西安交大《塞曼效应实验报告》重点讲义资料
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。
塞曼效应实验资料报告材料完整版
学生： 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 e g P 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 e E 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 h P M M J J J απ-==--（3）学生： 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 he mμπ=，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2L L e P m μ==（5）S S e P m μ==（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 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学生： 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。
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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
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。
永磁塞曼效应实验讲义
塞曼效应实验一、实验原理1. 掌握观测塞曼效应的方法，加深对原子磁矩及空间量子化等原子物理学概念的理解。
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 普线的分裂现象及它们偏振状态，由塞曼裂距计算电子荷质比。
二、实验原理1.原子的总磁矩和总角动量的关系严格来说，原子的总磁矩由电子磁矩和核磁矩两部分组成，但由于后者比前者小三个数量级以上，所以暂时只考虑电子的磁矩这一部分。
原子中的电子由于作轨道运动产生轨道磁矩,电子还具有自旋运动产生自旋磁矩,根据量子力学的结果,电子的轨道磁矩L μ和轨道角动量L P 在数值上有如下关系:L L P me2=μ η)1(+=L L P L (1) 自旋磁矩S μ和自旋角动量S P 有如下关系：S S P me=μ η)1(+=S S P S (2) 式中e ,m 分别表示电子电荷和电子质量，L ,S 分别表示轨道量子数和自旋量子数。
轨道角动量和自旋角动量合成原子的总角动量J P ,轨道磁矩和自旋磁矩合成原子的总磁矩μ,由于μ绕J P 运动只有μ在J P 方向的投影,J μ对外平均效果不为零，可以得到J μ与J P 数值上的关系为：J J P meg2=μ (3) 其中：)1(2)1()1()1(1++++-++=J J S S L L J J g （4）g 叫做朗德(Lande)因子,它表征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。
2．外磁场对原子能级的作用在外磁场中，原子的总磁矩在外磁场中受到力矩L 的作用B L J ⨯=μ (5)式中B 表示磁感应强度,力矩L 使角动量J P 绕磁场方向作进动，进动引起附加的能量E ∆为: αμcos B E J -=∆ (6) 将（3）式代入上式得:βcos 2B P megE J =∆ (7) 由于J μ和J P 在磁场中取向是量子化的,也就是J P 在磁场方向的分量是量子化的。
塞曼效应讲义
塞 曼 效 应1896年荷兰物理学家塞曼（P. Zeeman ）发现当光源放在强磁场中时，原来的一条光谱线分裂成几条光谱线，分裂的谱线成分是偏振的，分裂的条数随能级的类别而不同，这种现象为称为塞曼效应。
塞曼因此在1902年与洛伦兹共享诺贝尔物理学奖。
通常把那些一条谱线分裂为三条，且裂距（相邻两条谱线的波数差）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/=）。
实际上大多数物质的谱线在磁场中的分裂多于三条，谱线的裂距可以大于也可以小于一个洛伦兹单位，称为反常塞曼效应。
