塞曼效应参考版
塞曼效应(lmj3)
塞曼效应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。
【实验目的】（1） 证实原子具有磁矩和空间取向量子化。
（2） 应用实验的方法，求洛仑兹单位值，并与理论值比较。
【实验仪器】电磁铁及电源 交直流高斯计 调压器 汞灯 法布里—珀罗标准具 小型摄谱仪测量显微镜 【实验原理】当光源放在足够强的磁场中时，原来的一条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。
塞曼效应实验是研究原子的光谱在磁场中受磁场影响而变化的实验。
根据原子所处的磁场强度不同谱线分裂的条数不同，塞曼效应由于历史的习惯可分为正常塞曼效应和反常赛曼效应。
通常一条谱线分裂条数为三条的效应叫正常塞曼效应(可以用经典理论加以解释)，多于三条的叫反常塞曼效应（只能用量子理论解释）。
反常塞曼效应通常发生在磁场很弱或者磁场很强的条件下。
塞曼效应是由于原子中电子的轨道磁矩和自旋磁矩共同受到磁场的作用而产生的，因此它进一步证实了原子具有磁矩和空间取向量子化。
通过本实验可以进一步认识原子的内部结构。
1. 原子的总磁矩塞曼效应是由于原子的内部磁矩受外磁场的作用而产生的，而原子中的电子又具有轨道运动和自旋运动，所以电子有轨道角动量P L 和自旋角动量P S ，有轨道磁矩μL 和自旋磁矩μS 。
在忽略核磁矩的情况下，P L 与P S 合成总角动量P J ，μL 与μS 合成总磁矩μ，见图(1)我们已知：轨道角动量 ⋅+=)1(L L P s图(1)自旋角动量 ⋅+=)1(S S P s轨道磁矩 L L P m e2=μ 自旋磁矩 S S P me2=μ 由于L L P μ 和μS/ P S 的值不同所以总磁矩μ不在总角动量L P 的延长线上，而是μ绕P J 的延长线旋进。
塞曼效应——精选推荐
塞曼效应一、实验目的1. 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； 2. 学习用光谱学的方法，测定电子比荷m e 的值。
二、实验原理1862年，法拉第（M.Faraday ）试图观察磁场对光谱线的影响，由于所用仪器分辨率小而未有所获。
1896年塞曼（P .Zeeman ）使用强磁场和精密的光谱仪器，在垂直于磁场方向观察（横效应），发现在磁场作用下，镉原子光谱中波数为v ~的一条谱线分裂为v v~~∆+、v ~、v v ~~∆-三条平面偏振化谱线的现象。
中间一条波数未变化的谱线，其电矢量平行于磁场，称为π成分，分裂的两条谱线的电矢量垂直于磁场，称为σ成分；当沿着平行于磁场方向观察（纵效应）时，只能见到v v~~∆-与v v ~~∆+两条左旋和右旋的圆偏振光，π成分则不出现，人们习惯把以上现象称为正常塞曼效应。
进一步根据量子理论研究发现当自旋量子数0=S 时，只有原子轨道磁矩和磁场相互作用，这种情况产生正常塞曼效应。
但是如果自旋量子数0≠S ，且磁场不太强时，原子的轨道磁矩与自旋磁矩先耦合再和磁场作用，从而会出现谱线分裂多于三条的情况，这就是反常塞曼效应。
如果磁场强度逐渐增强，原子的轨道磁矩与自旋磁矩分别和磁场作用，反常塞曼效应又转变为正常塞曼效应，复杂的分裂图形变为简单的洛伦兹（Lorentz ）三垂线，此现象叫磁光转变或帕邢—巴克（Paschen —Back ）效应。
1. 原子的总磁矩与总角动量的关系在忽略核磁矩的情况下，原子的总磁矩等于电子的轨道磁矩L μ 与电子自旋磁矩Sμ之和，分别由轨道角动量L P 和自旋角动量S P 产生。
它们之间的关系为L L P m e⋅-=e2μ和S S P m e⋅-=eμ（如图1所示）。
按量子力学 )1(+=L L P L ， )1(+=S S P S ，S L ，分别为轨道量子数和自旋量子数。
塞曼效应
塞曼效应一、背景介绍☆1896年8月，塞曼在探测磁场对谱线的影响的实验中发现，磁力作用于火焰时，火焰发出的光周期和频率发生了变化，钠双线光谱发生分裂。
一条谱线即会分裂成几条偏振化的谱线，后来这种现象称为塞曼效应。
☆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☆ 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☆ 1912年，帕邢和拜克（E ．E ．A ．Back ）发现在极强磁场中，反常塞曼效应又表现为三重分裂，叫做帕邢－拜克效应☆ 1921年，德国杜宾根大学教授朗德引进一因子g 代表原子能级在磁场作用下的能量改变比值☆ 1925年，乌伦贝克与哥德斯密特提出了电子自旋的概念☆ 1926年，海森伯和约旦引进自旋S ，从量子力学对反常塞曼效应作出了正确的计算1896年，荷兰著名的实验物理学家塞曼（Zeeman ）将光源置于强磁场中，研究磁场对谱线的影响，结果发现原来的一条光谱线，分裂成几条光谱线，分裂的谱线成份是偏振的，这一现象称为塞曼效应。
