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塞曼效应

8. 塞曼效应对量子理论发展的促进作用
勿容置疑，塞曼效应是探索原子结构和发光机制的有力工具，对当时量子力学的发展起到了很重要的作用。反常塞曼效应的出现，对原子学说提出了挑战；对反常塞曼效应的研究，困感了众多的物理学家有达二十多年，但它也一直是精确与重要成果的渊源。朗德曾发现了能够准确描述反常塞曼效应的半经验公式，但是他的结果无论用何种模型都无法理解。另外在他的理论中还出现了半最子 ( “半整数” ) 。对于这种半量子，即使是泡利都大惑不解。当时泡利正在哥本哈根协助玻尔工作，在泡利看来，一方面，光谱线的反常
3.正常塞曼效应
3.1 正常塞曼效应的实验现象外磁场中，光谱线发生分裂，原来的一条谱线分裂为三条，且均为偏振光。如图 1 所示：单线系的每一条谱线，在垂直磁场方向观察时，每一条分裂为三条，彼此间隔相等，中间一条()线频率不变；左右两条()线频率的改变为 L （一个洛仑兹单位），它们都是线偏振的。线的电矢量振动方向平行于磁场；线的电矢量振动方向垂直于磁场；
h ' h (m2 g2 m1 g1 )B B
（11）
此时 g1 , g 2 均不为 1，即
B B h h 0 B B
'
（12）
9
塞曼效应的理论解释
故不能产生正常的塞曼效应。
4.3 反常塞曼效应的举例分析
2 著名的黄色双线是 2 P 1 2,3 2 S1 2 之间跃迁的结果
这里取 B 的方向沿 z 轴。原子的磁矩主要来自电子的贡献，
（1）
z mg B
U mg B B
进而得（2）
设原来的两个能级为 E1 和 E2 且 E2 ＞ E1 ，在无外磁场时，这个跃迁的能量为：

正常塞曼效应和反常塞曼效应

正常塞曼效应和反常塞曼效应
正常塞曼效应：
正常塞曼效应（normal Zeeman effect）是指在较弱的外磁场中，原子从基态跃迁到激发态，发射或吸收光谱线时受到外磁场的影响，导致光谱线位移和分裂的现象。

在正常塞曼效应中，原子的自旋和轨道角动量的矢量和总角动量的矢量方向在外磁场作用下将保持平行，能级间的能量差的大小将不会受到磁场的影响，因此能级分裂成的子能级能量差与磁场大小无关，其分裂的数目和谱线的极化程度，取决于自旋角动量和轨道角动量的大小和方向，以及外磁场方向的取向方式。

正常塞曼效应的分裂形状呈线性展开的方式，因此也叫线性分裂。

在反常塞曼效应的光谱中，各个分裂的谱线的极化程度难以通过对磁场方向的改变来改变。

因此，反常塞曼效应可以用来测量原子核中的电子自旋和轨道角动量，以及原子核内部的磁场分布。

此外，反常塞曼效应的光谱线分裂程度和分裂形状也与分子和晶体的电子结构、化学键以及分子内部磁场分布等相关。

因此，反常塞曼效应在化学、物理、天文学、材料科学等学科中得到了广泛的应用。

塞曼效应

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。

塞曼效应的简介

塞曼效应的简介塞曼效应Zeeman effect塞曼效应是原子的光谱线在外磁场中出现分裂的现象。

塞曼效应是1896年由荷兰物理学家塞曼发现的.他发现，原子光谱线在外磁场发生了分裂。

随后洛仑兹在理论上解释了谱线分裂成3条的原因。

这种现象称为“塞曼效应”。

进一步的研究发现，很多原子的光谱在磁场中的分裂情况非常复杂，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1 845年法拉第效应和1875年克尔效应之后发现的第三个磁场对光有影响的实例。

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，被认为是1 9世纪末20世纪初物理学最重要的发现之一。

