塞曼效应(大学近代物理实验)
大学物理 塞曼效应实验
实验 七 塞曼效应实验英国物理学家法拉第(M ．Faraday)在1862年做了他最后的一个实验，即研究磁场对光源的影响的实验。
当时由于磁场不强，分光仪器的分辨率也不大，所以没有观测到在磁场作用下光源所发出的光的变化。
34年后，1896年荷兰物理学家塞曼(P ．Zeeman)在莱顿大学重做这个实验，他在电磁铁的磁极间将食盐(NaCl)放入火焰中燃烧发出的钠光，用3米凹面光栅(473条／毫米)摄谱仪去观察钠的两条黄线。
他发现在磁场的作用下，谱线变宽(如果磁场再强些或摄谱仪的分辨率再高些，就能看到谱线分裂)，这一现象称为塞曼效应。
当时原子结构的量子理论尚未产生，洛仑兹用经典的电子理论对这一现象进行了理论计算，得出所谓正常塞曼效应的结果，即当光源在外磁场的作用下，一条谱线将分裂成三条(垂直于磁场方向观察)和二条(平行于磁场方向观察)偏振化的分谱线。
当实验条件进一步改善以后，发现多数光谱线并不遵从正常塞曼效应的规律，而具有更为复杂的塞曼分裂。
这现象在以后的30年间一直困扰着物理学界，从而被称为反常塞曼效应。
1925年乌仑贝克和古兹米特为了解释反常塞曼效应和光谱线的双线结构，提出了电子自旋的假设。
应用这一假设能很好地解释反常塞曼效应。
也可以说：反常塞曼效应是电子自旋假设的有力根据之一。
普列斯顿(Preston)对塞曼效应实验的结果进行了深入研究，1898年发表了普列斯顿定则。
即同一类型的线系，具有相同的塞曼分裂。
龙格(Runge)和帕邢(Paschen)也进行了大量的实验研究，1907年发表了龙格定则。
即将所有塞曼分裂的图象，都可用正常塞曼效应所分裂的大小(做为一个洛仑兹单位)的有理分数来表示(见附注一)从他归纳钩结果中可以一目了然地看到所有塞曼分裂的图象和规律。
综上所述。
反常塞曼效应的研究推动了量子理论的发展和实验手段的进步，近年来在原子吸收光谱分析中用它来扣除背景，以提高分析的精度。
该实验证实了原子具有磁矩、自旋磁矩和空间量子化，迄今仍是研究原子能级结构的重要手段之一。
近代物理实验-塞曼效应实验
近代物理实验——塞曼效应实验一、实验简介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。
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应角动量耦合作用的朗德因子等原子结构的信息有重要的作用，因此，两人于1902年获得了诺贝尔物理学奖。
本实验将采用光栅摄谱仪的方法来研究这一现象。
二、实验目的1.观察塞曼效应；2.利用塞曼裂矩，计算电子的质核比e/m e；三、实验原理1.塞曼效应概念：将光源放到磁场中，观察到光谱线发生分裂。
原因是原子的能级发生了分裂，根据原子物理学知识，原子中的电子在磁场中的附加能量为：∆E=MgμB B其中g是朗德因子：g=1+J(j+1)−L(L+!)+S(S+1)2J(J+1)2.能级E1与E2之间的跃迁如果产生频率为γ的光，在磁场中上下能级都发生分裂，分裂后的谱线与原谱线的频率差为：∆γ=(m2g2−M1g1)μB B/ℎ其中μB是玻尔磁子：μB=eℎ4πm 得：∆γ=（m2g2−M1g1）eℎ4πmB用波数差表示为：∆σ=（m2g2−M1g1）e4πmcB导出电子的荷质比为：em =()22114cm g m gπσ∆-(em理论值是1.76*1011C/kg）3．观察塞曼效应的方法：F-P标准具光路图，标准具由两块平板玻璃构成，形成干涉极大的条件是：2ndcosθ=kλ（一组同心圆）由于tanθ=D2⁄f，在θ很小时：θ=sinθ=tanθ所以cosθ=1−2sin2θ2=1−12tan2θ=1−D28f2最后推导出波数差： ∆σ=12d （D b2−Da2D k−12−Dk2）含义：Dk与Dk-1是分裂前相邻两个圆环的直径，Db与Da是分裂后同一级次两个圆环的直径（注意计算中∆σ的单位是cm-1）磁感应强度：B=1.2T四、实验仪器摄谱仪、Fe弧光源、Hg放电管五、实验内容1.摄谱和反射镜Bs在摄（1）调整外光路，使得汞放电管发出的光辐射经透镜L1谱仪入射狭缝上成像。
实验一 塞 曼 效 应
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。
塞曼效应实验预习报告
广东第二师范学院实验预习报告
μ（见图1。
总轨道磁矩L μ与总轨道角动量L P 的关系为：;2L L P m
= 与总自旋角动量S P 的关系为：S S S P m
m
μ=
