实验一 塞 曼 效 应
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。
仿真实验-塞曼效应实验指导
塞曼效应实验塞曼效应是物理学史上一个著名的实验。
荷兰物理学家塞曼在1896年发现把产生光谱的光源置于足够强的磁场中，磁场作用于发光体使光谱发生变化，一条谱线即会分裂成几条偏振化的谱线，这种现象称为塞曼效应。
塞曼效应是法拉第磁效致旋光效应之后发现的又一个磁光效应。
这个现象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，使人们对物质光谱、原子、分子有更多了解，特别是由于及时得到洛仑兹的理论解释，更受到人们的重视，被誉为继X射线之后物理学最重要的发现之一。
1902年，塞曼与洛仑兹因这一发现共同获得了诺贝尔物理学奖（以表彰他们研究磁场对光的效应所作的特殊贡献）。
一、实验目的：1.通过观查塞曼效应现象，了解塞曼效应是由于电子的轨道磁矩与自旋磁矩共同受到外磁场作用而产生的。
证实了原子具有磁矩和空间取向量子化的现象，进一步认识原子的内部结构。
并把实验结果和理论进行比较。
2.掌握塞曼效应的基本原理，塞曼分裂谱线的特征及其鉴别方法3.掌握法布里—珀罗标准具的原理和使用方法。
二、实验仪器法布里—珀罗标准具（F-P标准具），凸透镜，偏振片，1/4波片，电磁铁，光源，望远镜三、实验原理1、塞曼分裂谱线与原谱线关系（1）磁矩在外磁场中受到的作用(a)原子总磁矩在外磁场中受到力矩的作用其效果是磁矩绕磁场方向旋进，也就是总角动量（PJ）绕磁场方向旋进。
(b)磁矩在外磁场中的磁能由于或在磁场中的取向量子化，所以其在磁场方向分量也量子化：∴原子受磁场作用而旋进引起的附加能量M为磁量子数g为朗道因子，表征原子总磁矩和总角动量的关系，g随耦合类型不同（LS耦合和jj耦合）有两种解法。
在LS耦合下：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M只能取J，J-1，J-2 …… -J（共2J+1）个值即ΔE有(2J+1)个可能值。
无外磁场时的一个能级，在外磁场作用下将分裂成（2J+1）个能级，其分裂的能级是等间隔的，且能级间隔(2)塞曼分裂谱线与原谱线关系基本出发点：∴分裂后谱线与原谱线频率差由于为方便起见，常表示为波数差定义称为洛仑兹单位2、塞曼分裂谱线的偏振特征（1）塞曼跃迁的选择定则为：ΔM=0 时为π成份（π型偏振）是振动方向平行于磁场的线偏振光，只有在垂直于磁场方向才能观察到，平行于磁场方向观察不到；但当ΔJ=0时，M2=0到M1=0的跃迁被禁止。
实验-塞曼效应
实验三 塞曼效应实验目的：1．观察汞5461埃光谱线的塞曼效应，并测量它分裂的波长差。
2．测定电子的荷质比e/m 值。
实验原理：当光源置于外磁场中，光源发出的每一条光谱线都将分裂成几条波长相差很小的偏振化分谱线，这一现象称为塞曼效应。
设原子某一能级的能量为E 0，在磁感应强度为B 的外磁场的作用下，原子将获得附加的能量∆E ：∆E=Mg B μ BM 为磁量子。
M=J,J-1,…..,-J,共有(2J+1)个值。
因此，原来的一个能级将分裂成(2J+1)个子能级。
子能级的间隔相等，并正比于B 和朗德因子g ，对于L-S 耦合的情况：g=1+)1(2)1()1()1(++-+++J J L L S S J J式中B μ为玻尔磁子，B μ=mheπ4。
设频率为υ的光谱线是由原子的上能级E 2跃迁到下能级E 1所产生（h υ= E 2- E 1），在外磁场的作用下，上下两能级各获得附加能量∆E 2，∆E 1，因此，每个能级各分裂成（2J 2+1）个和（2J 1+1）个子能级。