由于发现了这个效应，塞曼在1902年获得诺贝尔物理学奖。
这是当时实验物理学家的重要成就之一，它使人们对物质的光谱、原子和分子的结构有了更多的了解。
通过塞曼效应实验，可由能级分裂的个数知道能级的值，由能级的裂距可以知道因子。
如果原子遵从耦合，则可由值判断该能级的和值。
二．实验原理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1. 外磁场对原子能级的影响具有总磁矩μJ 的体系, 在外磁场B 的作用下，由于绕外磁场B 的方向旋进而获得的附加能量ΔE 为：（1）式中，β为PJ 和B 的夹角。
μJ 或P J 在外磁场中取向是量子化的，则PJ 在外磁场方向的分量PJcos β 也是量子化的：.cos(.)cos cos 2JJ JE P B B e g P B mμαβ∆=-=-=-J μBM P J =βcos（2）J 一定时，磁量子数M 的取值为：-J ，-（J-1），……，（J-1），J ，共2J+1个数值 附加能量ΔE 的表达式：玻尔磁子（3）结论：无外场时的一个能级，在外磁场的作用下分裂成2J+1个能级，每个能级附加的能量由（3）式决定2. Hg 原子绿光塞曼效应Hg 原子绿光（546.1nm ）在磁场中的分裂是由6s7s （3S1）跃迁到6s6p （3P2）而产生的，为反常塞曼效应。
实验58 塞曼效应.
实验58 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。
早年把那些谱线分裂为三条,而裂距按波束计算正好等于一个洛仑兹单位的现象叫做正常塞曼效应(洛仑兹单位L=eB/4πmc 。
正常塞曼效应用经典理论就能给予解释。
实际上大多数物质的谱线在磁场中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仑兹单位,人们称这类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。
从塞曼效应得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。
塞曼效应证实了原子具有磁矩与空间取向量子化,有力地支持了光的电磁理论,至今仍然是考察原子结构的最有效的方法,并且该效应在现代激光技术中也有着重要应用。
【实验目的】1.掌握法布里-珀罗标准具的原理及使用,CCD 摄像器件在图像传感中的应用。
2.通过对Hg 546.1nm 光谱线的塞曼效应的研究,观察磁场对谱线的影响。
3.掌握塞曼效应理论,测定电子的荷质比。
【实验仪器】WPZ —Ⅲ型塞曼效应仪【实验原理】电子自旋和轨道运动使原子具有一定的磁矩。
在外磁场中,原子磁矩与磁场相互作用,使原子系统附加了磁作用能ΔE 。
又由于电子轨道和自旋的空间量子化。
这种磁相互作用能只能取有限个分立的值,此时原子系统的总能量为:004gE E E ehE M B mπ=+∆=+ (1 式中E 0为未加磁场时的能量,M 为磁量子数,B 为外加磁场的磁感应强度,e 为电子电量,m 为电子质量,h 为普朗克常数,g 为朗德因子。
朗德因子的值与原子能级的总角动量J 、自旋量子数S 和轨道量子数L 有关,在L -S 耦合情况下:1(1(1(12(1g J J S S L L J J =++++--+ (2由于J 一定时,M =J ,J -1,…-J 。
塞曼效应(含思考题答案)
课程：专业班号： 姓名： 学号： 同组者：塞曼效应一、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 hcB μγγγγγ）（）（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。
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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塞曼效应课题塞曼效应教学⽬的 1．了解⽤法布⾥⼀珀洛⼲涉仪测波长差值的⽅法。