完整解释塞曼效应需要用到量子力学，电子的轨道磁矩和自旋磁矩耦合成总磁矩，并且空间取向是量子化的，磁场作用下的附加能量不同，引起能级分裂。
在外磁场中，总自旋为零的原子表现出正常塞曼效应，总自旋不为零的原子表现出反常塞曼效应。
塞曼效应是继“法拉第效应”（1845年）、“克尔效应”（1888年）之后发现的第三个磁光效应，在近代物理学中占有重要地位。
塞曼效应证实了原子磁矩的空间量子化，为研究原子结构提供了重要途径。
【实验目的】 1.观察汞原子546.1nm 谱线的分裂现象以及它们偏振状态，把实验结果与理论结果进行比较。
2. 测量塞曼分裂线（π分量）的波长差，计算电子的荷质比。
3.掌握法布里—珀罗标准具（简称 F —P 标准具）的原理及使用。
【实验原理】一、谱线在磁场中的能级分裂1. 原子中的电子一方面绕核做轨道（用轨道角动量L P 表征），一方面本身做自旋运动（用自旋角动量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， 2L L eP mcμ=-)1(+=L L P L S S eP mcμ=-)1(+=S S P S （1） 式中m e ,分别表示电子电荷和电子质量；S L ,分别表示轨道量子数和自旋量子数。
轨道角动量和自旋角动量合成总角动量J P 并分别绕J P 旋进，轨道磁矩和自旋磁矩合成的磁矩μ,μ在J P 延长线上的分量J μ才是一个定向恒量。
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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。
塞曼效应讲义
7塞曼效应实验一、实验目的1.学习观测塞曼效应的实验方法；2.学习光路的调节和F-P 标准具的使用；3.观察原子在磁场中能级的分裂和测量电子荷质比e/m 。
二、实验仪器1．实验装置图一是塞曼效应实验装置简化图，整个装置放在1.2m 的光具座上。
分项说明如下：图一 塞曼效应实验装置图N 和S 为电磁铁，220V 交流电通过自耦变压器接硒整流器，其直流输出供给电磁铁作励磁电流，自耦变压器调节和控制励磁电流的大小。
O 为水银辉光放电管，本实验用作光源。
通过另一自耦变压器将电压升至10000V 左右点燃放电管。
L 1为聚光镜，使通过标准具的光增强。
P 为偏振片，在垂直于磁场方向观察时用以鉴别π成分和σ成分。
F 为干涉滤色片。
作用是只允许谱线546.1nm 通过，滤掉Hg 原子发出的其他谱线。
F-P 为法布里-珀罗标准具。
本实验中的标准具的间距为2.000mm 。
M 为读数显微镜。
调焦于干涉花样后即可对干涉条纹进行观测。
T 为摄像头。
与微机相连，可拍摄读数显微镜内的干涉条纹，并通过微机进行数据处理。
2．F-P 标准具的原理及性能参数F-P 标准具由两块平行玻璃板和夹在中间的一个间隔圈组成。
平板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。
内表面上渡有高反射膜，膜的反射率高于90%。
间隔圈用膨胀系数很小的熔融石英材料制作，精加工成有一定厚度，用来保证两块平面玻璃之间有很高的平行度和稳定的间距。
标准具的光路图如图二所示，当单色平行光S O 以某一小角度入射到标准具的M 平面上8时，光束在M 和M ’二表面上经过多次反射和透射，分别形成一系列相互平行的反射射和透射，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’…， 任何相邻光束间的光程差 Δδ为θδcos 2nd =∆ (3.1)式中d 为F-P 标准具的间距，θ为光束折射 角，n 为两平面玻璃板间介质的折射率，在 空气中时可取n = 1 。
塞曼效应讲义
塞 曼 效 应1896年荷兰物理学家塞曼（P. Zeeman ）发现当光源放在强磁场中时，原来的一条光谱线分裂成几条光谱线，分裂的谱线成分是偏振的，分裂的条数随能级的类别而不同，这种现象为称为塞曼效应。
塞曼因此在1902年与洛伦兹共享诺贝尔物理学奖。
通常把那些一条谱线分裂为三条，且裂距（相邻两条谱线的波数差）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/=）。
实际上大多数物质的谱线在磁场中的分裂多于三条，谱线的裂距可以大于也可以小于一个洛伦兹单位，称为反常塞曼效应。