利用塞曼效应可以测量电子的荷质比。

在天体物理中，塞曼效应可以用来测量天体的磁场。

[编辑本段]塞曼效应的发现1896年，荷兰物理学家塞曼使用半径10英尺的凹形罗兰光栅观察磁场中的钠火焰的光谱，他发现钠的D谱线似乎出现了加宽的现象。

这种加宽现象实际是谱线发生了分裂。

随后不久，塞曼的老师、荷兰物理学家洛仑兹应用经典电磁理论对这种现象进行了解释。

他认为，由于电子存在轨道磁矩，并且磁矩方向在空间的取向是量子化的，因此在磁场作用下能级发生分裂，谱线分裂成间隔相等的3条谱线。

塞曼和洛仑兹因为这一发现共同获得了1902年的诺贝尔物理学奖。

1897年12月，普雷斯顿(T.supeston)报告称，在很多实验中观察到光谱线有时并非分裂成3条，间隔也不尽相同，人们把这种现象叫做为反常塞曼效应，将塞曼原来发现的现象叫做正常塞曼效应。

反常塞曼效应的机制在其后二十余年时间里一直没能得到很好的解释，困扰了一大批物理学家。

1925年，两名荷兰学生乌仑贝克(G.E. Uhlenbeck,1900--1974)和古兹米特(S.A.Goudsmit,1902--1978)提出了电子自旋假设，很好地解释了反常塞曼效应。

正常塞曼效应的条件

正常塞曼效应的条件
正常塞曼效应是指在外加磁场存在时，原来发生分裂的光谱线变宽而不再是一条线，甚至可以分成多个线来形成光谱带。

在这里，我们将讨论正常塞曼效应发生的条件，以便更好地理解这一现象。

一、磁场
磁场是正常塞曼效应的必要条件。

只有在外加磁场作用下，才会出现原来单一的光谱线被分裂成多条光谱带的现象。

因此，人们可以通过调节磁场的强弱来控制塞曼效应的发生。

二、原子的自旋
原子的自旋是产生正常塞曼效应的另一个必要条件。

自旋可以理解为粒子自身在旋转，或在其自身轨道上绕转的运动。

具有自旋的原子会因为外加磁场不同方向的作用而形成不同的能级，从而产生正常塞曼效应。

三、光子的偏振
光子的偏振指光波电磁场振动的方向。

关于光子的偏振，我们要分一下两种情况：
1. 光子偏振与磁场垂直
如果光波的电磁场偏振与磁场垂直，则光子的偏振与原子的自旋方向无关，正常塞曼效应也不会发生。

2. 光子偏振平行于磁场
如果光波的电磁场偏振与磁场平行，则光子的偏振方向就会影响原子的自旋方向而产生正常塞曼效应。

四、外部磁场方向
外部磁场的方向也影响正常塞曼效应的发生。

在一定区域内，只有成特定角度的磁场才能使光子受到影响而发生塞曼效应。

以上就是正常塞曼效应发生的主要条件，它们相互关联，互相制约。

只有满足这些条件，才能在实验中观测到正常塞曼效应的发生。

塞曼效应——精选推荐

实验目的本实验的目的是观察塞曼效应现象，并把实验结果和理论结果进行比较，同时了解使用CCD及多媒体计算进行实验图像测量的方法。

实验原理当光源放在足够强的磁场中时，所发出的光谱线都分裂成几条，条数随能级的类别而不同，而分裂后的谱线是偏振的，后人称这现象为塞曼效应。

塞曼效应证实了原子具有磁距和空间取向量子化的现象，至今塞曼效应仍是研究能级结构的重要方法之一。

正常塞曼效应是指那些谱线分裂为三条，而且两边的两条与中间的频率差正好等于e H／4πm c，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eH／4πmc的简单分数倍，称反常塞曼效应，它不能用经典理论解释，只有用量子理论才能得到满意的解释。

1. 原子的总磁矩与总动量矩的关系：在原子物理中我们知道，原子中的电子不但有轨道运动，而且还有自旋运动。

因此，原子中的电子具有轨道角动量P L和轨道微矩μS，以及自旋角动量 Ps 和自旋磁矩μs。

它们的关系为：(1 )式中 L,S分别表示轨道量子数和自旋量子数， e，m 分别为电子的电荷和质量。

原子核有磁矩，但它比一个电子的磁矩要小三个数量级，故在计算单电子原子的磁矩时可以把原予核的磁矩忽略，只计算电子的磁矩。

对多电子原于，考虑到原子总角动量和总磁矩为零，故只对其原子外层价电子进行累加。

磁矩的计算可用矢量图来进行，如图1所示。

由于μs与 Ps的比值比μL与 Pl的比值大一倍(见公式(l))、因此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 l进行向量迭加运算，有μJ与 Pj 的关系：式中 g 称为郎德因子。