2．观察汞5461? (绿⾊)光谱线的塞曼效应，并且测定电⼦的荷质⽐me的值重难点 1．塞曼效应原理的理解；2．法布⾥-珀罗（F-P ）标准具的调节。
教学⽅法讲授、讨论、实验演⽰相结合。
学时 3个学时⼀、前⾔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。
⼆、实验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。
塞曼效应的产⽣是由于原⼦磁矩与磁场作⽤的结果.在忽略很⼩的核磁矩的情况下,原⼦的总磁矩等于电⼦的轨道磁矩和⾃旋磁矩之和.电⼦具有的轨道总⾓动量l P 及⾃旋总⾓动量s P 的数值分别为:π+=2)1(h l l P l 和π+=2)1(hS S P s式中s l ,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jP 如图1（a ）所⽰.（a ）（b ）图1 原⼦⾓动量和磁矩⽮量图电⼦的轨道总磁矩l µ和⾃旋总磁矩s µ的数值分别为l l P m e 2=µ s s P me =µ 式中e,m 分别为电⼦的电荷和质量.它们合成为原⼦的总磁矩s µ如图7.1(a)所⽰.由于l µ 与P ι的⽐值不等于s µ与P s 的⽐值.因此原⼦总磁矩µ不在总⾓动量j P 的延长线上.但是l P 和s P 是绕j P 旋进的,将µ分解为两各分量,⼀个沿j P 的延线以j µ表⽰,另⼀个垂直于j P 的以L µ表⽰.由于µ的旋进很快,L µ绕j P 旋转对时间的平均效应为0,因此只有平⾏于j P 的j µ是有效的.这样有效总磁矩便是j µ,见图1(b)所⽰,其数值为:j j P meg2=µ 其中g 为朗德因⼦,对于LS 耦合)1(2)1()1()1(1++++-++=J J S S L L J J g当原⼦处于磁场中时,总⾓动量j P ,也就是总磁矩j µ将绕磁场⽅向作旋进,这使原⼦能级有⼀个附加能量:)cos(2)cos(B P BP megB P B E j j j j =µ=?由于j P 或j µ在磁场中的取向是量⼦化的,即j P 与磁感应强度的夹⾓)(P j 不是任意的,则j P 在磁场⽅向的分量)cos(P P j j 也是量⼦化的,它只能取如下的数值:π=2)c o s (hM B PP j j 式中M 为磁量⼦数,M=J,J-1,…,-J,共2J+1个值,于是得到B Mg E B µ=?其中mheB π=µ4为玻尔磁⼦.上式说明在稳定的磁场情况下,附加能量可有2J+1个可能数值.也就是说,由于磁场的作⽤,使原来的⼀个能级,分裂成2J+1个能级,⽽能级的间隔为B g B µ，由能级E 1和E 2间的跃迁产⽣的⼀条光谱线的频率为:=hv E 1-E 2，在磁场中,由于E 1和E 2能级的分裂,光谱线也发⽣分裂,它们的频率υ'与能级的关系为:()22E E v h ?+='-()B g M g M hv E E B µ-+=?+)(112211分裂谱线与原线频率之差为:()meBg M g M v v v π-=-'=?41122 换为波数差的形式:()meBg M g M v v v π-=-'=?41122 式中meeBπ4为正常塞曼效应时的裂距(相邻谱线之波数差),规定以此为裂距单位,称为洛伦兹单位,以L 表⽰之,则上式可写为:()L g M g M v v v 1122-=-'=? （1）M 的选择定则为ΔM=0,±1(ΔJ=0,M 2=0→M 1=0的跃迁被禁⽌).1、ΔM=0. 垂直于磁场⽅向(横向)观察时,谱线为平⾯偏振光,电⽮量平⾏于磁场⽅向.如果沿与磁场平⾏⽅向(纵向)观察,则见不到谱线.此分量称为π成分.2、ΔM=±1. 迎着磁⼒线⽅向观察时,谱线为左旋圆偏振光(电⽮量转向与光传播⽅向成右⼿螺旋);在垂直于磁场⽅向(横向)观察时,则为线偏振光,其电⽮量与磁场垂直.此分量称为σ+成分.3、ΔM=-1. 迎着磁场⽅向观察时,谱线为右旋圆偏振光(电⽮量转向与光传播⽅向成左⼿螺旋);在垂直于磁场⽅向(横向)观察时,则为线偏振光,电⽮量与磁场垂直.此分量称为σ-成分.以汞5460.74?光谱线的塞曼分裂为例,该谱线是能级6s7s 3S 1到6s6p 3P 2之间的跃迁.这与两能级及其塞曼分裂能级对应的量⼦数和g,M,Mg 值列表如下:3S 3P 2图2 汞5461?谱线的塞曼分裂⽰意图在与磁场垂直的⽅向可观察到九条塞曼分裂谱线,沿磁场⽅向只可观察到六条谱线.由计算可知,相邻谱线的间距均为1/2个洛伦兹单位.由公式B me eB 24λπ=λ?我们可估算出塞曼分裂的波长差数量级的⼤⼩。
1-5塞曼效应.