与总角动量J P 不共线，平行的分量J μμ≡和垂直的分量J P 旋进时μ的平均为零，因此原子的有效磁矩是μ，它与J P 2J J g
m
μ= 为总轨道角动量量子数，S 为总自旋量子数，
cos e
B B g
P B μβ⋅=- 在磁场中的取向（投影）是量子化的，即： cos ,J P M 为磁量子数。
因此， B 'ν表示为：
22'(M g ν='ν
10m，欲观察如此小的波长差，普通棱镜必须使用高分辨本领的光谱仪器。
因此，我们在实验中采用高分辨率仪器，即法布
ν
'
图7分裂后π成分实拍图
()()
22'2'2221'4()
b
a b a k k D D D D d D D ν--+-=
-
思考与讨论：
，。
赛曼效应实验报告 华科大近代物理实验
K级中心圆直径
243.82
K-1级外侧圆直径
336.67
电子荷质比
实验测量误差
11.33%
六、实验分析
由于这个实验的误差很大，即使多次测量求平均值也没有太大的意义。我们来分析一下，这个实验的误差来源。
首先，用特斯计测量磁场B的大小。把特斯计放在不同的位置，读数差异比较大，同一地方测量显示器的读数浮动也比较大，这给磁场的精确测量带来了困难。并且还不知道特斯拉计的精度。
正常塞曼效应：若一条谱线成三条、裂距按波烽正好等于一个洛仑兹单位（ ）的现象
反常塞曼效应：若分裂成更多条且裂距大于或小于一个洛仑兹单位的现象
b．原子总磁矩与总角动量的关系
原子中的电子由于作轨道运动而产生轨道磁矩，由于自旋而产生自旋磁矩，电子的轨道磁矩 和轨道角却 及自旋磁矩 和自旋角动量 的关系如下：
第二，在测量圆的大小时，不再望远镜去读取，这给实验也带来了方便，并且还减小了误差。
第三，测量出数据后，由电脑直接计算出结果，这大大减轻了我们学生数据处理的压力，同时也避免了很多计算上的错误。设计很人取无关，这也极大提高了实验效率。
其次，在观察图像时要求内外分出的第四环逐渐接近直至碰到。但是是分出的最外环的亮度很低，这给肉眼分辨带来了困难，这会造成比较大的误差。
还有，在标出实验要求选取的那几个圆时，人为的操作也会带来比较大的误差。
下面谈谈这台实验仪器的优点
第一，在测量磁场B的大小时，不用像讲义上说的那样从I-B曲线去找相对应的B值，这给实验带来了极大的方便，并且精确也会有部分提高。
塞曼效应
December 29
2010
塞曼效应
一、实验目的
1、学习观察塞效应的方法，用Fabry-Perot标具观察Hg的546.1nm谱线的塞曼分裂谱
近代塞曼效应实验报告
一、实验目的1. 观察并记录塞曼效应现象，理解其产生原理。
2. 学习并掌握利用塞曼效应测量电子荷质比的方法。
3. 理解塞曼效应在原子结构、分子结构等方面的应用。
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。
根据半经典模型，电子在原子中具有轨道角动量和自旋角动量，两者合成总角动量。
当原子处于外磁场中时，总角动量与磁矩相互作用，导致能级分裂。
根据量子力学理论，电子在原子中具有轨道角动量量子数l、自旋角动量量子数s 和总角动量量子数j。
在外磁场作用下，总角动量与磁矩相互作用，导致能级分裂成(2j+1)个能级。
能级分裂的能量差ΔE与磁感应强度B、玻尔磁子μB和朗德因子g有关，即ΔE = gjμBB。
实验中，通过观察光谱线的分裂情况，可以测量磁感应强度B、电子荷质比等物理量。
三、实验仪器与设备1. 光谱仪：用于观察原子光谱。
2. 磁场发生器：用于产生外磁场。
3. 电源：为磁场发生器提供电源。
4. 计算器：用于计算数据。
四、实验步骤1. 将原子气体充入光谱仪，调整光谱仪使其对准原子气体。
2. 打开磁场发生器，调节磁场强度，观察光谱线的分裂情况。
3. 记录不同磁场强度下的光谱线分裂数据。
4. 根据实验数据，计算磁感应强度B、电子荷质比等物理量。
五、实验结果与分析1. 观察到在外磁场作用下，原子光谱线发生分裂，分裂成若干条偏振谱线。
2. 根据实验数据，计算得到磁感应强度B和电子荷质比。
（此处省略具体计算过程和结果）六、实验结论1. 通过实验验证了塞曼效应现象，理解了其产生原理。
2. 学会了利用塞曼效应测量电子荷质比的方法。
3. 理解了塞曼效应在原子结构、分子结构等方面的应用。
七、实验注意事项1. 实验过程中，注意安全，避免磁场对人体的危害。
2. 调节磁场强度时，要缓慢进行，避免磁场突变对实验结果的影响。
3. 记录实验数据时，要准确无误。
八、实验总结本实验通过观察塞曼效应现象，掌握了利用塞曼效应测量电子荷质比的方法。
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.