对于 LS 耦合(2)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。

图1：电子磁矩与角动量关系2、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。

(3)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。

正常塞曼效应与反常塞曼效应的比较1

正常的塞曼效应和反常塞曼效应的差别1 从磁场相对强弱来比较正常塞曼效应和反常塞曼效应。

实验表明,在强磁场情况下一般都会出现正常塞曼效应,在磁场不很强的情况下则出现反常塞曼效应。

所谓磁场的强弱是相对的,当外磁场引起的反常塞曼分裂不超过无外磁场时由电子自旋和轨道相互作用引起的能级分裂(精细结构分裂) 时,则L 与S 的耦合不能忽略,这时的磁场为弱磁场。

若塞曼裂距远大于精细结构裂距,则L 与S 的耦合就可以被忽略,这时的磁场为强磁场。

不同原子内部的内磁场大小不同,所以作用在原子上的外磁场的强弱对不同原子是不同的。

当外加磁场的强度不足以破坏自旋- 轨道耦合时,自旋、轨道角动量分别绕合成角动量J 作快速运动,而J 绕外磁场作慢进动;当外磁场强度超过LS 耦合作用的内磁场时, LS 耦合被破坏,自旋、轨道角动量分别绕外磁场旋进,这时描述原子状态的量子数要用n , l , s , ml , ms。

原子因受外磁场作用而引起的能量变化为:△E = μJ ·B = ( ml + 2 ms)μBB ,所以新的光谱线与原来谱线的频率差为: △v = △( ml + 2 ms) L ,由选择定则△ml = 0 , ±1 , △ms = 0 ,于是可得△v = (0 , ±1) L。

可见在强磁场中反常塞曼效应趋于正常塞曼效应,这现象被称为帕型- 巴克效应。

例如,导致两条钠D 线分裂的内磁场约为18 特斯拉,而导致锂光谱主线系第一谱线分裂的内磁场只有0. 35 特斯拉,所以当外磁场B = 3 特斯拉时,对于钠D 线来说是一个弱磁场,而对于锂原子主线系第一谱线来说却是一个强磁场。

在这样的磁场中钠D 线发生反常塞曼效应,锂原子主线系第一谱线将产生正常塞曼效应。

2 从朗德g 因子来比较正常塞曼效应和反常塞曼效应。

下面针对两能级朗德g 因子的不同取值讨论正常塞曼效应和反常塞曼效应。

如前所述采用洛仑兹单位时在磁场中谱线的频率改变可写为: △v = ( M2 g2 - M1 g1) L(1) g1 = g2 = 1 时. 即始末二态的g 都等于1 ,这种情况将发生正常塞曼效应. 因为此时△v = △ML ,而由选择定则知△M = 0 , ±1 ,所以分裂的谱线只有三条,且相邻谱线的间距相等,是正常塞曼效应。

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ZeemanEffect

塞曼效应Zeeman Effect1986年，塞曼（Pieter Zeeman 1865-1943荷兰物理学家）在洛仑兹电磁理论指导下发现，当光源放在足够强的外磁场中时，原来的一条光谱线分裂成波长靠得很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。

塞曼效应是继法拉第效应和克尔效应之后被发现的第三个磁光效应，是物理学的重要发现之一。

通常人们把谱线在磁场中分裂为三条，两边的两条与中间一条的波数差正好是mc eB π4/（即一个洛仑兹单位L ）的效应称为正常塞曼效应；而把谱线的分裂多于三条，谱线的裂距是洛仑兹单位L 的简单分数倍的效应称为反常塞曼效应。

它不能用经典理论解释，只有用量子理论才能得到满意的解释。

实际上大多数谱线的塞曼分裂不是正常塞曼分裂， 1925年，乌仑贝克和吉兹米特为了解释反常塞曼效应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证据之一。

