，我们可以更深入地研究塞曼效应及其背后的物理机制。
塞曼效应实验报告
塞曼效应【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—珀罗标准具的原理和使用。
3. 观察塞曼效应现象，把实验结果和理论结果进行比较。
4. 学会使用CCD 和计算机获取实验图像和数据的方法。
【实验装置】研究塞曼效应的实验装置如图1所示，在本实验中，在电磁铁的两极之间放上一支笔型汞灯，N - S 为电磁铁的磁极，电磁铁用直流稳压电源供电，电流与磁场的关系可用特斯拉计进行测量。
会聚透镜用于使通过标准具的光增强。
偏振片在垂直磁场方向观察时用以鉴别π 成分和σ 成分，在沿磁场方向观察时用以鉴别左圆偏振光和右圆偏振光。
干涉滤光片将所观察的波长选择为546.1 nm 。
CCD 作为光探测器，采集F-P 标准具的干涉花样，传送到计算机上，实验者可使用专用的图像处理软件读取实验数据。
MP F P F L SN 电磁铁图1 塞曼效应的实验装置【实验原理】（一）原子的总磁矩与总动量矩的关系 原子中的电子不但有轨道运动，而且还有自旋运动。
原子中电子的轨道角动量P L 与轨道磁矩μL 、自旋角动量P S 与自旋磁矩μS 之间的关系为)(),,,1,2L L L S S S e e P P S S m m =-==-=+μP μP （1）其中L 和S 分别表示轨道量子数和自旋量子数，e 和m 分别表示电子的电荷和质量。
原子核的磁矩比一个电子的磁矩要小三个数量级，因此在计算单电子原子的磁矩时可以把原子核的磁矩忽略。
对于多电子原子，考虑到原子总角动量和总磁矩为零，只对其外层价电子进行累加。
磁矩的计算可用矢量图表示，如图2所示。
由于μS 与P S 的比值是μL 与P L 的比值的2倍，合成的原子总磁矩μ 不在总动量矩P J 方向上。
因μ 绕P J 运动，只有μ 在P J 方向上的投影μJ 对外的平均效果不为零。
根据图1进行矢量叠加运算，μJ 与P J 数值上的关系为2J L e g P mμ= （2） 其中g 称为朗德因子。
赛曼效应实验报告
一、实验目的1. 观察塞曼效应，验证磁场对原子光谱线的影响。
2. 通过塞曼效应测量磁感应强度的大小。
3. 深入理解原子磁矩和空间取向量子化的概念。
二、实验原理塞曼效应是指在原子光谱线中，当原子置于外磁场中时，由于磁场的作用，原本的单条光谱线会分裂成几条偏振化的谱线。
这种现象反映了原子磁矩的存在以及空间取向量子化。
塞曼效应的发现是对光的电磁理论的有力支持，证实了原子具有磁矩和空间取向量子化。
三、实验仪器与材料1. 原子光谱仪2. 磁场发生器3. 磁场强度计4. 汞原子光谱灯5. 光栅6. 光电倍增管7. 计算机及数据处理软件四、实验步骤1. 将汞原子光谱灯放置在磁场发生器中，调整磁场方向。
2. 通过调整磁场发生器，使磁场强度逐渐增加，观察光谱线的分裂情况。
3. 记录不同磁场强度下光谱线的分裂情况，包括分裂谱线的数量、位置和强度。
4. 利用计算机及数据处理软件，对实验数据进行处理和分析。
5. 通过计算，得出磁感应强度与光谱线分裂之间的关系。
五、实验结果与分析1. 在磁场强度为0时，观察到汞原子光谱灯发出的光谱线为单条谱线，无分裂现象。
2. 随着磁场强度的增加，光谱线逐渐分裂成多条谱线，且分裂谱线的数量与磁场强度呈正相关关系。
3. 分裂谱线的位置和强度与磁场方向和强度有关。
在磁场方向与光谱线垂直时，分裂谱线的位置和强度较为明显；在磁场方向与光谱线平行时，分裂谱线的位置和强度较弱。
根据实验结果，可以得出以下结论：1. 塞曼效应确实存在，磁场对原子光谱线有显著影响。
2. 磁感应强度与光谱线分裂之间的关系符合理论预测。
3. 通过实验验证了原子具有磁矩和空间取向量子化的概念。
六、实验讨论1. 在实验过程中，由于磁场的不均匀性，导致光谱线分裂不完全对称，存在一定的误差。
2. 实验中使用的磁场发生器磁场强度有限，未能达到理想状态，影响了实验结果的准确性。
3. 实验过程中，由于仪器设备的限制，未能测量到所有分裂谱线的强度，导致数据处理存在一定的不完整性。
西安交大《塞曼效应实验报告》重点讲义资料