1-5塞曼效应引言塞曼效应实验在物理学史上是一个著名的实验，它是继法拉第（M.Faraday ，1791-1867，英国物理学家）在1845年发现旋光效应，克尔（J.Kerr ，1824-1907，英国物理学家）在1875年发现电光效应、1876年发现克尔磁光效应之后的又一个磁光效应。
1862年，法拉第出于“磁力和光波彼此有联系”的信念，曾试图探测磁场对钠黄光的影响，但因仪器精度欠佳而未果。
塞曼（P.Zeeman ，1865－1943，荷兰物理学家）在法拉第信念的影响下，经过多次实验，最终用当时分辨本领最高的罗兰凹面光栅和强大的电磁铁，于1896年发现了钠黄线在磁场中变宽的现象，后来又发现了镉蓝线在磁场中的分裂。
洛伦兹（H.A.Lorentz ，1853-1928，荷兰物理学家）根据他的电磁理论，恰当地解释了正常塞曼效应和分裂谱线的偏振特性。
塞曼根据实验结果和洛伦兹的电磁理论，估算出的电子的核质比与几个月后汤姆逊（J.J.Thomson ，1856－1940，英国物理学家）从阴极射线得到的电子核质比近乎相同。
塞曼效应不仅证实了洛伦兹电磁理论的正确性，也为汤姆逊发现电子提供了证据，同时也证实了原子具有磁距并且其空间取向是量子化的。
1902年，塞曼和洛伦兹因此而共享了诺贝尔物理学奖。
经典的电磁理论（电子论）无法解释反常塞曼效应，对反常塞曼效应及复杂光谱的研究，使得朗德（nde ）于1921年提出了g 因子（朗德因子）概念，乌伦贝克（G .E.Uhlenbeck ）和哥德斯密特（S.A.Goudsmit ）于1925年又提出了电子自旋的概念，从而推动量子理论的发展。
塞曼效应证实了原子具有磁距并且其空间取向是量子化的；由塞曼效应还可以推断能级分裂情况，确定朗德因子，从而获得有关原子结构的信息。
至今，塞曼效应仍是研究原子内部结构的重要方法之一。
预习思考1． 何谓正常塞曼效应，何谓反常塞曼效应？2． 法布里－珀罗标准具（F-P 标准具）分光的原理是什么？3． Hg546.1nm 谱线是由3S 1到3P 2跃迁而产生的，试绘出其能级跃迁图。
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塞曼效应塞曼效应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，后来发现，这种加宽现象实际是谱线发⽣了分裂。
原⼦谱线为什么会出现分裂现象呢？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。
洛仑兹认为，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，在磁场作⽤下能级发⽣分裂，因⽽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合理地解释，困绕了⼀⼤批物理学家。
1925年，两名荷兰学⽣乌仑贝克和古兹⽶特提出了电⼦⾃旋假设，反常塞曼效应的困惑才告⼀段落。
[6]⼗九世纪末叶，塞曼效应的发现是对光的电磁理论有⼒⽀持，特别是及时得到洛伦兹的理论解释，更受到⼈们的重视，被誉为继X射线之后物理学最主要的发现之⼀。
现在学术界对塞曼效应的解释运⽤的是量⼦⼒学，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。
如果按照形态场假说的观点分析，经典电磁理论和量⼦⼒学关于塞曼效应的解释却是不成⽴的。
因为在复式原⼦模型中，核外电⼦不存在轨道磁矩，且轨道⾓动量⾓量⼦数l为零，与之对应的原⼦磁矩空间量⼦化条件消失；所以不存在电⼦轨道磁矩与⾃旋磁矩耦合现象，原⼦能级分裂的假设失去了理论前提。
那么，塞曼效应⼜该如何解释呢？形态场假说认为，磁场中光谱线分裂现象与电磁波的偏振性和原⼦能级分裂两种因素有关。
下⾯让我们来讨论第⼀个问题——电磁波的偏振性。
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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。