从塞曼效应的实验结果中可以得到有关能级分裂的数据，即由能级分裂的个数可以知道能级的J 值，由能级的裂距可以知道g 因子。

因此直到今天塞曼效应仍是研究原子能级结构的重要方法之一。

而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。

在天文工作上，用塞曼效应来测量太阳和星体表面的磁场强度等。

反常塞曼效应证实了原子具有磁矩的空间量子化,可以精确测定电子的荷质比。

一．预习提要(1)什么是塞曼效应?分裂谱线与原子能级的关系如何? (2)什么叫偏振光?它的分类和辨别方法有哪些? (3)法布里一珀罗标准具的结构及其用途? (4)如何观察塞曼效应的线偏振和圆偏振? 二．实验要求(1)学习调节法布里一珀罗标准具的方法，养成严谨的科学实验态度。

(2)定性地观察塞曼效应现象，从而区分分裂谱线的成分；定量地测量分裂谱线丌成分的直径，从而掌握一种计算荷质比的方法。

塞曼效应

原子在外磁场中发光谱线发生分裂且偏振的现象称为塞曼效应;历史上首先观测到并给予理论解释的是谱线一分为三的现象,后来又发现了较三分裂现象更为复杂的难以解释的情况，因此称前者为正常或简单塞曼效应,后者为反常或复杂塞曼效应。

基本信息中文名称：塞曼效应外文名称：Zeeman effect解释：原子的光谱线在外磁场中出现分裂发现者：荷兰物理学家塞曼发现时间：1896年奖项：诺贝尔物理学奖原理简介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)。

详细内容塞曼效应，英文:Zeeman effect,是1896年由荷兰物理学家塞曼发现的.他发现，原子光谱线在外磁场发生了分裂。

随后洛仑兹在理论上解释了谱线分裂成3条的原因。

这种现象称为"塞曼效应"。

进一步的研究发现，很多原子的光谱在磁场中的分裂情况非常复杂，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1845年法拉第效应和1875年克尔效应之后发现的第三个磁场对光有影响的实例。

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，被认为是19世纪末20世纪初物理学最重要的发现之一。

正常塞曼效应和反常塞曼效应

正常塞曼效应和反常塞曼效应
正常塞曼效应和反常塞曼效应是物理学中的两个重要概念，它们分别描述了在磁场中原子或分子的能级结构发生的不同变化。

正常塞曼效应是指在外加磁场下，原子或分子的能级结构发生分裂，能级间的距离与磁场的强度成正比。

这种效应是由于原子或分子中的电子在磁场中受到洛伦兹力的作用，导致它们的轨道和自旋磁矩发生变化，从而使得能级结构发生分裂。

正常塞曼效应在研究原子和分子的磁性、光谱学等领域有着广泛的应用。

反常塞曼效应则是指在某些情况下，原子或分子的能级结构发生反常的分裂，能级间的距离与磁场的强度成反比。

这种效应是由于原子或分子中的电子在磁场中受到的作用力不仅包括洛伦兹力，还包括其他的相互作用力，从而导致能级结构的变化与正常塞曼效应不同。

反常塞曼效应在研究原子和分子的光谱学、磁性、量子力学等领域也有着重要的应用。

正常塞曼效应和反常塞曼效应的研究不仅有助于深入理解原子和分子的结构和性质，还为磁共振成像、核磁共振等现代科技的发展提供了理论基础。

同时，这些效应的研究也为我们认识自然界的奥秘提供了新的思路和方法。

正常塞曼效应和反常塞曼效应是物理学中的两个重要概念，它们描述了在磁场中原子或分子的能级结构发生的不同变化。

这些效应的
研究不仅有助于深入理解原子和分子的结构和性质，还为现代科技的发展提供了理论基础。

正常塞曼效应

正常塞曼效应
1 什么是正常塞曼效应
正常塞曼效应是指一种社会学现象，它描述的是，一个地区的居民的财富增加会随着一定的时间间隔而呈现出一定的周期性变化。

换句话说，随着一段时间的增长，一个地方的平均富裕程度会经历新的峰值，然后又随着时间的推移而逐渐减少，之后再变得更加富裕，如此往复。

2 正常塞曼效应的地位
正常塞曼效应在社会学领域中占据重要的地位，它有助于深入理解各种社会经济现象，例如产业发展形势和财富分配差异等。

此外，它还为解决社会问题提供了重要经验，例如政府如何利用这种周期现象来进行政策制定，使经济持续稳定和均衡发展。

3 正常塞曼效应的原理
正常塞曼效应的形成有许多原因，其中一个主要原因是随着贫富差距的扩大，中产阶级会受到“扭曲”，导致社会消费增加，支出也会持续上升，反过来也就导致了收入的持续增加，从而形成这种周期性变化的特性。