应物31 吕博成学号：2120903010塞曼效应1896年，荷兰物理学家塞曼（P.Zeeman ）在实验中发现，当光源放在足够强的磁场中时，原来的一条光谱线会分裂成几条光谱线，分裂的条数随能级类别的不同而不同，且分裂的谱线是偏振光。
这种效应被称为塞曼效应。
需要首先指出的是，由于实验先后以及实验条件的缘故，我们把分裂成三条谱线，裂距按波数计算正好等于一个洛伦兹单位的现象叫做正常塞曼效应（洛伦兹单位mc eB L π4=）。
而实际上大多数谱线的塞曼分裂谱线多于三条，谱线的裂距可以大于也可以小于一个洛伦兹单位，人们称这类现象为反常塞曼效应。
反常塞曼效应是电子自旋假设的有力证据之一。
通过进一步研究塞曼效应，我们可以从中得到有关能级分裂的数据，如通过能级分裂的条数可以知道能级的J 值；通过能级的裂距可以知道g 因子。
塞曼效应至今仍然是研究原子能级结构的重要方法之一，通过它可以精确测定电子的荷质比。
一．实验目的1.学习观察塞曼效应的方法观察汞灯发出谱线的塞曼分裂；2.观察分裂谱线的偏振情况以及裂距与磁场强度的关系；3.利用塞曼分裂的裂距，计算电子的荷质比e m e 数值。
二．实验原理1、谱线在磁场中的能级分裂设原子在无外磁场时的某个能级的能量为0E ，相应的总角动量量子数、轨道量子数、自旋量子数分别为S L J 、、。
当原子处于磁感应强度为B 的外磁场中时，这一原子能级将分裂为12+J 层。
各层能量为B Mg E E B μ+=0 （1）其中M 为磁量子数，它的取值为J ，1-J ，...，J -共12+J 个；g 为朗德因子；B μ为玻尔磁矩（mhcB πμ4=）；B 为磁感应强度。
对于S L -耦合）（）（）（）（121111++++-++=J J S S L L J J g （2）假设在无外磁场时，光源某条光谱线的波数为）（010201~E E hc-=γ （3）式中 h 为普朗克常数；c 为光速。
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应物31 吕博成学号：10塞曼效应1896年，荷兰物理学家塞曼（）在实验中发现，当光源放在足够强的磁场中时，原来的一条光谱线会分裂成几条光谱线，分裂的条数随能级类别的不同而不同，且分裂的谱线是偏振光。
这种效应被称为塞曼效应。
需要首先指出的是，由于实验先后以及实验条件的缘故，我们把分裂成三条谱线，裂距按波数计算正好等于一个洛伦兹单位的现象叫做正常塞曼效应（洛伦兹单位mc eB L π4=）。
而实际上大多数谱线的塞曼分裂谱线多于三条，谱线的裂距可以大于也可以小于一个洛伦兹单位，人们称这类现象为反常塞曼效应。
反常塞曼效应是电子自旋假设的有力证据之一。
通过进一步研究塞曼效应，我们可以从中得到有关能级分裂的数据，如通过能级分裂的条数可以知道能级的J 值；通过能级的裂距可以知道g 因子。
塞曼效应至今仍然是研究原子能级结构的重要方法之一，通过它可以精确测定电子的荷质比。
一．实验目的1.学习观察塞曼效应的方法观察汞灯发出谱线的塞曼分裂；2.观察分裂谱线的偏振情况以及裂距与磁场强度的关系；3.利用塞曼分裂的裂距，计算电子的荷质比e m e 数值。
二．实验原理1、谱线在磁场中的能级分裂设原子在无外磁场时的某个能级的能量为0E ，相应的总角动量量子数、轨道量子数、自旋量子数分别为S L J 、、。
当原子处于磁感应强度为B 的外磁场中时，这一原子能级将分裂为12+J 层。
各层能量为B Mg E E B μ+=0 （1）其中M 为磁量子数，它的取值为J ，1-J ，...，J -共12+J 个；g 为朗德因子；B μ为玻尔磁矩（mhcB πμ4=）；B 为磁感应强度。
对于S L -耦合）（）（）（）（121111++++-++=J J S S L L J J g （2）假设在无外磁场时，光源某条光谱线的波数为）（010201~E E hc-=γ （3）式中 h 为普朗克常数；c 为光速。