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。
实验报告 塞曼效应 (2)
实验报告勾天杭 pb05210273题目：塞曼效应原理：1．谱线在磁场中的能级分裂旋进所引起的附加能量为B Mg E B μ=∆，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 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。
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 Bg M g M v v v B μ)('1122-=-=∆ 代入玻尔磁子m eh B πμ4=，得到B me g M g M v π4)(1122-=∆ 等式两边同除以c ，得到B mc e g M g M πσ4)(1122-=∆ 塞曼跃迁的选择定则为：0=∆M ，为π成分，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。
2．观察塞曼分裂的方法塞曼分裂的波长差很小，用一般的棱镜摄谱仪是不可能的，需采用高分辨率的仪器如法布里-玻罗标准具。
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。
3-5塞曼效应
eB 4 me c
六、参考文献
1、褚圣麟，原子物理学，人民教育出版社，1979 2、母国光，战元龄，光学，人民教育出版社，1978
cos i
f f2( D 2 ) 2
D2 1 8f2
三、实验原理
对同一级，不同波长λa、λb，其波数差为
ab
1 Db 2 Da 2 a b ( ) 2d Dk 12 Dk 2
四、实验装置
五、实验内容
（一）调整光路，观察塞曼现象 1、点亮汞灯，把透镜置于光源和标准具之间适当位置，让光充满标准具，用眼睛直接观察到标准具视场中 布满一系列干涉条纹（绿色）。 2、调节标准具，直到眼睛上下左右移动都没有明显缩冒现象为止。 3、在标准具后安装透镜和目镜，调节两者的相对位置以看清各干涉环。 4、开启稳压电源，调节电流为一定值，取相邻两级次的π成分进行测量。
实验3-5 塞曼效应
OUTLINE
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 六、参考文献
一、实验背景
塞曼效应是1896年由荷兰物理学家塞曼发现的。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。
实验研究汞546.1nm的塞曼分裂。汞绿线是的跃迁结果。 跃迁选择定则ΔM=0,ΔM=±1
三、实验原理
1、ΔM=0时，产生3条π线。沿垂直磁场方向观测，π线为振动方向平行于磁场的线偏振光；沿磁场方向观
测不到π线。
2、 ΔM=±1时，产生6条σ线。沿垂直磁场方向观测，σ线为振动方向垂直于磁场的线偏振光；沿磁场方向
第5节 塞曼效应
9
L
2S 1/2
S 1/2 1/2
1/2
J 1/2 1/2
M ±1/2 ±1/2
g 2 2/3
Mg ±1 ±1/3
0 1
1
2P 1/2
2P 3/2
3/2 ±1/2±3/2 4/3 ±2/3 ±6/3
M
2P 1/2 2S
1/2
1/3 1
-1/2
-1/3 -1 2/3
M2g2
1/2
M1g1
（M2g2 - M1g1）= -4/3
Na黄光的塞曼效应
1
'
1
( M 2 g 2 M 1 g1 ) L
2S 1/2
其中
L
Be 4 mc
为洛伦兹单位
2S 1/2
2P 3/2
2P 1/2
L
2S 1/2
S 1/2 1/2
J 1/2 1/2
M ±1/2 ±1/2
g 2 2/3
Mg ±1 ±1/3
0 1
2P 1/2
2P 3/2
-2/3
4/3
4 2 2 4 ( ) ( , , , ) L 3 3 3 3
1
10
相应塞曼谱线的频率为
h ' h M 2 g 2 M1 g1 B B
1 5 ~ ~ 1 ' 1 , 1, , 3 3 波数为： 2 4 ~ ~ 2 ' 2 , , 3 3 1 , 3 2 , 3 5 1, , L 3 4 , L 3