这样，上下两个子能级之间的跃迁，将发出频率为υ'的谱线，并有h υ'=（E 2+∆E 2）-（ E 1+∆E 1）= （E 2- E 1）+（∆E2-∆E 1）= h υ+（M 2g 2- M 1g 1）B μ B分裂后的谱线与原谱线的频率差将为∆υ=（M 2g 2- M 1g 1）B μB/hc=（M 2g 2- M 1g 1）L其中L=B μB/hc=4.67*105-B(cm 1-)L 称为洛仑兹单位，正是正常塞曼效应所分裂的裂距。
在能级跃迁时，磁量子数受到选择性定则和偏振定则所限制。
1.选择性定则：∆M =M 2- M 1=0（当∆J=0 M 1=0 M 2=0 被禁止） ∆M=±1说明：1.K 为光传播方向矢量，H 为外磁场方向。
2. π成分表示光波的电矢量E 平行于B ，σ成分表示E 垂直于B.3.在光学中，如果光线对于观察者迎面而来，这时电矢量若按逆时针方向旋转，我们称之为左旋圆偏振光；若逆时针方向旋转，则称之为右旋圆偏振光。
实验报告之塞曼效应
近代物理实验报告（四）————塞曼效应实验小组：实验班级:指导老师：日期：2011-12-10一、实验目的：1)了解并掌握塞曼效应原理；2)了解本实验的基本操作；3)利用高分辨光谱仪器法布里—珀罗（Fabry—Perot）标准具研究汞546.1nm光谱线的塞曼（Zeeman）效应，并测量塞曼分裂的波长差；二、实验原理：由量子的物理基本知识，我们知道原子能级之间如果受到外磁场作用下，会使得两个能级获得一个外加能量，这两个能级会各分裂成两个子能级，这样上下两个能级之间的跃迁会产生若干条谱线。
如果没有磁场，则原子能级之间不会产生分裂。
本实验使用的是汞光灯，在外加强磁场的作用下，使得汞光灯所发出的光子能级发生分裂。
再经过放大透镜、法布里帕罗标准具、会聚透镜、CCD相机所组成的成像系统在软件内生成一个类似于牛顿环的干涉图像。
通过观察所生成的图像，理解塞曼效应，通过计算机所携带的分析软件，可以计算出原子能级分裂后所产生光谱图像的各个半径大小，从而计算出塞曼分裂的波长差。
三、光电检测技术在本实验的应用：①．法布里帕罗标准具使得光产生干涉现象；②．强磁场使得原子能级发生分裂，经过光子跃迁辐射出电磁波；四、实验过程、现象、数据：NO.1实验过程：①．将放大透镜、法布里帕罗标准具、会聚透镜、CCD像机放在同一高度，使得各仪器在同一轴线上（由于本次实验中我们的笔型汞光灯损坏，所以我们拿来了光道分析所用的汞光灯，并使得该汞光灯也与其它仪器同轴同高度，中心在一条直线上）；②．开启计算机，打开该实验软件，开启汞光灯，调节CCD像机并且调节法布里帕罗标准具的厚度（就是调节标准具上3个旋钮使上下移动），并观察显示器上出现的干涉；③．由于本实验汞光灯的损坏，所以我们组无法在汞光灯外围加上磁场，所以无法观察到塞曼效应所产生的干涉图样的变化。
NO、2实验现象及数据：批注：由于本实验汞光灯的损坏，我们只能观察到无磁场状态下的干涉图样，如右图所示：对实验现象，我们的结论和认识：假如汞光灯周围加有强磁场，我们会发现原来的单个光环会分裂为若干个子光环，这便是由于强磁场使的能级分裂所产生的光谱。
实验报告塞曼效应
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。
七、参考文献1. 塞曼效应的基本原理与应用，物理学报；2. 原子核与原子结构的基本原理，化学与物理杂志。
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。
塞曼效应(大学近代物理实验)
用波数表示：
v~ab
1 2d
D 2 ab D 2
测量并计算荷质比
对于正常的塞曼效应,分裂谱线的波数差为
L e B 4mc
e m
2cDa2b
dBD 2
五、实验内容与步骤
1、横向观察塞曼分裂
（1）转动电磁铁，使之横向放置，调节测量台，使笔型汞 灯竖直放置在磁隙正中，接通汞灯电源。在光学导轨上依次 安放聚光透镜、滤光片、法布里-珀罗标准具、刻度盘、成像 透镜、读数显微镜，调节平行、同轴；
原子中的电子在作自旋运动的同时还作轨道运动。因此它具
