西安交大《塞曼效应实验报告》

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塞曼效应的实验报告

塞曼效应

一、实验目的

1、研究塞曼分裂谱的特征

2、学习应用塞曼效应测量电子的荷质比和研究原子能级结构的方法。

二、实验原理

对于多电子原子，角动量之间的相互作用有LS 耦合模型和JJ 耦合某型。对于LS 耦合，电子之间的轨道与轨道角动量的耦合作用及电子间自旋与自旋角动量的耦合作用强，而每个电子的轨道与自旋角动量耦合作用弱。

原子中电子的轨道磁矩和自旋磁矩合成为原子的总磁矩。总磁矩在磁场中受到力矩的作用而绕磁场方向旋进，可以证明旋进所引起的附加能量为 B Mg E B μ=∆ （1）

其中M 为磁量子数，μB 为玻尔磁子，B 为磁感应强度，g 是朗德因子。朗德因子g 表征原子的总磁矩和总角动量的关系，定义为 )

1(2)

1()1()1(1++++-++

=J J S S L L J J g （2）

其中L 为总轨道角动量量子数，S 为总自旋角动量量子数，J 为总角动量量子数。磁量子数M 只能取J ，J-1，J-2，…，-J ，共（2J+1）个值，也即E ∆有（2J+1）个可能值。这就是说，无磁场时的一个能级，在外磁场的作用下将分裂成（2J+1）个能级。由式（1）还可以看到，分裂的能级是等间隔的，且能级间隔正比于外磁场B 以及朗德因子g 。

能级E 1和E 2之间的跃迁产生频率为v 的光，其中 12E E hv -=

在磁场中，若上、下能级都发生分裂，新谱线的频率v ’满足

B g M g M hv E E E E E E E E hv B μ)()()()()('112212121122-+=∆-∆+-=∆+-∆+= 即分裂后谱线与原谱线的频率差为 h

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

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。

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

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

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=

m eh

π4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

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

实验报告塞曼效应

题目：实验报告-萨曼效应

一、引言

塞曼效应是指原子核或原子自旋在外磁场中的能级分裂现象。其原理是：当原子核或原子自旋进入外磁场时，它的能级将会发生分裂，分裂的程度与外磁场的强弱有关。这种效应的发现对研究原子核、原子结构以及核磁共振等领域产生了重要影响。本实验就是要通过测量并分析原子核在外磁场中的分裂现象，来探究塞曼效应的基本原理。

二、实验目的

1. 观察并分析原子核在外磁场中的能级分裂现象；

2. 确定原子核能级的分裂规律；

3. 探究外磁场强度对能级分裂的影响。

三、实验仪器与方法

1. 仪器：萨曼效应实验装置、数字照相机、计算机等；

2. 方法：

a) 将所需的原子核放置在实验装置中，使其位于外磁场中；

b) 调整外磁场的强度，保持稳定；

c) 使用数字照相机拍摄原子核的能级分裂图像；

d) 将图像导入计算机，利用图像处理软件进行分析。

四、实验结果与数据处理

1. 实验现象：根据测量结果，所有原子核的能级在外磁场中均发生了分裂现象；

2. 数据处理：通过对分裂图像的测量和分析，得到了原子核能级分裂的数量和间距等数据；

3. 数据结果：经过实验，我们发现能级分裂的数量与外磁场的强度成正比，而能级分裂的间距与外磁场的强度成反比。

五、实验讨论

1. 本实验结论与理论预期基本一致，说明塞曼效应的存在是客观存在的现象；

2. 外磁场的强度可以影响原子核能级的分裂，这与塞曼效应的基本原理相符；

3. 在实验过程中可能存在的误差源包括外磁场非均匀性、原子核数目的变化、图像处理软件误差等。

六、实验总结

本实验通过观察和分析原子核在外磁场中的能级分裂现象，验证了塞曼效应的存在，并进一步研究了外磁场强度对能级分裂的影响。实验结果与预期一致，进一步加深了对塞曼效应的理解。然而，实验中也发现了一些潜在的误差源，需要进一步的研究和改进。总体而言，本实验取得了较好的结果，对深入研究原子核与原子结构等领域具有一定的意义。

塞曼效应实验报告的总结

塞曼效应是物理学中的一个重要实验现象，它揭示了磁场对原子或分子谱线的分裂作用。本次实验通过测量不同磁场下原子或分子谱线的分裂情况，验证了塞曼效应的存在，并进一步研究了分裂情况与磁场强度、谱线能级差等因素之间的关系。