E Mg
eh B Mg B B 4 m
其中 B 称为玻尔磁子。上式告诉我们，ΔE有(2J+1)个可能值，也 就是说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，且能级间隔为。
例：能级 2 P3 / 2
J 3 / 2 M 3 / 2,1 / 2,1 / 2,3 / 2
普通物理(近代物理)实验
塞曼效应实验
背景简介
塞曼效应是物理学史上一个著名的实验。 1896年荷兰物理学家塞曼发现把产生光谱的光源 置于足够强的磁场中，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 应是继法拉第磁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、分子结构有更多了解， 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，塞曼与洛仑兹因发现塞曼 效应而共同获得了诺贝尔物理学奖
塞曼 Pieter Zeeman
塞曼效应实验
实验目的 实验原理 数据处理 思考问题 实验仪器 实验内容 注意事项
实验目的
1. 利用高分辨光谱仪（如法布里－玻罗标准具或大型 光栅摄谱仪等分光设备）观察和拍摄汞灯谱线5461埃的
塞曼效应，并测量它的波长差；
2. 利用光谱学的方法，测定电子的荷质比。
实验仪器
l s
h h Ps S ( S 1) 2 2 l,s分别表示轨道量子数和自旋量子数,它们合成为原子的总角动量 Pj Pl l (l 1)
Ps
Pj
Pj
图2 原子角动量和磁矩矢量图
近代物理实验3-5 塞曼效应
实验原理
（一）谱线在磁场中的分裂
根据量子理论，当光源处于磁场B中，能级E要发生分裂，其附加能
量为
E MgB B
M为磁量子数，g是朗德因子，μB为玻尔磁子
B =
e 2me
9.2741024 J
T 1
当光源未受磁场作用时，设电子由E2能级 向E1能级跃迁，产生频率为λ的谱线；
hv E2 E1
利用高分辨光谱仪如法布里玻罗标准具或大型光栅摄谱仪等分光设备观察和拍摄汞灯谱线5461nm的塞曼效应并测量它的二仪器用具磁场7600高斯wrj40型晶体管直流稳压电源汞辉光放电管霓虹灯变压器fpb1型法布里珀罗标准具投射干涉滤光片偏振片透镜测微目镜
塞曼效应
0910200 方啸
一、实验目的 掌握观测塞曼效应的实验方法，掌握塞曼效 应的有关理论。 利用高分辨光谱仪（如法布里－玻罗标准具 或大型光栅摄谱仪等分光设备）观察和拍摄 汞灯谱线546.1nm的塞曼效应，并测量它的 波长差和荷质比。 二、仪器用具 磁场（7600高斯）、WRJ-40型晶体管直流稳 压电源、汞辉光放电管、霓虹灯变压器、 FPB-1型法布里-珀罗标准具、投射干涉滤光 片、偏振片、透镜、测微目镜。
当光源受磁场作用，能级发生分裂，上下能级分别表示为E2+ΔE2、 E1+ ΔE1；它们之间的跃迁产生频率为ν’的新谱线，有
h ' h (M 2 g2 M1g1)BB
得到波数差为
1 1
'
(M
2
g2
M1g1
)
L c
L为洛伦兹单位
L B B eB , L B 46.7m1 T 1 h 4 mec
塞曼效应
中国石油大学 近代物理实验 实验报告 成 绩：班级： 姓名： 同组者： 教师：塞曼效应实验【实验目的】1、观测塞曼效应，把实验结果与理论结果进行比较。
2、学习测量塞曼效应的实验方法。
3、测量在磁场中谱线裂距并计算荷质比。
【实验原理】1、 谱线在磁场中的塞曼分裂原子中电子的轨道磁矩和自旋磁矩合成原子的总磁矩。
总磁矩在磁场中将受到力矩的作 用而绕磁场方向旋进。
旋进所引起的附加能量为B Mg E B μ=∆ （1—1）其中M 为磁量子数，B μ为波尔磁子，B 为磁感应强度，g 为朗德因子。
无磁场时的一个能级， 在外磁场的作用下将分裂成（2J+1）个等间隔的子能级，能级间距为B Mg B μ。
无外磁场时，能级E1和E2之间的跃迁产生频率为ν的光，即 12E -E h =ν。
而在磁场中， 能级E1和E2都发生分裂，一条光谱线将变为几条光谱线。
如果是分裂为三条，称为正常塞曼效应，多于三条的称为反常塞曼效应。
新谱线的频率ν'与能级的关系为 ）E E （-）E E （h 1122∆+∆+='ν B ）g M -g M （h B 1122μν+= （1—2） 代入波尔磁子11B 7.46B mc4eBL 以及洛仑兹单位m 4he --∙⨯===T m ππμ，则用波数表示为 L ）g M -g M （1122=∆ν （1—3）有塞曼跃迁的选择定则：1，0M ±=∆。
2、 观测塞曼分裂的方法本实验中，我们采用法布里-波罗标准具，其简称F-P 标准具。
（1）F-P 标准具的结构和性能F-P 标准具的光路如图1—1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 透射的光束中，相邻两光束的光程差为θδndcos 2=，这一系列平行并有确定光程差的光束在无穷远处或透镜的焦平面上成干涉像。
近代物理实验 塞曼效应(3-5)
电子信息与光学工程学院 于晓源
光电子技术科学 1110641
2014年3月11日