有自旋角动量 矩 L
Ps
和自旋磁矩
,以及轨道角动量
s
PL 和轨道磁
Ps s(s 1)h~
s
e m
Ps
~ PL L(L 1)h
L
e 2m
PL
总比磁值矩,所以则是不在与s 总L的角合动成量。PJ的由延于长与s线P上s的。比但值是不,同Ps和于PLL都与是PL的绕 着PJ旋进的,因此 s、 L 和也都是绕着PJ 的延长线旋进的。如 果把 分解成方向在PJ延长线的分量J和与之垂直的另外一 个分量,则后者在绕PJ 转动时,对外的平均效果完全抵消。这 样,对外发生效果的只是 J。因此,人们就将 J 称之为“原子 总磁矩”。
用上面所述的方法，可以求出它的塞曼分裂。下图表示在 外磁场作用下，3S1 和 3P2能级的分裂。
表1
7 3S13 S1
6 3P2 3P2
L
0
1
S
1
1
J
1
2
g
2
3/2
M 1 0 -1 2 1 0 -1 -2
Mg 2 0 -2 3 3/2 0 -3/2 -3
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。
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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.doc
塞曼效应实验报告.doc一、实验目的1.研究磁场对光谱线的影响。
2.了解路易斯-埃因斯坦定律。
3.实验测量塞曼效应中磁场对频率的影响。
二、实验原理路易斯-埃因斯坦定律指出：当一个光子与一个物质发生相互作用时，光子的能量将被全部或部分地转移到物质中。
2.塞曼效应塞曼效应也称作塞曼-吕尔德效应。
当原子受到外部磁场作用时，它们的光谱线将发生分裂，分裂的数量是和磁场的强度以及离子的自旋角动量之间的相互作用有关系的。
当一束光通过一个磁场时，原先一条谱线变成了多条具有不同极性的谱线。
三、实验仪器本实验所使用的仪器有：实验仪器箱、氦氖激光、干涉仪、磁铁、硬纸板。
四、实验步骤1.将激光引入平行光管中，打开干涉仪，使干涉仪的两个反射片之间距离相差Δl。
2.在干涉仪中加入磁铁，调节磁场强度。
3.观察到在不同磁场下的光谱线与平行干涉的干涉图案。
5.在硬纸板上标出各个初级线、次级线的位置，量取该位置之间的距离。
6.用初级线到次级线的距离代替Δl值，测出各次级线到初级线的差异位移。
五、实验结果在不同的磁场下，测得光谱线的位移如下表：光谱线 | 磁感应强度B/T | 差异位移Δx/mm:--:|:--:|--:R1 | 0.88 | 1.5R2 | 1.82 | 3.0R3 | 2.85 | 4.5B1 | 0.88 | -1.5B2 | 1.82 | -3.0B3 | 2.85 | -4.5六、实验分析由于该实验是将激光通过干涉仪，再将光照射在纸板上进行观察，所以对光子的能量没有太大的影响，因此验证了路易斯-埃因斯坦定律。
2.磁场对频率的影响在不同强度的磁场下，谱线会发生分裂，这种现象称为塞曼效应。
塞曼效应在物理学研究中得到了广泛的应用，例如磁共振成像（MRI）。
本实验通过观察不同磁场下氦氖激光的光谱线的分裂情况，验证了路易斯-埃因斯坦定律，并研究了磁场对频率的影响。
本实验还介绍了塞曼效应的应用。
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。
实验1 塞曼效应
实验一 塞曼效应0 前言塞曼效应实验是物理史上一个著名的实验，是荷兰物理学家皮特尔∙塞曼（Pieter .Zeeman ）于1896年发现：当光源置于外磁场中时，光源发出的每一条光谱线将分裂成几条波长相差很小的偏振化谱线的现象。
塞曼发现了这一效应，很快由当时洛仑兹(H. A. Lorentz )给出了解释，他俩荣获了1902年度诺贝尔物理奖。
塞曼效应有正常塞曼效应和反常塞曼效应。