完整解释塞曼效应需要用到量子力学，电子的轨道磁矩和自旋磁矩耦合成总磁矩，并且空间取向是量子化的，磁场作用下的附加能量不同，引起能级分裂。
在外磁场中，总自旋为零的原子表现出正常塞曼效应，总自旋不为零的原子表现出反常塞曼效应。
塞曼效应是继“法拉第效应”（1845年）、“克尔效应”（1888年）之后发现的第三个磁光效应，在近代物理学中占有重要地位。
塞曼效应证实了原子磁矩的空间量子化，为研究原子结构提供了重要途径。
【实验目的】 1.观察汞原子546.1nm 谱线的分裂现象以及它们偏振状态，把实验结果与理论结果进行比较。
2. 测量塞曼分裂线（π分量）的波长差，计算电子的荷质比。
3.掌握法布里—珀罗标准具（简称 F —P 标准具）的原理及使用。
【实验原理】一、谱线在磁场中的能级分裂1. 原子中的电子一方面绕核做轨道（用轨道角动量L P v表征），一方面本身做自旋运动（用自旋角动量S P v 表征），将分别产生轨道磁矩L μv 和自旋磁矩S μv ，它们与角动量的关系，2L L e P mcμ=-vvη)1(+=L L P L S S e P mcμ=-vvη)1(+=S S P S （1） 式中m e ,分别表示电子电荷和电子质量；S L ,分别表示轨道量子数和自旋量子数。
轨道角动量和自旋角动量合成总角动量J P v并分别绕J P v旋进，轨道磁矩和自旋磁矩合成的磁矩μv ,μv 在J P v延长线上的分量J μ才是一个定向恒量。
塞曼效应讲义
2. 观察塞曼分裂的方法： 塞曼分裂的波长差很小,以 Hg 5461 Å 谱线为例当处于 B=1T 的磁场中
要观察如此小的波长差，用一般的棱镜摄谱仪是不可能的，需要用高分辨率 的仪器，如法布里—珀罗标准器（F—P 标准具）。 F—P 标准具由平行放置的两块平面玻璃或石英板组成的，在两板相对的平 面上镀薄银膜和其他有较高反射系数的薄膜。 两平行的镀银平面的间隔是由某些 热膨胀系数很小的材料做成的环固定起来。玻璃板上带有三个螺丝，可以精确调 节两玻璃板内表面之间的平行度。 标准具的光路图如下所示。 从扩展光源 S 上发出的单色光。设到标准具板的平行 平面上，经 M 1 和 M 2 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.....和透射光束 1’,2’,3’,4’......在透射的光束中，相邻的 光程差是：
图 2. Hg(546.1nm)谱线在磁场中的分裂 当外磁场比原子内部磁场强得多时（原子内部磁场的数量级为几十特斯拉） ， 原子轨道磁矩和自旋磁矩分别与磁场的相互作用能明显地超过了轨道──自旋 相互作用能，可认为轨道一自旋耦合破坏， （即 LS 耦合破坏） 。与前面类似的讨 论可知，在强磁场下，原子受磁场作用的附加能量为
或者定义为标准具的自由光谱范围，表明在给定间隔圈原度为 d 的标 准具中，若入射光的波长在λ ～λ +Δ λ 间（或波数在 间）所产生的 干涉圆环不重叠， 若被研究的谱线波长差大于自由光谱范围，两套花纹之间就要 发生重叠或错级，给分析带来困难，因此在使用标准具时，应根据被研究对象的 光谱波长范围来确定间隔圈的厚度。 分辨本领（ ）：) 对于 F—P 标准具
图 1. 原子的总磁矩受磁场作用发生进动
磁矩
在外磁场中的磁能：
由于
塞曼效应实验报告材料
实验题目：塞曼效应实验目的：研究塞曼分裂谱的特征，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。
实验仪器：塞曼效应实验平台仪器，磁感应强度测量仪，底片，秒表等。
实验原理：（点击跳过实验原理）1． 谱线在磁场中的能级分裂对于多电子原子，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，12E E hv -=在磁场中，若上、下能级都发生分裂，新谱线的频率v ’与能级的关系为B g M g M hv E E E E E E E E hv B μ)()()()()('112212121122-+=∆-∆+-=∆+-∆+= 分裂后谱线与原谱线的频率差为 h B g M g M v v v B μ)('1122-=-=∆ （3） 代入玻尔磁子meh B πμ4=，得到 B m e g M g M v π4)(1122-=∆ （4） 等式两边同除以c ，可将式（4）表示为波数差的形式B mc e g M g M πσ4)(1122-=∆ （5） 令 mceB L π4= 则 L g M g M )(1122-=∆σ （6） L 称为洛伦兹单位，117.46--⋅⨯=T m B L （7） 塞曼跃迁的选择定则为：0=∆M ，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0=∆J 时，02=M 到01=M 的跃迁被禁止；1±=∆M ，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，1+=∆M 为右旋圆偏振光，1-=∆M 为左旋圆偏振光。