实验3-5
• • • • •
塞曼效应
1.实验基本原理 2.实验内容 3.拟定的实验方案 4.实验预习中的一些问题 5.实验预习参考文献
1.实验基本原理
（一）（光谱）谱线在磁场中的分裂
当光源处于磁场强度为B的磁场中时，能级E发生分裂，附加能量 ΔE=MgμBB （M为磁量子数，g为朗德因子，μB为玻尔磁子） 当光源未受磁场作用时，电子由E2能级跃迁到E1能级，产生频率 为ν的谱线：hν=E2-E1 通过上面的结论，可以知道：光源受磁场作用时，E2、E1能级发 生分裂，分裂的上下能级分别表示为E2+ΔE2和E1+ΔE1，并产生频 率为ν’的新谱线：hν’=(E2+ΔE2)-(E1+ΔE1)= hν+(M2g2M1g1)μBB
5.实验预习参考文献
• 1.高立模等. 《近代物理实验》. 南开大学出版社， 2006 • 2.杨福家. 《原子物理学》. 第四章，第四版，高 等教育出版社，2008 • 3.赵凯华. 《光学》. 第三章，高等教育出版社， 2007 • 4.吕淑媛，张威虎，张富春.《法布里—泊罗标准具 在精密测量中的应用》. 延安大学学报（自然科学 版），第四期，2009 • 5.曹肇基. 《正常与反常塞曼效应的区分》.松辽学 刊(自然科学版),第1版，1988
i
i
d
f
实验中计算波数差的公式的推导
波数差公式：
2.实验内容
（一）调整光路,观察塞曼现象
O
L1
P
F
F-P
L2
M
1.点亮汞灯，将透镜置于光源与标准具之间的适当位置，让光充 满标准具。用眼睛直接观看标准具，看到标准具视场布满一系列 干涉条纹。 2.调节标准具。若眼睛在垂直于光轴的平行面内上、下、左、右 观察时，看到干涉环吞吐的现象，则前后反射面不平行，需要调 整三个调节旋钮(可以采用各半调节法），直到不出现吞吐现象 为止。 3.安装透镜、目镜，调整二者的相对位置，以便看清干涉环。整 个光学系统要保持共轴，保证视场的明亮，调节目镜位置时要使 目镜叉丝大致与干涉环直径重合。
塞曼效应实验报告
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hBg M g M v v v B μ)('1122-=-=∆ （3）代入玻尔磁子mehB πμ4=，得到 B meg 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 mceg M g M πσ4)(1122-=∆ （5）令 mceBL 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&法拉第效应实验
2
2d
塞曼分裂观察：
m
汞546.1nm的塞曼分裂：
3S 1
6s7s S1 6s6 p P 2
3 3
1 0 -1
选择定则：
Δm=0，Δm=±1
546.1 nm 2 1 0 -1 -2 100 75 π 75
3P 2
未加磁场的谱线
加磁场的谱线
【实验】1895年前后，受法拉第启发，塞曼发现钠黄线在 M. Faraday
磁场下变宽，镉兰线在磁场的作用下分裂成两根与三根.
【理论】塞曼和洛仑兹用经典电子论解释了正常塞曼效应， 和分裂后的谱线的偏振特性,并且估算出的电子的荷质。 【影响】 为汤姆逊发现电子提供了证据。 证实了原子具有磁矩并且空间取向是量子化的。 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。 反常塞曼效应，促使1921年朗德提出g因子概念，1925年 泡利提出不相容原理，同年乌伦贝克和哥德斯密特提出电 子自旋，推动量子理论的发展。
注：第三项内容对8学时实验为选作内容，12学时为必做内容
参考实验程序（塞曼效应）
1. 测量电磁体磁场与电流的对应关系，观察磁体间隙中的磁 场均匀性； 2. 了解实验装置各部件的功能后，搭建初步光路； 3. 调整光路：各光学器件共轴；调节会聚透镜的位置，使汞 灯的光刚好充满标准具；调节电磁体与导轨的去向，使标 准具视场中的干涉环处于中央位置。 4. 调节标准具，使两个反射面高精度平行； 5. 记录干涉圆环，计算荷质比，并与理论值比较，分析误差 产生原因；观察各环的偏振特性。 自己设计实验程序观察法拉第效应，测量两种材料的费尔 德常数。
有解条件与传输模式：左右旋圆偏光
塞曼效应实验报告
近代物理实验陈说之公保含烟创作塞曼效应实验学院班级姓名学号时间 2014年3月16日塞曼效应实验实验陈说【摘要】：本实验通过塞曼效应仪与一些察看装置察看汞（Hg）546.1nm 谱线（3S1→3P2跃迁）的塞曼分裂，从实际上解释、剖析实验现象，然后给出横效应塞满分裂线的波数增量，最后得出荷质比.【关键词】：塞曼效应、汞546.1nm、横效应、塞满分裂线、荷质比【引言】：塞曼效应是原子的光谱线在外磁场中呈现分裂的现象，是1896年由荷兰物理学家塞曼发现的.首先他发现，原子光谱线在外磁场发作了分裂；随后洛仑兹在实际上解释了谱线分裂成3条的原因，这种现象称为“塞曼效应”.在后来进一步研究发现，很多原子的光谱在磁场中的分裂情况有别于前面的分裂情况，更为复杂，称为失常塞曼效应.塞曼效应的发现使人们对物质光谱、原子、分子有更多了解，塞曼效应证实了原子磁矩的空间量子化，为研究原子构造提供了重要途径，被认为是19世纪末20世纪初物理学最重要的发现之一.