4 抑制正常塞曼效应的办法
为了抑制正常塞曼效应，国家可以采取多项措施，其中包括引导中产阶级的投资和消费行为，以便提高财富的聚集速度，缩短贫富差
距；另外，国家还可以改善金融业、制造业和服务业等领域的劳动力
市场，降低劳动力参与成本，吸引更多优秀人才参与到经济运行中来。

总之，正常塞曼效应是一种具有重要社会意义的现象，国家应该
采取有效措施来加以抑制，以期能够稳定地实现经济均衡发展。

塞曼效应

塞曼效应，英文：Zeeman effect,是1896年由荷兰物理学家塞曼发现的.1896年，荷兰物理学家塞曼使用半径10英尺的凹形罗兰光栅观察磁场中空间的取向是量子化的，因此在磁场作用下能级发生分裂，谱线分裂成间隔相等的3条谱线。

塞曼和洛仑兹因为这一发现共同获得了1902年的诺贝尔物理学奖。

1897年12月，普雷斯顿(T.supeston)报告称，在很多实验中观察到光谱线有时塞曼效应的发现者——荷兰物理学家塞曼。

并非分裂成3条，间隔也不尽相同，人们把这种现象叫做为反常塞曼效应，将塞曼原来发现的现象叫做正常塞曼效应。

反常塞曼效应的机制在其后二十余年时间里一直没能得到很好的解释，困扰了一大批物理学家。

1925年，两名荷兰学生乌仑贝克(G.E.Uhlenbeck,1900--1974)和古兹米特(S.A.Goudsmit,1902--1978)提出了电子自旋假设，很好地解释了反常塞曼效应。

应用正常塞曼效应测量谱线分裂的频率间隔可以测出电子的荷质比。

由此计算得到的荷质比数值与约瑟夫·汤姆生在阴极射线偏转实验中测得的电子荷质比数量级是相同的，二者互相印证，进一步证实了电子的存在。

塞曼效应也可以用来测量天体的磁场。

1908年美国天文学家海尔等人在威尔逊山天文台利用塞曼效应，首次测量到了太阳黑子的磁场。

偏振特性对于Δm=+1，原子在磁场方向的角动量减少了一个\hbar，由于原子和光子的角动量之和守恒，光子具有与磁场方向相同的角动量\hbar，方向与电矢量旋转方向构成右手螺旋，称为σ+偏振，是左旋偏振光。

反之，对于Δm=-1，原子在磁场方向的角动量增加了一个\hbar，光子具有与磁场方向相反的角动量\hbar，方向与电矢量旋转方向构成左手螺旋，称为σ-偏振，是右旋偏振光。

对于Δm=0，原子在磁场方向的角动量不变，称为π偏振。

如果沿磁场方向观察，只能观察到σ+和σ-谱线的左旋偏振光和右旋偏振光，观察不到π偏振的谱线。

塞曼效应

实验三塞曼效应1896年塞曼(Pieter Zeeman 1865—1943荷兰物理学家)发现把光源置于足够强的磁场中时，光源发出的每一条谱线都分裂为若干条偏振化谱线，分裂的条数随能级类别不同而不同，这种现象称为塞曼效应。

塞曼效应是继法拉第和克尔效应之后被发现的第三个磁光效应，是物理学的重要发现之一。

本实验通过原子发光的磁分裂效应，说明原子能级的磁相互作用能的存在，由于分裂的波长(对应于能级)差很小，故不能用一般的分光仪器去分析测量。

本实验用分辨率为105～107的法布里—珀罗标准具观察汞灯发光的磁场分裂情况。

并通过测量对应分裂谱线的磁场，计算电子的荷质比e/m 。

塞曼效应是研究原子能级结构的重要方法之一。

一、实验目的1. 掌握塞曼效应理论，测定电子的菏质比，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 和计算机进行实验图像测量的方法。