实验中，我们根据塞曼效应的原理，选择了一种原子或分子作为研究对象，利用光谱仪测量其谱线的分裂情况。首先，在无外加磁场的情况下，我们测量了原子或分子的基态能级和激发态能级之间的能级差。然后，我们在实验装置中加入不同强度的磁场，再次测量谱线的分裂情况。

实验结果表明，当存在磁场时，原子或分子的谱线会分裂成多条子谱线，子谱线之间的间距与磁场的强度成正比。通过测量不同磁场下的谱线分裂情况，我们得到了磁场强度与谱线分裂的关系曲线，进一步验证了塞曼效应的存在。

除了磁场强度，实验中还研究了谱线能级差对分裂情况的影响。通过调节原子或分子的能级差，我们发现谱线分裂的程度与能级差的大小成正比。这一结果也与塞曼效应的理论预测相符。

总的来说，本次实验通过测量谱线的分裂情况，验证了塞曼效应的存在，并进一步研究了分裂情况与磁场强度、谱线能级差等因素之间的关系。这一结果对理解

原子或分子的行为提供了重要的实验依据，从而对原子物理学等领域的研究产生了重要的推动作用。今后，我们可以进一步拓展这一实验，研究其他物质的塞曼效应，以深入理解物质的内在性质及其受外界条件影响的规律。

塞曼效应实验报告

⼀、实验⽬得

塞曼效应实验报告

与实验仪器1、实验⽬得（1）学习观察塞曼效应得⽅法，通过塞曼效应测量磁感应强度得⼤⼩。

（2）学习⼀种测量电⼦荷质⽐得⽅法。

2、实验仪器

笔形汞灯+电磁铁装置，聚光透镜，偏振⽚，546nm滤光⽚，F-P标准具，标准具间距（d=2mm），成像物镜与测微⽬镜组合⽽成得测量望远镜。

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：

= - L，L =

= - S，S =

由上式可知，原⼦总磁矩与总⾓动量不共线。则原

⼦总磁矩在总⾓动量⽅向上得分量J为：

= g J，J =

L为表⽰原⼦得轨道⾓量⼦数，取值：0，1，2…

S为原⼦得⾃旋⾓量⼦数，取值：0,1/2,1,3/2，2,5/2…

J为原⼦得总⾓量⼦数，取值：0,1/2,1,3/2…

式中，g=1+为朗德因⼦。

（2）原⼦在外磁场中得能级分裂

外磁场存在时，与⾓动量平⾏得磁矩分量J与磁场有相互作⽤，与⾓动量垂直得磁矩分量与磁场⽆相互作⽤。由于⾓动量得取向就是量⼦化得，J在任意⽅向得投影(如z⽅向)为：

= M，M=-J,-(J-1),-(J-2),…,J-2,J-1,J

因此，原⼦磁矩也就是量⼦化得，在任意⽅向得投影(如z⽅向)为：

=-Mg

式中，玻尔磁⼦µB =，M为磁量⼦数。

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.docx

有较高反射率的薄膜，为消除两平板背面反射光的干涉，每块板都作成楔形。两平行的镀膜平面中间夹有一个间隔圈，用热胀系数很小的石英或铟钢精加工而成，用以保证两
块平面玻璃之间的间距不变。玻璃板上带有三个螺丝，可精确调节两玻璃板内表面之间
的平行度。
标准具的光路如图2.1.1-2所示。自扩展光源S上任一点发出的单色光，射到标准具板的平行平面上，经过M1和M2表面的多次反射和透射，分别形成一系列相互平行的反射光束1，2，3，4,∙∙∙和透射光速1',2',3',4',…在透射的诸光束中，相邻两光束的光程差为厶=2 nd CoSr,这一系列平行并有确定光程差的光束在无穷远
L称为洛伦兹单位，
L=B 46 .7 mATA（7）
塞曼跃迁的选择定则为：
M -0,为π成为，是振动方向平行于磁场的线偏振光，只
在垂直于磁场的方向上才能观察到，平行于磁场的方向上观察不到，但当LJ =O时,
M2=0到M1=0的跃迁被禁止；LM-H,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，沿磁场正向观察时，'M=1为右旋圆偏振光，'M--1为左
这就是说，无磁场时的一个能级，在外磁场的作用下将分裂成（2J+1）个能级。由式
（1）还可以看到，分裂的能级是等间隔的，且能级间隔正比于外磁场B以及朗德因子
g。