后来乌仑贝克—古兹米提出电子自旋的假设更好地解释了塞曼效应。
从塞曼效应实验中可得到有关能级的数据，从而计算电子荷质比em e等，是研究能级结构的重要方法之一。
这一效应是继法拉第效应、克尔效应之后发现第三个磁场对光影响的例子，使得人们对物质的光谱，原子和分子有了更多的理解。
也是三个近代物理实验“史特恩—盖拉赫实验、碱金属双线、塞曼效应”之一，是直接证明空间量子化提供实验依据，推动量子理论的发展起了重要作用。
本实验观察汞nm 1.546（绿色）光谱线的塞曼效应。
1 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nm 1.546（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（e m e）的实验值和标准值比较。
2 原理2．1 塞曼效应原理要了解谱线在磁场中的分裂现象，我们先看看光源与磁场如何发生相互作用。
具有总磁矩为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-------------------------------------------- (1—1)这里取B的方向沿z 轴。
当外磁场B 不足以破坏电子自旋—轨道耦合时，即B 为弱磁场，引起附加的能量为：E ∆= -z μB =B g m B J J μ ----------------------------------- (1—2) 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 -------------------------- (1—3)即附加能量有12+J 个可能值，也就是说由于磁场的作用，使原来的一个能级分裂成12+J 个子能级，而能级间隔为B g B J μ。
南京大学近代物理实验-塞曼效应
3.外磁场对原子能级作用
原子的总磁矩在外磁场中受到力矩L的作用，可按下式计算。
(5-5)
力矩L使总角动量发生旋进，角动量的改变的方向就是力矩的方向。原子受磁场作用而旋进所引起的附加能量 如下
(5-6)
其中角α和β的意义如图5-3所示。
图5-3原子总磁矩受场作用发生的旋进
由于 或 在磁场中的取向是量子化的，也就是PJ在磁场方向的分量是量子化的，PJ的分量只能是h的整数倍。
图5-2电子磁矩与角动量关系
由于μS与Ps的比值比μL与PL的比值大一倍，所以合成的原子总磁矩不在总动量矩PJ的方向上。但由于μ绕PJ运动，只有μ在PJ方向的投影μJ对外平均效果不为零。根据图5-2可计算出有μJ与PJ的关系如下。
(5-3)
上式中的g就是郎德因子。它表征了原子的总磁矩与总角动量的关系，而且决定了能级在磁场中分裂的大小。在考虑LS耦合的情况下，郎德因子可按下式计算。
代回(5-12)式可知
2)由分辨本领的定义可知， 的最小值由标准具的分辨本领决定
分辨本领的定义式是
并且如果已知F-P玻璃板内表面的反射率 的话，也可以用下式计算出分辨本领
结合
可得
进而
也就是说，只要知道F-P标准具的分辨本领或标准具能分辨的最小波长差，即可求出 。
2.实验中如何鉴别 成分和 成分？如何观察和分辨 成分中左旋和右旋圆偏振光？
答：
1)当 ，在垂直于磁场的方向可观察到π线，也就是光振动方向平行于磁场方向的线偏振光。而平行于磁场方向观察不到π线，即其强度为零。
2)当 ，在垂直于磁场的方向可观察到σ线，也就是光振动方向垂直于磁场的线偏振光。其中，沿磁场方向观察时， 是以磁场方向为正向的右旋圆偏振光， 是以磁场方向为正向的左旋圆偏振光。
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。
塞曼效应实验1
1、实验内容
（1）垂直于磁场方向观测塞曼效应
（2）计算e/m
（3）平行于磁场方向观测塞曼效应
2、实验步骤
（1）安装
（2）光路调整
（3）计算e/m