应用塞曼效应可以丈量电子的荷质比.在天体物理中，塞曼效应可以用来丈量天体的磁场.本实验采用Fabry-Perot（以下简称F-P）标准具察看Hg的546.1nm谱线的塞曼效应，同时应用塞满效应丈量电子的荷质比.【正文】：一、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(1)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（P J）绕磁场方向旋进.(2)磁矩在外磁场中的磁能：由于或在磁场中的取向量子化，所以其在磁场方向重量也量子化：∴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随耦合类型分歧（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)个能够值.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，其分裂的能级是等距离的，且能级距离2、塞曼分裂谱线与原谱线关系：(1) 根本动身点：∴分裂后谱线与原谱线频率差由于为方便起见，常暗示为波数差定义为洛仑兹单元：3、谱线的偏振特征：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华察看到，平行于磁场方向察看不到；但当ΔJ=0时，M2=0到M1=0的跃迁被制止.当ΔM=±1时，为σ成份，σ型偏振垂直于磁场，察看时为振动垂直于磁场的线偏振光.平行于磁场察看时，其偏振性与磁场方向及察看方向都有关：沿磁场正向察看时（即磁场方向分开察看者：U）ΔM= +1为右旋圆偏振光（σ+偏振）ΔM= -1为左旋圆偏振光（σ-偏振）也即，磁场指向察看者时：⊙ΔM= +1为左旋圆偏振光ΔM= -1为右旋圆偏振光剖析的总思路和总原则:在辐射的进程中，原子和收回的光子作为整体的角动量是守恒的.原子在磁场方向角动量为：∴在磁场指向察看者时：⊙当ΔM= +1时，光子角动量为，与同向电磁波电矢量绕逆时针方向转动，在光学上称为左旋圆偏振光.ΔM= -1时，光子角动量为，与反向电磁波电矢量绕顺时针方向转动，在光学上称为右旋圆偏振光.例：Hg 5461Å谱线，{6S7S}3S1→ {6S6P}3P2能级跃迁发作分裂后，相邻两谱线的波数差实验办法：察看塞曼分裂的办法：塞曼分裂的波长差很小由于以Hg 5461 Å谱线为例当处于B=1T的磁场中要察看如此小的波长差，用一般的棱镜摄谱仪是不成能的，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距离是由某些热膨胀系数很小的资料做成的环固定起来.若两平行的镀银平面的距离不成以改动，则称该仪器为法布里—珀罗干预仪.标准具在空气中使用时，干预方程（干预极年夜值）为标准具有两个特征参量自由光谱范围和分辨身手.自由光谱范围的物理意义：标明在给定距离圈原度为d的标准具中，若入射光的波长在λ～λ+Δλ间（或波数在间）所发作的干预圆环不重叠，若被研究的谱线波长差年夜于自由光谱范围，两套花纹之间就要发作重叠或错级，给剖析带来困难，因此在使用标准具时，应依据被研究对象的光谱波长范围来确定距离圈的厚度.分辨身手：（）：关于F—P标准具N为精密度，两相邻干预级间能够分辨的最年夜条纹数R为反射率，R一般在90%（当光近似于正入射时）例如：d=5mm，R=90%，λ=546.1nm时Δλ二、实验仪器与装置该实验可采用多种仪器与办法，一般常常使用的是在塞曼效应仪上加以分歧的察看装置.察看塞曼效应的实验装置图如下所示：—P标准具上，由偏振片鉴别π成分和σ成分，再经成像透镜将干预图样成像在摄谱仪胶片或望远镜CCD光敏面处.察看塞曼效应时，可将电磁铁极中的芯子抽出，磁极转90º，光从磁极中心痛过.将1/4波片置于偏振片前方，转动偏振片可以观测σ成分的左旋和右旋圆偏振光.本实验室的WPZ—II/IIA塞曼效应仪，采用CCD望远镜察看，计算机收集图像并处置，整套仪器组成如下图：三、实验目的1.察看塞曼效应仪，了解实际学习内容.2.掌握丈量波长差的原理.3.丈量荷质比.四、实验内容与办法本实验通过塞曼效应仪与一些察看装置察看汞（Hg）546.1nm谱线（3S1→3P2跃迁）的塞曼分裂，用F—P标准具丈量波长差及电子的荷质比.1.将汞灯调节到磁场最强处，按上图调整光学系统，调节各光学部件同轴等高.注意：调节共轴等高是本实验的一个关键点也是一个难点，可以采用二次成像法来调节.二次成像法：应用凸透镜能在较近与较远处成像，通过察看这两个清晰像的中心相同来调节共轴等高.2.察看汞（Hg）546.1nm谱线在B=0与B≠0时的物理图像.转动偏振片，反省横效应和纵效应下分裂的成分.（本实验主要研究横效应）3.丈量与数据处置：将横效应的 成分察看到的图像保管成jpg或bmp格式，用塞曼效应剖析软件丈量出k、k-1和k-2级各干预圆环的直径，用特斯拉计丈量汞灯处的磁场B.应用已知常数d （d=2mm）及公式计算出∆v，再计算e/m.五、实验数据及结论1.实验数据：×1011C/kg.