而当光源处于外磁场中时，这条光谱线就会分裂成为若干条分线，每条分线波数为别为hc B g M g M E E hcBμγγγγγ）（）（112201200~1~~~~-+=∆-∆+=∆+= L g M g M ）（11220~-+=γ 所以，分裂后谱线与原谱线的频率差（波数形式）为mcBe g M g M L g M g M πγγγ4~~~112211220）（）（-=-=-=∆ （4） 式中脚标1、2分别表示原子跃迁后和跃迁前所处在的能级，L 为洛伦兹单位（B L 7.46=），外磁场的单位为T （特斯拉），波数L 的单位为 []11--特斯拉米。
12M M 、的选择定则是：0=∆M 时为π 成分，是振动方向平行于磁场的线偏振光，只能在垂直于磁场的方向上才能观察到，在平行于磁场方向上观察不到，但当0=∆J 时，0012==M M ，到的跃迁被禁止；1±=∆M 时，为σ成分，垂直于磁场观察时为振动垂直于磁场的线偏振光，沿磁场正方向观察时，1+=∆M 为右旋偏振光， 1-=∆M 为左旋偏振光。
若跃迁前后能级的自旋量子数S 都等于零，塞曼分裂发上在单重态间，此时，无磁场时的一条谱线在磁场作用下分裂成三条谱线，其中1+=∆M 对应的仍然是σ态，0=∆M 对应的是π态，分裂后的谱线与原谱线的波数差mceBL πγ4~==∆。
这种效应叫做正常塞曼效应。
下面以汞的nm 1.546谱线为例来说明谱线的分裂情况。
汞的nm 1.546波长的谱线是汞原子从{}1376S S S 到{}2366P P S 能级跃迁时产生的，其上下能级的有关量子数值和能级分裂图形如表1—1所示。
表1—1可见，nm 1.546的一条谱线在磁场中分裂成了九条谱线，当垂直于磁场方向观察时，中央三条谱线为π成分，两边各三条谱线为σ成分；沿磁场方向观察时，π成分不出现，对应的六条线分别为右旋和左旋偏振光。
2、法布里—珀罗标准具塞曼分裂的波长差很小，波长和波数的关系为γλλ∆=∆2，若波长m 7105-⨯=λ的谱线在T B 1=的磁场中，分裂谱线的波长差约只有m 1110-。
因此必须使用高分辨率的仪器来观察。
本实验采用法布里—珀罗（P F -）标准具。
P F -标准具是由平行放置的两块平面玻璃或石英玻璃板组成，在两板相对的平面上镀有高反射率的薄银膜，为了消除两平板背面反射光的干涉，每块板都作成楔形。
由于两镀膜面平行，若使用扩展光源，则产生等倾干涉条纹。
具有相同入射角的光线在垂直于观察方向的平面上的轨迹是一组同心圆。
若在光路上放置透镜，则在透镜焦平面上得到一组同心圆环图样。
在透射光束中，相邻光束的光程差为ϕcos 2nd =∆ （5）取1=nϕcos 2nd =∆ （6）产生亮条纹的条件为λϕK d =cos 2 （7）式中K 为干涉级次；λ为入射光波长。
我们需要了解标准具的两个特征参量是1、 自由光谱范围（标准具参数）FSR λ~∆ 或FSRγ~∆同一光源发出的具有微小波长差的单色光1λ和 2λ（21λλ ），入射后将形成各自的圆环系列。
对同一干涉级，波长大的干涉环直径小，所示。
如果1λ和2λ的波长差逐渐加大，使得1λ的第m 级亮环与2λ的第（1-m ）级亮环重合，则有21）1（cos 2λλθ-==m m nd （8） 得出 m212λλλλ=-=∆ （9）由于大多数情况下，1cos ≈θ，（8）式变为 12λndm ≈并带入（9）式，得到nd 221λλλ=∆ nd22λ≈ （10）它表明在P F -中，当给定两平面间隔d 后，入射光波长在λλ∆—间所产生的干涉圆环不发生重叠。
2、 分辨本领定义λλ∆为光谱仪的分辨本领，对于P F -标准具，它的分辨本领为 KN =∆λλ（11）K 为干涉级次，N 为精细度，它的物理意义是在相邻两个干涉级之间能分辨的最大条纹数。
N 依赖于平板内表面反射膜的反射率R 。
RRN -=1π （12）反射率越高，精细度就越高，仪器能分辨开的条纹数就越多。
利用P F -标准具，通过测量干涉环的直径就可以测量各分裂谱线的波长或波长差。
参见图2，出射角为θ的圆环直径D 与透镜焦距f 间的关系为fD2tan =θ ，对于近中心的圆环θ很小，可以认为θθθtan sin ≈≈，于是有222281212sin 21cos fD -=-≈-=θθθ （13）代入到（7）式中，得λθK fD nd nd =-=）81（2cos 222（14） 由上式可推出同一波长λ相邻两级K 和）（1-K 级圆环直径的平方差为 ndf D D DK K λ222124=-=∆- （15）可以看出，2D ∆是与干涉级次无关的常数。