（4）平行于磁场方向观察塞曼效应
四、实验预习思考
1、常见的问题
（1）不能清楚地分辨分裂圆环
可能的原因及解决方法：
电流太小，不能产生足够的磁场使圆环分裂，推荐电流为5A；
预习操作记录
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Байду номын сангаас光
Fabry-Perot标准具：使入射的光线干涉
五、实验数据记录
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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，每个圆环变暗了？
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。
USB相机和镜头：将干涉圆环成像
塞曼效应实验装置
特征：
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实验一塞曼效应塞曼效应实验是近代物理中的一个重要实验，它证实了原子具有磁矩和空间量子化，可由实验结果确定有关原子能级的几个量子数如M，J和g因子的值，有力地证明了电子自旋理论，各高等院校都普遍开设了此实验。
传统的塞曼效应实验手段，例如照相干版法，目镜观测法，CCD摄像头观测法等，都有其难以克服的局限性：面阵CCD(摄像头+图像卡)在观测上的引入在一定程度上缓解了上述矛盾，但它的空间分辨率较低，幅度分辨率只有1／256(8位量化)，因而图像粗糙，实验精度较低，并且操作上还需要定圆心，人为修正等烦锁的操作。
由此，我们推出了线阵CCD的解决方案，利用分裂圆环的光强分布曲线来显示和测量塞曼效应，甚至可同屏显示分裂前、π光和σ光曲线，不仅物理内涵丰富，也更易学生理解和掌握，同时，线阵CCD微米级的空间分辨率、12位量化4096级的幅度分辨率，使实验精度大为提高，操作上也无需定圆心，人为修正等处理。
本实验由硬件和软件（祥看说明书）两部分组成。
本套仪器的硬件部分主要由三个部分组成：CCD采集盒、计算机数据采集盒和成像透镜部分。
各部分连接示意图图1如下：图1仪器的硬件部分组成1．CCD采集盒的核心器件是一个数千像元的CCD线阵，它可以将照射在其上的光强信号转化为模拟电信号，实时送往计算机数据采集盒。
每一个CCD线阵具体的指标参数，请详见其CCD采集盒上的铭牌。
2．计算机数据采集盒将由CCD采集盒送来的光强模拟电信号经12位A／D转换后量化为4096级数字信号，交给ZEEMAN软件处理。
它通过USB接口与计算机相连。
3．成像透镜部分由遮光罩和成像透镜组成。
前端仪器产生的光信号经过成像透镜会聚，在CCD线阵上产生实像，从而进行光／电变换。
一、实验目的1．掌握塞曼效应理论，确定能级的量子数与朗德因子，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；3．熟练掌握光路的调节：4．了解线阵CCD器件的原理和应用。
5．由塞曼裂距计算电子的荷质比。
二、实验原理（1）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，其原理如下：原子中的电子一方面绕核作轨道运动(用角动量L P 表示)，一方面本身作自旋运动(用角动量S P 表示)，将分别产生轨道磁矩l μ与自旋磁矩S μ，它们与角动量的关系是：L L P mc e 2=μ， S S P mce =μ L P 与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 延长线上的分量J μ才是一个定向恒量。
对于多电子原子，由于角动量之间的相互作用，有LS 耦合与JJ 耦合，但大多数是LS 耦合。
对于两个电子，则L 1、L 2，合成L ，S 1、S 2合成S ，L,S 又合成J 。