实验测得：加磁场时汞灯处B=1235mT，B=0时能级图：B=1.235T 时的能级图：从图中我们可以清楚的看到，在加磁场后，汞546.1nm 谱线明显发作塞曼分裂，每一条谱线分裂成3条（有横效应的前提）.用塞曼效应剖析软件处置后后果为：从图中我们可以看出所失掉的电子的荷质比为1.865（此处未加上数量级），与实际的1.7588的误差为：%04.6%1007588.17588.1865.1=⨯-.（误差发作的原因有两方面：1.软件处置时画圆定点不足仔细，2.调节共轴等高时有一定误差）同时，本实验由于时间等原因未能停止屡次丈量.2.实际计算我们知道实际)(7.4611--=∆T m B υ，因为mc eB g M g M πλλυ4111122)-(=-'=∆,代入实际的荷质比（e/m ）与实际的磁场强度B ，后得出81.01122=-g M g M ，而实际)()()()(22122λλλλλλυk k k k D D D D k -∆±-1±=∆-，代入后果图中的数据得50≈∆υ，同时将公示复杂变形后能得出荷质比1110884.1/⨯=m e ，与软件得出后果较为接近.3.误差剖析1）调节共轴等高的时候存在误差.2）软件处置画圆时存在误差.3）实验自己存在的误差.六、实验反思塞曼效应实验作为一个经典的物理现象，在实验进程中我们基天性看到所预期的现象，但总是存在所成的图像不足完善.造成这一问题的根来源根基因在于调节共轴等高，如果这个调好了，那么整个实验是会相当顺利的.最后经过这次实验我对上个学期原子物理中实际上所学的塞曼效应有了更深入的了解.。
塞曼效应
沿磁场正向观察时，
为右旋偏振光，
本实验是以汞的 546.1nm 谱线为例，说明谱线分裂情况。波长 546.1nm 的谱线是汞原 子(6s7s)3S1 到(6s6p)3P2 能级跃迁产生的。其上下能级有关的量子数值如下表：
表 1 磁场作用下汞原子能级分裂图
由表可见，546.1nm 一条谱线在磁场中分裂成九条线，垂直于磁场观察，中间三条谱线 为π成分，两边各三条谱线为σ成分；沿着磁场方向观察，π成分不出现，对应的六条σ线分 别为右旋圆偏振光和左旋圆偏振光。若原谱线的强度为 100，其他各谱线的强度分别为 75、 37.5 和 12.5。在塞曼效应中有一种特殊情况，上下能级的自旋量子数 S 都等于零，塞曼效 应发生在单重态间的跃迁。此时，无磁场时的一条谱线在磁场中分裂成三条谱线。其中
M 1 对应的仍然是σ态， M 0 对应的是π态，分裂后的谱线与原谱线波数差为
=L
e 4 m
B
在磁场作用下能级分裂如下图：
图 1 汞原子 546.1nm 谱线在磁场中的分裂
2.观测塞曼分裂的方法 用 F－P 标准具测量塞曼分裂谱线波长差，应用 F－P 标准具测量各分裂谱线的波长或 波长差，是通过测量干涉环的直径来实现的，用透镜把 F－P 标准具的于涉圆环成像在焦平
2 2d
Dd 2 Da2
D2 k 1
Dk 2
用 F－P 标准具观测塞曼分裂，计算荷质比
e me
2 c
dB
Dd 2 Da2
D2 k 1
Dk 2
四、 实验内容与方法
通过实验观察 Hg 线在外磁场中的分裂情况并测量电子荷质比。 1.调节光路系统共轴； 2.打开汞灯电源，等待一定时间，使汞灯工作稳定。打开计算机，启动分析软件，设置 必要的参数，使图像显示居中。 3.偏振片旋转至 0°，打开“塞曼效应实验软件”，点击“开始采集”，得到π光的强度分布 图线；若偏振片至 90°，得到σ光的强度分布图线。按由圆心向外辐射的顺序（中心处为 1 级），在π光中，将同级的三个塞曼圆环称为内圈、中圈和外圈；在σ光中，将分裂的六个同 级塞曼圆环称为 A\B\C\D\E\F。 4.数据处理过程为：打开文件，数据录入，参数预设，查看直径，数据计算，查看结果， 查看分裂圆环。
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。
塞曼效应实验报告摘要(3篇)
第1篇摘要：本实验旨在探究塞曼效应这一经典物理现象，通过实验验证了原子在外磁场中能级分裂的理论，并对其进行了定量分析。
实验采用光栅摄谱仪、阿贝比长仪等设备，对汞原子谱线的分裂情况进行了观测，并据此估算了外加磁感应强度。
一、实验目的1. 观察塞曼效应现象，了解原子在外磁场中能级分裂的基本规律。
2. 掌握光栅摄谱仪、阿贝比长仪等实验仪器的操作方法。
3. 通过实验验证塞曼效应的理论，并对其定量分析。
二、实验原理塞曼效应是指在外加磁场作用下，原子能级发生分裂，从而导致谱线发生偏振和分裂的现象。
根据半经典模型，原子磁矩在外磁场中受到力矩作用，导致能级发生分裂。
根据量子力学理论，原子总磁矩与总角动量不共线，因此在外磁场作用下，原子的能级将发生分裂。
三、实验仪器与设备1. 光栅摄谱仪：用于观测汞原子谱线的分裂情况。
2. 阿贝比长仪：用于测量光栅的焦距。
3. 电磁铁装置：用于产生外加磁场。
4. 汞灯：作为光源。
5. 聚光透镜：用于将光聚焦到光栅上。
6. 偏振片：用于观测谱线的偏振情况。
四、实验步骤1. 将汞灯放置在电磁铁装置中，调整电磁铁的电流，产生所需的外加磁场。
2. 将汞灯发出的光通过聚光透镜聚焦到光栅上，利用光栅摄谱仪观测汞原子谱线的分裂情况。