二、实验原理当光源放在足够强的磁场中时，所发出的光谱线都分裂成几条，条数随能级的类别而不同，而分裂后的谱线是偏振的，后人称这现象为塞曼效应。

塞曼效应证实了原子具有磁距和空间取向量子化的现象，至今塞曼效应仍是研究能级结构的重要方法之一。

正常塞曼效应是指那些谱线分裂为三条，而且两边的两条与中间的频率差正好等于e H ／4πm c ，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eH ／4πmc 的简单分数倍，称反常塞曼效应，它不能用经典理论解释，只有用量子理论才能得到满意的解释。

1. 原子的总磁矩与总动量矩的关系在原子物理中我们知道，原子中的电子不但有轨道运动，而且还有自旋运动。

因此，原子中的电子具有轨道角动量P L 和轨道微矩 μL ，以及自旋角动量 P s 和自旋磁矩 μs 。

它们的关系为：L L p me 2=μ π2)1(h L L p L += S S p me =μ π2)1(h S S p S += （1）式中 L,S 分别表示轨道量子数和自旋量子数， e ，m 分别为电子的电荷和质量。

塞曼效应——精选推荐

塞曼效应1896年荷兰物理学家塞曼（Pieter Zeeman ）发现了将光源放在外磁场中，原来的谱线能分裂成若干条子谱线，而且子谱线成分是偏振的，分裂的条数随跃迁能级的类别而不同。

后人称此现象为“塞曼效应”。

（注：为区别没有磁场作用的光谱线，称磁场作用分裂后的光谱线为子谱线）早年把那些谱线分裂成三条，且裂距（相邻两条子谱线间的波数差）正好等于一个洛伦兹单位（mc eB L π4/~=）的现象叫做正常塞曼效应。

从机制上说，正常塞曼效应是原子内纯电子轨道运动的塞曼效应，用经典理论就能给予解释。

但实际上，大多数物质的谱线在磁场中分裂的子谱线多于3条，子谱线的裂距可大于或小于一个洛伦兹单位，人们称这现象为反常塞曼效应，反常塞曼效应只有用量子理论才能得到满意的解释。

塞曼效应是继“法拉第效应”和“克尔效应”之后第三个用来说明磁场和电场对光能产生影响的例证，从塞曼效应的结果中可以得到有关能级的数据，即由分裂后子谱线的个数可以知道能级的J 值，从子谱线裂距的大小可以知道g 因子。

因此，塞曼效应成为研究能级结构的重要方法之一。

由于塞曼效应在物理学上的重大意义，塞曼和他的导师洛伦兹荣获了1902年度诺贝尔物理学奖。

一实验目的1. 学习观察塞曼效应的实验方法；2. 观察Hg 灯的546.1 nm 光谱线在外磁场作用下的塞曼分裂结果（分裂后子谱线的个数、子谱线间距、子谱线的相对强度、子谱线的偏振态）；3. 由塞曼裂距计算电子的荷质比m e /。

二实验原理1．原子的总磁矩与总角动量严格说来，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，电子的轨道角动量L P 和轨道磁矩L μ以及自旋角动量S P 和自旋磁矩S μ在数值上有下列关系：L L P m e 2=μ， π2)1(h L L P L +=， S S P me =μ， π2)1(h S S P S += 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。

塞曼效应的理论解释的解读

塞曼效应的理论解释沈晓玲(德州学院物电学院，山东德州253023)摘要文章从塞曼效应现象切入，并将塞曼效应分为正常塞曼效应和反常塞曼效应。

然后结合磁场对原子磁矩的作用和电子跃迁时须遵循跃迁选择定则解释了正常塞曼效应和反常塞曼效应谱线条数增多和谱线间距变化的现象。

对于正常塞曼效应，还应用了经典理论方法进行了解释，从而较全面的解释了塞曼效应。

最后，而对于塞曼效应实验的应用也进行了基本阐述。

关键词塞曼效应；原子磁矩；谱线分裂；实验应用1绪论塞曼效应，在原子物理学里是指原子的光谱线在外磁场中出现分裂的现象。

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，分裂后的谱线成分是偏振的,且谱线间距以及谱线条数随外磁场的强度和能级的种类的不同而不同，这种现象称为塞曼效应。