西安交大《塞曼效应实验报告》

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（m

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

塞曼效应-理科物理实验报告-实验步骤数据分析讨论完整

塞曼效应实验报告

一、实验目的与实验仪器

（1）掌握观测塞曼效应的方法，理解原子磁矩及空间量子化等原子物理学概念；

（2）学习法布里-珀罗标准具的调节方法以及CCD 器件在光谱测量中的应用；

（3）观察汞原子546.1nm 谱线的分裂现象及偏振状态，由塞曼裂距计算电子荷质比。仪器：

永磁塞曼效应实验仪，主要由控制主机、笔形汞灯、毫特斯拉计探头、永磁铁、会聚透镜、干涉滤光片、法布里－珀罗标准具、成像透镜、读数显微镜、导轨以及六个滑块组成。

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的方式）

1、原子的总磁矩与角动量的关系。原子中的电子由于轨道运动产生轨道磁矩，电子还具有自旋运动产生的自旋磁矩，轨道磁矩和角动量

自旋磁矩和自旋角动量

总磁矩在方向的投影

2、外磁场的作用。在外磁场中，原子总磁矩受到力矩的作用，使角动量绕磁场方向作进动，进动引起的附加能量

则，无外磁场时的一个能级在外磁场作用下分裂为2J+1个子能级，由上式决定了每个能级的附加能正比于外磁场。

3、塞曼效应选择定则

4、电子荷质比

三、实验步骤

（要求与提示：限400字以内）

1、按照图所示，依次放置各光学元件，并调节光路上各光学元件等高共轴，点燃汞灯，使光束通过每个光学元件的中心。

2、从测量望远镜中可观察到细锐的干涉圆环发生分裂的图像。放置偏振片，当旋转偏振片为0°，45°，90°时，可观察到偏振性质不同的π和σ成分。

3、旋转偏振片，通过读数望远镜能够看到清晰的每一级三条分裂圆环，旋转望远镜鼓轮，测量四个圆环的直径、、、

四、数据处理

(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

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=e

m eh π4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：

塞曼效应实验报告

可见实验测得的B线波长跟理论的数值误差非常小，我们的方法是可行的。
其次是以AB谱线为标准测各谱线的波长
表2以AB为标准测定波长
以AB为标准测量谱线波长的时候，算得C线的波长是4353.3048 ，与理论值4352.7371 的百分误差为
2、塞曼分裂下的能级跃迁源自文库
原子能级产生分裂后，各磁能级之间的跃迁要遵守下列选择定则：
时，在垂直于磁场方向上，可观察到电矢量平行于磁场方向的线偏振光；在平行于磁场方向上，则观察不到谱线。这一辐射分量被称为线。
时，在垂直于磁场方向观察到的都是电矢量垂直于磁场的线偏振光，在平行于磁场方向上观察到的都是圆偏振光。这两个辐射分量被称为线。并且，当时，迎着或逆着磁场方向分别观察到右旋或左旋前进的圆偏振光，这个分量被称为线；当时，迎着或逆着磁场方向分别观察到左旋或右旋前进的圆偏振光，这个分量被称为线。
其中，d和x可由阿贝比长仪测量得出，由此可得出待测谱线波长。
图 2用内插法测未知波长示意图
实验调整外光路，使得汞放电管发出的光辐射经过透镜1L和反射镜Bs在摄谱仪入射狭缝上成像。加磁场后，用偏振片在摄谱仪面上观察汞谱线分裂后各分支谱线的偏振特性。分别拍摄无磁场和加上磁场后汞放电管的光谱，以记录谱线在磁场中的分裂情况。加磁场后，在入射狭缝钱放置偏振片P拍摄一组，去掉偏振片再拍摄一组，以记录光谱线的偏振特性。拍摄铁光谱，以作为测量谱线的标准谱。摄取铁光谱时，移去反射镜Bs；还要根据所摄波段，在入射狭缝前加上适当的滤光片，以消除二级光谱以外的干扰谱线。拍摄结束后取出，测量此时的磁场大小。使用阿贝比长仪精确测量各分支谱线的波长。处理分析实验数据。实验装置示意图如图（3）所示