3. 通过阿贝比长仪测量光栅的焦距，计算外加磁场的强度。
4. 分析实验数据，验证塞曼效应的理论，并对其定量分析。
五、实验结果与分析1. 观察到汞原子谱线在外加磁场作用下发生分裂，分裂的条数与外加磁场的强度有关。
2. 通过计算，得到了外加磁场的强度与分裂条数之间的关系，验证了塞曼效应的理论。
3. 对实验数据进行误差分析，分析了实验过程中可能存在的误差来源。
六、结论本实验通过观测汞原子谱线的分裂情况，验证了塞曼效应的理论，并对其进行了定量分析。
实验结果表明，外加磁场对原子能级产生分裂，分裂的条数与外加磁场的强度有关。
本实验对理解原子在外磁场中的能级结构以及塞曼效应的产生机理具有重要的意义。
近代物理实验塞曼效应
• • • • • 一、背景知识； 二、实验目的； 三、实验原理； 四、实验装置； 五、实验内容。
背景知识
1896年，荷兰著名的物理学家塞曼Zeeman将光源置于强磁场 中，研究磁场对谱线的影响发现：原来的一条光谱线分裂成几 条光谱线，分裂的谱线成分为偏振。 塞曼效应实验与斯特恩-盖拉赫实验还有碱金属光谱双线一样 有力证明了电子具有自旋，能级的分裂是由于电子轨道磁矩与 自旋磁矩相互作用的结果。 通过Zeeman效应实验，可由能级分裂的个数知道能级的J值， 由能级的裂距可知g因子；如果原子遵从LS耦合，则可由g值判 断该能级的L和S值。
2 1 Dab （二）测量并计算波长差 ab a b 2d D 2 2 式中Dab 为同一干涉级相邻两干涉环直径平方差，即
2 Dab
1 2 2 ( D2 D12 ) ( D32 D2 ) ( D52 D 2 ) ( D62 D52 ) 4 4
2
2d D
此式就是实验中用以计算波数差的公式。
实验装置
实验装置由磁场、光源、分光系统和观测系统等四大 部分组成。其中O为光源；、为透镜；P为偏振片；F 为干涉滤光片；F-P为标准具；1为磁场；2为激磁电源。
实验内容
（一）调整光路，观察塞曼现象 点亮汞灯。把透镜置于光源和标准具之间适当的位置，让 光充满标准具。由于标准具前已放置滤光片 ，水银光谱的其 他成分已被滤除。 调节标准具。若标准具两反射面不平行，则眼睛在垂直于 光轴的平行平面内上、下、左、右移动时，将会看到干涉环 的缩冒现象，这时需调节标准具的三个调节旋钮置以看清 各干涉环。注意整个光学系统应共轴，否则视场不够明亮。 调节目镜位置使目镜叉丝大体与干涉环直径重合。 开启稳压电源电流为一定值，可看到干涉环。未加磁场时 的一个干涉环在磁场中分裂成9条干涉环，其中3条为成分， 取相邻两级次的 成分进行测量，如图3-5-6所示。
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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
表2 M
2
1
0
-1
-2
3S1M 2 g2
3 P2 M 1 g1
选择定则： (当ΔJ＝0时，ΔM被禁止) ,当 ΔM =0时，产
生的偏振光为π成分。垂直于磁场观察时(横 效应)，线偏振光的振动方向平行于磁场。 平行于磁场观察时，π成分不出现。
当 ΔM =±1时，产生线。沿垂直于磁场方 向观察时(横效应)， 线为振动方向垂直于 磁场的线振动光。沿磁场方向观察时， 线
B
与无磁场时的谱线相比，频率改变为
' (M 2 g2 M1g1 )eB /(4m)
用波数（~ ）差~ 来表示，则有
c
~ (M 2 g2 M1g1)eB /(4mc) (M 2 g2 M1g1)L
其中
L eB 4mc
称为洛仑兹单位。若B的单位用T（特斯拉）
则L的单位为 /cm
跃迁时M的选择定则与谱线的偏振情况如下：
为圆偏振光。
4.汞的546.074nm谱线的塞曼效应
汞的546.074nm谱线是 6S6S3S1 到 6S7P3P2 跃迁的结果。上 能级分裂为三个子能级，下能级分裂为五个能级，选择定 则允许的跃迁共有九种。因此，原来的 谱线将分裂成九条 谱线。分裂后的九条谱线是等距的，间距都为二分之一的 洛仑兹单位，九条谱线的光谱范围为4个洛仑兹单位。各线 段的长度表示谱线的相对强度。
4、偏振片——偏振片用于检出一定方向的线偏振光。
5、F-P标准具——塞曼分裂的波长差是很小的，这一 点可以通过自己估计其数量级来加以理解。因此一般 的光谱仪是难以观察到其分裂现象的。F-P标准具的分 辨率很高，而且构造简单。本实验用它来观察和测量 谱线的分裂。
F-P标准具 (1)F-P标准具的原理及性能
2h[1 1 D 2 ] N
8 f2
标准具测量波长差的公式：
2d[1
1 8
D2 f2
]
k
式中D表示圆环的直径，f 为透镜的焦距，d为法-泊板间的距离。
由上式可见，公式左边第二项的负号表明直径愈大的干涉环纹序 愈低。同理，对于同一级序的干涉环直径大的波长小。
对 方于差同用Δ一D波2表长示相，邻可级得项k和k-1圆环直径分别为Dk和Dk-1，其直径平
E J B cos
代入J 有：
E
g
e 2m
PJ
B cos
β是α的补角。
但J与 PJ在磁场中的取向是量子化的，PJ 在磁场方向的分量只
能取如下数值：
PJ cos Mh~
M是磁量子数，它只能取： M=J,J-1,。。。,-J+1,-J