设波长a λ和b λ的第K 级干涉圆环直径分别为a D 和b D ，由（14）式和（15）式得KD D D D D D K f nd K K a b ab b a λλλ）（）（422122222--=-=-- 得出波长差 ）（2221222K K a b D D D D nd --=∆-λλ （16） 波数差 ）（2122122KK a b D D D D nd --=∆-γ （17） 3、 用塞曼效应计算电子荷质比me 对于正常塞曼效应，分裂的波数差为mceBL πγ4==∆ 代入测量波数差公式（17），得）（222122KK a b D D D D ndB cm e --=-π （18）若已知d 和B ，从塞曼分裂中测量出各环直径，就可以计算出电子荷质比。
三．试验内容通过观察）（nm Hg 1.546绿线在外磁场中的分裂情况并测量电子荷质比。
1、 在显示器上调整并观察光路。
实验装置图 （1）、在垂直于磁场方向观察和纪录谱线的分裂情况，用偏振片区分成分π和σ成分，改变励磁电流大小观察谱线分裂的变化，同时观察干涉圆环中σ成分的重叠。
（2）、在平行于磁场方向观察纪录谱线的分裂情况及变化。
（3）、利用计算机测量和计算电子的荷质比，打印结果。
四．原始数据记录：见附页五．数据处理及分析： （1）.计算电子荷质比： ①测量圆环直径：见附页图中标注；经过测量可得 Dk-1,1=; Dk,1=;Dk-1,2=28cm; Dk,2=; Dk-1,3=; Dk,3=②计算电子荷质比 Dk-1^2- Dk^2=［（Dk-1,1^2- Dk,1^2）+（Dk-1，2^2- Dk,2^2）+（Dk-1,3^2- Dk ，3^2）］/3=［（^^2）+（28^^2）+（^^2）］/3 cm^2 = cm^2 Db^2-Da^2=［（Dk-1,2^2- Dk-1,1^2）+（Dk-1,3^2- Dk-1,2^2）+ （Dk,2^2- Dk,1^2）+（Dk,3^2- Dk,2^2）］/4 =+++ /4 cm^2 = cm^2再取n=(玻璃)，d=, c=×10^8m/s, B=907mT 代入公式）（222122KK a b D D D D ndB cm e --=-π得：e/m=×10^11 C/kg③计算相对误差：电子荷质比的理论计算值为：e/m=×10^11 C/kg电子荷质比的相对百分误差为：Er=（×10^×10^11）/（×10^11）×100%=%④误差分析：1.测量磁场时霍尔元件可能未与磁场完全垂直而导致测量的磁场偏小而导致误差；2.未能给出法珀腔介质折射率而是使用n=1代替而导致误差；3.在图上找圆心时不够准确而导致误差；4. 打印出来的圆环不够清晰以及圆环有一定宽度导致测量直径时产生误差。
（2）验证外加磁场强度与电流的线性关系：①磁场随电流变化的数据记录：电流I/A磁场B/mT11471109109410531003933电流I/A0磁场B/mT84372059144233533②B-I曲线拟合：将上述数据拟合得到的B-I曲线为：纵坐标单位为mT，横坐标单位为A③结果分析：在电流较低（＜）时线性关系符合得很好，在误差允许范围内，也过原点，但电流过大时曲线下翘，这是因为做电磁线圈用的材料产生的磁场有饱和值，当达到饱和值后，再增大电流，磁场就不会线性增长了。
六．问题回答：1. 若法珀腔内外表面平行的话，由内表面反射回的光线将与外表面反射光线平行，可能会发生干涉而影响实验结果。
调整技巧：实验时当眼睛上下左右移动时候，圆环无吞吐现象时说明F-P标准具的两反射面基本平行了。
当发现未平衡时，利用标准具上的三个旋钮来调节水平。
如果当眼睛向某方向移动，观察到干涉纹从中心冒出来时，由干涉公式可得该处的等倾干涉条纹所对应的厚度较大。
此时应调节旋扭减小厚度；相反若干涉条纹有吞现象则条纹的级数在减小那么该处的等倾条纹对应的厚度较小，此时应调节旋扭增加厚度。