塞曼效应实验报告
塞曼效应学号：201111141939 姓名：周勋 指导教师：王亚飞 实验日期：2013.10.21摘 要：本实验利用二米平面光栅摄谱仪摄谱的方法研究原子在外加磁场下其能级跃迁谱线的分裂情况，即塞曼效应。
实验利用光栅摄谱仪摄谱，通过阿贝比长仪测量各条谱线的位置，再用内插法计算出各分裂谱线所对应的波长，以此得出波数差及波长差的实验值，最后与理论值比较，波长相对误差最大为0.0003%。
而且计算出了朗德g 因子的值，与理论值相符。
关键词：塞曼效应 摄谱 内插法 能级分裂 一、引言如果把光源置于足够强的磁场中，则光源发出的大部分单色光都分裂为若干条偏振的谱线，分裂的条数随能级的类别而不同，这种现象被称为塞曼效应。
塞曼效应是1896年荷兰物理学家塞曼发现的，洛伦兹对此作出了令人满意的解释。
由塞曼效应的发现及其解释对研究原子中电子的角动量和反映角动量耦合作用的朗德因子的原子结构信息有重要的作用，因此，塞曼和洛伦兹共同获得了1902年的诺贝尔物理学奖。
从塞曼效应的实验中可以得到有关原子能级分裂的数据即有能级分裂的个数可以得到角量子数J ，由能级的裂距可得到朗德因子g ，至今它仍是研究能级结构的重要方法之一。
近年来这一方法也被用于吸收光谱方面。
本实验采用光栅摄谱仪摄谱的方法来研究这一现象，掌握塞曼效应理论，理解塞曼效应在研究原子能级结构中的重要作用。
二、实验原理1、原子能级在磁场中的分裂原子磁矩J μ由电子运动的轨道磁矩和自旋磁矩合成，它与原子总角动量J P的大小关系为：2J J egp mμ= （1） 其中g 为朗德因子，它表征了原子的总磁矩与总角动量的关系，并且决定了能级在磁场中的分裂大小。
朗德g 因子(1)(1)(1)12(1)J J L L S S g J J +-+++=++ （2）其中J 、L 、S 分别表示总角动量量子数、轨道角动量量子数和自旋角动量量子数。
原子在外磁场B的作用下，将获得附加能量E ∆B E Mg B μ∆= （3）则原子在外磁场中的总能量为：00B E E E E Mg B μ=+∆=+ （4）式中玻尔磁子4B hemμπ=，（e 为电子电荷，m 为电子质量），0E 为未加磁场是原子的能量，磁量子数,1,,M J J J =-⋅⋅⋅-，共21J +个值。
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。
塞曼效应实验报告
注意事项1.2.3.因笔型汞灯发出强紫外线，不要用眼睛直接观察。
4.实验在暗室内进行，减小外部光线对汞灯谱线的干扰5.手轮要避免中途反转，注意消空程6.光路调好后，要固定元件，避免在测量中发生移动7.手表不要离电磁铁太近与硬磁性材料相比，磁滞回线瘦窄，剩磁与矫顽磁力都很小，B~I关系曲线与基本磁化曲线几乎重合。
误差分析1.调节光路时，难以判断此时的光路效果是否最佳，仪器状态不确定，易受人为因素影响。
建议反复调节，以讲义上的调节效果为依据，比较不同位置的状态效果，直至最佳。
2.长期操作观察，易造成视觉疲劳，人为的读数误差大3.数据处理中一步步计算，可能会造成误差积累。
但这样思路清晰，不易出错，可以将计算过程的中间数值多取几位；4.估算5．虽然电磁铁电源处于稳流状态，电磁铁为大电感，但实验前后电流会有变化。
建议在每组数据测量前调节一次电流，并记录测量后的电流值，取平均6.视场中圆环具有一定宽度，靠人眼判断测微目镜叉丝的交点是否在环的中间，难以找准。
如果时间充分，建议取左边沿与右边沿的平均值。
思考题1. 调节偏振片，出现三条图样的为π成分，出现六条图样的即为σ成分2.确定左右旋偏振光步骤：（1）让入射光通过偏振片P，确定椭圆偏振光的长轴与短轴方向。
（2）将λ／4片(Δ＝+π/2放在偏振片P前面，让光轴与长轴或短轴重合，并建立坐标系，纵轴为o光振动方向，横轴(水平轴)为e光振动方向，k轴为光的传播方向。