共2J+1个值。每一个M值相当于PJ的一个可能的取向。由以上 两式得：
1895年前后，塞曼放下kell效应的研究，想试一 试磁场对钠焰的光谱有没有影响，却都没成功但他坚 持作了下去。
他根据法拉第的想法，用罗兰凹面光栅和强大的 电磁铁，发现钠黄线在磁场的作用下变宽，后来又观 察到镉兰线在磁场的作用下分裂成两根与三根；不久 洛仑兹根据经典电子论解释了分裂为三条的正常塞曼 效应。这一发现引起了很多物理学家开展广泛研究， 然而，大多数情况却与经典电子论的理论结果不符， 这叫反常塞曼效应。促使1921年朗德提出g因子概念， 1925年泡利提出不相容原理，同年乌伦贝克和哥德斯 密特提出电子自旋，从而推动量子理论的发展。
~
E
Mg
he 2m
B
Mg B
B
~
式中的
称为玻尔磁子
B
B
he 2m
பைடு நூலகம்
he
4m
这样,没有外磁场时的一个能级,在外磁场作用下将分裂成2J+1
个子能级。每个子能级的附加能量由上式决定,它正比于磁场
强度B和朗德因子g。
3.能级分裂下的跃迁 设某一谱线是由能级E2和E1间的跃迁产生的,则在该谱线的频率
与能级差有如下关系:
（4）打开励磁电源，加上磁场，可以看 到锐细干涉圆环变粗，仔细调节读数 显微镜位置，并慢慢增加磁场，可以 看到干涉圆环逐渐清晰，仔细观察可 以看出变粗的条纹是由九条细线组成；
电子从高能级向低能级跃迁时会发光。一定的光 谱线对应于一定的能级间的跃迁。例如汞的 546.074nm谱线是6S7S³Sı到6S6P³P2跃迁的结果。谱 线在磁场中分裂这一事实，反映了能级在磁场中 发生了分裂，也即原子在磁场中获得了附加能量。
运用量子力学。可以对塞曼效应作出满意的解释。
1．原子的总磁矩
2、汞光谱灯—本实验中用作光源，产生汞的谱线。注意光谱灯同时产 生较强紫外线。应避免直接观测光源。
3、电磁铁—磁场由电磁铁提供。调节激磁电源电流的大小可以获得不 同强度的磁场。电流值由直流电流表读出。
3、高斯计——系根据霍尔效应设计的一种测量磁场强 度的仪器。使用前请仔细阅读说明书。特别要保护探 头，因为霍尔片就在探头内，极易损坏。
C、励磁电源电流调节旋钮（顺时针增大）； D、磁感应强度显示调零旋钮； E、磁感应强度显示（单位：特斯拉）； F、电源开关（控制励磁电源和磁感应强度测量）； G、励磁电源正常工作指示灯； H、励磁电源电压调节旋钮（顺时针增大）； I、励磁电源非正常工作指示灯（指示励磁电源过热）； J、磁感应强度测量校正旋钮（出厂时已校正完成，勿轻易调节）； K、笔形汞灯电源开关（“按下去”为“接通电源”,此时汞灯发光）。
塞曼效应证实了原子具有磁距和空间量子化，至 今仍是研究能级结构的重要方法之一。
二、实验目的
1、观察汞的546.074nm谱线在磁场中分裂的 情况，加深对原子结构的认识；
2、测量上述谱线在磁场中分裂的裂距，求 出e/m值；
3、学习法布里——珀罗标准具的原理、调 节和使用。
三、实验原理
塞曼效应是由于电子的轨道磁矩与自旋磁矩共同 受外磁场的作用而产生的。
h E2 E1
在外磁场的作用下,上、下两能级分别分裂为2J2+1和2J1+1个 子能级,附加能量分别为ΔE2和ΔE1。则由能级间的跃迁而产生的 新谱线的频率 h满 足。
h (E2 E2 ) (E1 E1 ) (E2 E1 ) (E2 E1 )
~
h
(M 2 g2
M 1 g1 )
he 2m
➢ 塞曼研究磁场对光谱的作用，是受著名 英国物理学家法拉第的启示。
塞曼( Pieter Zeeman ) 1865～1943
诺贝尔物理学奖 (1902年)
1845年法拉第发现了平面偏振光通过在 强磁场作用下的玻璃偏振面会旋转的事实。 后来又发现，不只是玻璃，许多物质都具有 这一特性。法拉第认为：“磁力和光彼此是 有联系的。” 1875年，物理学家John kerr在法拉第思想的 激励下，注意到玻璃片在强电场下对光有双 折射作用，次年又发现平面偏振光经电磁铁 的磁极反射后，变成了椭圆偏振光。
△=2dcosφ=kλ 式中k为整数, φ为入射角。
(2)F-P标准具的调节 调节标准具时,主要是要使两个内表面严格平行。 将光源,透镜和标准具按规定放好。水平移动标准具找到干涉环,
使其中心位于反射片的中心。左右移动眼睛观察。如果在移动 过程中有冒环或吸环的现象,则说明两个内表面水平方向不平行。 这时可以调节标准具下方的两个螺丝。冒环方向相应的间距大, 因此应将这个方向的螺丝旋紧,或者把另一方向的螺丝放松。通 过调节,应达到左右移动眼睛时,无冒环或吸环现象。然后再竖直 移动眼睛,如果眼睛上移时出现冒环,可以旋紧上方螺丝或同时放 松下方的两个螺丝;反之,可以放松上方螺丝或同时放松下方的两 个螺丝。依此,在水平和竖直两个方向反复多次调节,达到无论怎 样移动眼睛,均不出现冒环和吸环现象。这时用望远镜观察就可 看到细而锐的干涉环了。
塞曼效应
学号 姓名
一、背景介绍 二、实验目的 三、实验原理 四、实验仪器 五、实验内容与步骤 六、注意事项 七、思考题
一、背景介绍
1896年开始，塞曼逐步发现，当光源放 在足够强的磁场中时，所发出的光谱线分裂 成若干条。条数随能级的类别而不同。而分 裂后的谱线成份是偏振的。这种现象称为塞 曼效应。