塞曼的老师,荷兰物理学家洛仑兹应用经典电磁理论对这种现象进行了解释。

塞曼效应在物理学史上是一个重要的里程碑。

我们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由一条谱线分裂成几条偏振化谱线的现象称为塞曼效应。

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，是指在没有外磁场时的一条谱线在较强的外磁场中将分裂为三条、裂距按波数计算正好等于一个洛伦兹单位的现象。

反常塞曼效应，是指在外磁场很弱，电子自旋与轨道相互作用不能略去，光谱线分裂为多条且间距大于或小于一个洛伦兹单位的的现象。

2塞曼效应的实验现象2.1 正常塞曼效应的实验现象若将镉光源放在足够强的外磁场中，沿着垂直于磁场的方向去观察光源所发光谱，将会观察到三条谱线，其中一条与未加磁场时谱线所处位置一样。

另外两条分居两边，并且观察到的三条谱线间距相等，三条谱线对应的光均为平面偏振光。

中间的一条电矢量平行于外磁场，称作π线。

两边的谱线电矢量垂直于外磁场，称为σ线。

所以，可以如图2-1所示[1]。

塞曼效应——精选推荐

塞曼效应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，即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，后人称此现象为塞曼效应。

塞曼效应的发现是继英国物理学家法拉第1845年发现磁致旋光效应，克尔(John Kerr)1876年发现磁光克尔效应之后，发现的又一个磁光效应。

塞曼在洛仑兹的指点及其经典电子论的指导下，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比与几个月后汤姆逊从阴极射线得到的电子荷质比相同。

塞曼效应不仅证实了洛仑兹电子论的准确性，而且为汤姆逊发现电子提供了证据。

还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。

直到今日，塞曼效应仍旧是研究原子能级结构的重要方法。

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。

早年把那些谱线分裂为三条，而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c m eB L π4/=)。

正常塞曼效应用经典理论就能给予解释。

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。

分裂的谱线多于三条,谱线的裂距可以大于也可以小于一个洛伦兹单位，这现象在以后的30年间一直困扰着物理学界，人们称这类现象为反常塞曼效应。

正常塞曼效应与反常塞曼效应的比较

正常塞曼效应与反常塞曼效应的比较在原子物理学中都论述到了正常塞曼效应和反常塞曼效应这两种现象,但是对它们的区别与联系却提及不多。

本文将从不同角度对正常塞曼效应和反常塞曼效应进行比较,以进一步弄清它们之间的区别和联系。

谱线的分裂来自能级差的变化。

因原子具有磁矩,当它处于磁场B 中时,受到磁场的作用而引起的附加能量可表示为: △E = - μJ ·B = MgμBB。

磁量子数M 有2J + 1 个取值,因此无磁场时原子的一个能级在磁场的作用下分裂成2J + 1 个支能级,两相邻支能级的间距为△E = gμBB。

从同一能级分裂出来的诸能级的间距是相等的,而从不同能级分裂出来的能级间距则不一定相等。

若有一条光谱线是由能级E1 和E2 (E2 >E1) 之间跃迁产生的,无磁场B 时,这条谱线的频率为v =(E2 - E1)/h;在外磁场B中,因能级分裂而观察到的新光谱线与原光谱的频率差为△v = v′- v = ( M2 g2 - M1 g1) L ,其中L =eB/4πme称为洛仑兹单位。

实验发现塞曼支能级之间的跃迁服从下列选择定则:△M = M2 - M1 = 0 ,产生π线(当△J = 0 时, M2 = 0 →M1 = 0 除外) ；△M = M2 - M1 = ±1 ,产生σ线。

从垂直于磁场B 方向观察,原来谱线分裂为三条,且相邻两条谱线之间的间隔相等,均为一个洛仑兹单位,这样的现象称为正常塞曼效应。

如果谱线中分裂条数超过三条,或者有的谱线即使只分裂成三条,但相邻两谱线之间的间隔不等于一个洛仑兹单位,这样的现象称为反常塞曼效应。

1 从磁场相对强弱来比较正常塞曼效应和反常塞曼效应。

实验表明,在强磁场情况下一般都会出现正常塞曼效应,在磁场不很强的情况下则出现反常塞曼效应。

所谓磁场的强弱是相对的,当外磁场引起的反常塞曼分裂不超过无外磁场时由电子自旋和轨道相互作用引起的能级分裂(精细结构分裂) 时,则L 与S 的耦合不能忽略,这时的磁场为弱磁场。