（3）旋转偏振片一周，找出消光位置，此时，与P的透振方向垂直的方向就是出射线偏振光的振动方向，若线偏振光在一三象限，则入射光为左旋椭圆偏振光，若线偏振光在二四象限，则入射光为右旋椭圆偏振光。
方法三使光路通过圆偏振镜能非常直观的区分：左旋圆偏振光无法反向通过右旋圆偏振镜，反之亦然，且与旋转圆偏振镜位置无关。
3从能量角度分析光学实验的重点在于光路的调节和对所需物理量的精确测量。
塞曼效应实验的光路调节比较简单，物理量的测量重复性操作较多。
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。
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）。
塞曼效应实验讲义
塞曼效应讲义教学方式及时间安排讲解与实际操作，讲解35-45分钟，操作指导20分钟，学生动手操作120分钟,共200分钟,4个学时。
一、实验的目的：1.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.掌握法布里—珀罗标准具的原理和使用，了解使用CCD 及多媒体计算机进行实验图象测量的方法。
19世纪伟大的物理学家法拉第研究电磁场对光的影响，发现了磁场能改变偏振光的偏振方向。
1896年荷兰物理学家塞曼（Pieter Zeeman ）根据法拉第的想法，探测磁场对谱线的影响，发现钠双线在磁场中的分裂。
洛仑兹跟据经典电子论解释了分裂为三条的正常塞曼效应。
由于研究这个效应，塞曼和洛仑兹共同获得了1902年的诺贝尔物理学奖。
他们这一重要研究成就，有力的支持了光的电磁理论，使我们对物质的光谱、原子和分子的结构有了更多的了解。
至今塞曼效应仍是研究能级结构的重要方法之一。
一、塞曼效应的原理当发光的光源置于足够强的外磁场中时，由于磁场的作用，使每条光谱线分裂成波长很靠近的几条偏振化的谱线，分裂的条数随能级的类别而不同，这种现象称为塞曼效应。
正常塞曼效应谱线分裂为三条，而且两边的两条与中间的频率差正好等于eB/4πmc ，可用经典理论给予很好的解释。
但实际上大多数谱线的分裂多于三条，谱线的裂矩是eB/4πmc 的简单分数倍，称反常塞曼效应，它不能用经典理论解释，只有量子理论才能得到满意的解释。
1．原子的总磁矩与总动量距的关系塞曼效应的产生是由于原子的总磁矩（轨道磁矩和自旋磁矩）受外磁场作用的结果。
在忽略核磁矩的情况下，原子中电子的轨道磁矩μL 和自旋磁矩μS 合成原子的总磁矩μ，与电子的轨道角动量P L ，自旋角动量P S 合成总角动量P J 之间的关系，可用矢量图1来计算。
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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。
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=27.2cm; Dk,1=19.6cm; Dk-1,2=28cm; Dk,2=20.6cm; Dk-1,3=28.7cm; Dk,3=21.5cm②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=［（27.2^2-19.6^2）+（28^2-20.6^2）+（28.7^2-21.5^2）］/3 cm^2 =358.92 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 =(44.16+39.69+40.2+37.89) /4 cm^2 =40.485 cm^2再取n=1.458(玻璃)，d=1.4mm, c=2.9979×10^8m/s, B=907mT 代入公式）（222122KK a b D D D D ndB cm e --=-π得：e/m=1.58×10^11 C/kg③计算相对误差：电子荷质比的理论计算值为：e/m=1.76×10^11 C/kg电子荷质比的相对百分误差为：Er=（1.76×10^11-1.58×10^11）/（1.76×10^11）×100%=10.2%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：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（＜3.5A）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。