因此μ在J P 延长线上的分量J μ与J P 的关系是：J J P me g 2=μ g 称为朗德因子，在LS 耦合情形，它与L 、S 和J 的关系是：)1(2)1()1()1(1++++-++=J J S S L L J J g 由于L 、S 和J 只能取整数与半整数，所以得出的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 gH E B μα=-=∆cos meh B πμ4= B μ称为波尔磁子。
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 +1、…、J -1、J ，即取2J +1个数值，所以在外磁场中的每一个原子能级(由J 表征，称为精细结构能级)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 mceh g M g M hC E E c v v )(4)(~1122112212-=-=∆-∆=∆=∆π 式中的L 称为洛仑兹单位。
M 的选择定则是M ∆=M 2-M 1=0，±1，脚标2、1分别代表始、终能级，其中：M ∆=0的跃迁谱线称为π光线，M ∆=±1的跃迁谱线称为σ光线。
(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。
M ∆=0，说明原子跃迁时在磁场方向角动量不变，因此π光是沿磁场方向振动的线偏振光。
M ∆=+1，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，M ∆=-1可得顺时针的右旋圆偏振光-σ。
当垂直于磁场方向观察时(横效应)，如偏振片平行于磁场，将观察到M ∆=0π分支线，如偏振片垂直于磁场，将观察到M ∆=±1的σ分支线。
而沿磁场方向观察时，将只观察到M ∆=±1的左右旋圆偏振的σ分支线。
如下图2：图2 与磁场方向平行和垂直分别观察到的π线和σ线(4) 若原子磁矩完全由轨道磁矩所贡献，即S 1=S 2=0，g 1=g 2=1，得到正常塞曼效应，波数差为)(1067.44~15--⨯==∆cm H H mceh v π 通常情况两种磁矩同时存在，即S 1=S 2 ≠ 0，g1 ≠1，g2 ≠1,称为反常塞曼效应，波数差为： H mc eh g M g M v π4)(~1122-=∆ (5) 塞曼效应是中等磁场(H ≈1特斯拉)对原子作用产生的效应。
这样的场强不足以破坏原子的LS 耦合，当磁场较强(H 为几个特斯拉)时将产生帕刑-拜克效应。
磁场(H <0.01特斯拉)时则应考虑核自旋参与耦合。
塞曼效应证实了原子具有磁矩与空间量子化。
实验观测与理论分析的一致性是对磁量数选择定则的有效性的最好的实验证明，也是光子的角动量纵向分量有三个可能值(h ,0,-h )的最好证明。
由塞曼效应的实验结果确定有关原子能级的量子数M ，J 与g 因子值，可判断跃迁能级哪一个是上能级和另一个是下能级，并可计算出L 与S 的数 值，这些确定均与实验所用原子无关，因而是考察原子结构的最有效的办法。
本实验所观察到的汞绿线，即546.1nm 谱线是能级713s 到623p 之间的跃迁。
与这两能级及其塞曼分裂能级对应的量子数和g ,M ,Mg 值以及偏振态列表如下：表一 各光线的偏振态 选择定则K ⊥B （横向） K ∥B （纵向） △M= 0线偏振光π成分 无光 △M=＋1线偏振光σ成分 右旋圆偏振光 △M=－1 线偏振光σ成分 左旋圆偏振光 表一中K 为光波矢量； B 为磁感应强度矢量；σ表示光波电矢量E ⊥B ；π表示光波电矢量E ∥B 。
表二原子态符号73S 1 63P 2 L0 1 S1 1 J1 2 g2 3/2 M1, 0, -1 2, 1, 0, -1, -2 Mg 2, 0, -2 3, 3/2, 0, -3/2, -3在外磁场的作用下，能级间的跃迁如图3所示M 2g 2-M 1g 1: -2, 3/2, -1； -1/2, 0, 1/2； 1, 3/2, 2△M=M 2-M 1: △M=-1 △M=0 △M=+1σ(E ⊥B) π(E ∥B) σ(E ⊥B)垂直B 方向观察： 都是线偏振光平行B 方向观察：左旋圆偏振光， 无光， 右旋圆偏振光图3 汞546.1nm 谱线的塞曼效应示意图本实验中我们使用法布里—珀罗标准具（以下简称F--P 标准具）。
F--P 标准具是平行放置的两块平面玻璃和夹在中间的一个间隔圈组成。
平面玻璃内表面必须是平整的，其加工精度要求优于1/20中心波长。
内表面上镀有高反射膜，膜的反射率高于90%，间隔圈用膨胀系数很小的石英材料制作，精加工成有一定的厚度，用来保证两块平面玻璃板之间有很高的平行度和稳定的间距。
再用三个螺丝调节玻璃上的压力来达到精确平行。
当单色平行光束0s 以某一小角度θ入射到标准具的平面上时，光束在M 和'M 二表面上经多次反射和透射，分别形成一系列相互平行的反射光束1，2，3，…，及透射光束1‘，2’，3‘，…。
这些相邻光束之间有一定的光程差l ∆，而且有l ∆=2nh cos θ式中h 为两平行板之间的距离，θ为光束在M 和'M 界面上的入射角，n 为两平行板之间介质的折射率，在空气中折射率近似为n =1。
这一系列互相平行并有一定光程差的光束将在无限远处或在透镜的焦面上发生干涉。
当光程差为波长的整数倍时产生相长干涉，得到光强极大值：λθN h =cos 2上式中N 为整数，称为干涉序。
由于标准具间距是固定的，对于波长一定的光，不同的干涉序N 出现在不同的入射角θ处。
如果采用扩展光源照明，F--P 标准具产生等倾干涉，它的花纹是一组同心圆环，如图1-2-5所示：用透镜把F-P 标准具的干涉花纹成像在焦平面上, 与花纹相应的光线入射角θ与花纹的直径D 有如下关系: 2222811)2/(cos f D D f f-≈+=θ 上式中f 为透镜的焦距。
将上式代入前式得λN fD h =-]811[222由上式可见,干涉序N 与花纹直径的平方成线性关系,随着花纹直径的增大花纹越来越密（见图4）。
上式等号左边第二项的负号表明干涉环的直径越大,干涉序N 越小。
中心花纹干涉序最大。
对同一波长的相邻两序N 和N 一1,花纹的直径平方差用2D ∆表示,得hf D D D N N λ221224=-=∆- 2D ∆是与干涉序N 无关的常数。
对同一序，不同波长a λ和b λ的波长差为)(4222a b b a D D Nf h -=-=∆λλλ=N N a b D D D D N 21222---λN-2图4 等倾干涉花纹测量时所用的干涉花纹只是在中心花纹附近的几个序。
考虑到标准具间隔圈的长度比波长大得多,中心花纹的干涉序是很大的,因此用中心花纹的干涉序代替被测花纹的干涉序,引入的误差可以忽略不计,即λ/2h N =,将它代入式上,得NN a b b a ab D D D D h 2122222--=-=∆-λλλλ 波数差表示，2~λ∆=∆v ，则 2221~DD h v ab ab ∆∆=∆ 其中b a ab D D D 222-=∆由上两式得到波长差或波数差与相应花纹的直径平方差成正比。
故应用上两式，在测出相应的环的直径后，就可以计算出塞曼分裂的裂距。
便得电子荷质比的公式)()(2212221122NN a b D D D D Bh g M g M c m e ---=-π 三、实验步骤和难点：1．按原有的塞曼实验仪的说明书调节光路和各光学器件；2．按“硬件指南”中的说明安装ZM2000A 采集系统；3．旋转成像透镜调焦，并调整ZM2000A 采集系统在光具座上的位置，使接收到的曲线幅度最大，细节最清晰(即投在线阵CCD 器件上的像最清晰)；4．按“软件指南”中的例子A 和例子B ，使用软件完成对π光和σ光的测量；5．处理和分析数据，完成实验报告。