1
一、塞曼效应的实验事实 1896年，塞曼发现光源在磁场中的光谱线变宽了，仔细观察 后，发现每一条谱线分裂成几条。 正常塞曼效应 镉6438.47埃红色谱线的分裂，将镉光源放到强磁场中。 垂直于磁场方向：光谱分裂成三条，其中一条在原来的位置， 左右各两条，都是平面偏振光。 平行于磁场方向：中间的光谱消失， 两边两条变成圆偏振光，频率高的 垂直于B方 偏振方向沿着磁场方向螺旋转动， 向观察 频率低的偏振方向相反。 平行于B方 代表电矢量平行磁场的那条谱线， 代表电矢量垂直于磁场的谱线。
6[1].5塞曼效应
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4 – 3 角动量 角动量守恒定律 第四章 刚体的转动 借助格罗春图计算波数的改变:
2P 3/2 2S 1/2
M M2g2 M1g1
3/2 6/3
1/2 2/3 1
-1/2 -2/3 -1 1/3
-3/2 -6/3
-5/3 -3/3 -1/3
3/3 5/3
~ =( 1 ) =(5,3,1,1, 3, 5)L ν λ 3 3 3333
σ + 左旋偏振
光的传播方向
→ L 光的角动量方向
– 3 角动量 4塞曼效应: 角动量守恒定律 塞曼效应:
1,m = m2 m1 = 1,由角动量守恒, h 所发光子在外磁场方向具有角动量 2π 2,m = m2 m1 = 1,由角动量守恒, 所发光子在外磁场方向具有角动量 h 2π
第四章 刚体的转动 h
↑B ↑ L( 2π )
σ+
观察方向
↑B
观察方向
3,m = m2 m1 = 0,由角动量守恒, h 所发光子的角动量 垂直于磁场方向 2π
↓ L( h ) 2π
σ
4 – 3 角动量 角动量守恒定律
四,帕邢--背克效应 四,帕邢--背克效应
第四章 刚体的转动
1.上述塞曼效应是在弱磁场中(即磁场不破坏L-S耦合的情 况)观察到的.若外磁场增加到很强时,破坏了L-S耦合,则 一切反常塞曼效应将趋于正常塞曼效应,这种现象称为帕 邢--背克效应.
4 – 3 角动量 角动量守恒定律 第四章 刚体的转动 例:镉6438.47埃红线在磁场中的分裂情况就 是正常塞曼效应. 这条线对应的跃迁是 L
1D 2 1D 2 1P 1
S 0 0
J 2 1
M 0,±1,± 2 0, ±1
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塞曼效应
学号：********* 姓名：***
实验日期：2010/10/18 指导老师：***
【摘要】本实验采用光栅摄谱仪摄谱的方法，观察了汞原子光谱在磁场中分裂情况和分
裂后各分支谱线的偏振特性，测量了各分支谱分裂前后的波长差，与理论值做比较，从而验证了塞曼效应。
【关键词】塞曼效应选择定则洛伦兹常量光栅摄谱仪
1.引言
1896年，荷兰物理学家塞曼（Peter Zeeman）发现，当把光源放在足够强的磁场内时，光源发出的光谱线变宽了。
再仔细观察后才发现，每一条谱线分裂成几条谱线，而不是任何谱线的变宽，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。
塞曼效应一被发现，洛伦兹即根据“电子论”的半经典理论对此进行了解释，他认为这是由于原子内带电粒子在外磁场中受磁场力的作用，使粒子的振荡频率发生变化。
这种变化取决于相对磁场的取向，而使辐射谱线分裂成三条线(横向塞曼效应)或二条线(纵向塞曼效应)。
洛伦兹的这种理论很好的解释了这种后来被称为“正常塞曼效应”的现象。
因此两人在1902年获得了诺贝尔物理学奖。
随着对塞曼效应更进一步研究，1898年普列斯顿提出谱线还可为4重分裂和6重分裂这样反常塞曼效应，洛伦兹的半经典理论此时无法完全解释这些分裂了。
以后，很多物理学家纷纷试图创立新的理论来解释这个问题。
直到1916年索未非与德拜应用玻尔的量子理论对正常的塞曼效应作出了解释。
1921年，朗德在他的《论反常塞曼效应》一文中，首次引人了著名的朗德g因子，用于表示原子总磁矩与原子总角动量的比值，来反映原子能级在磁场作用下的能量改变。
1925年乌伦贝克和古兹米特提出了电子自旋的概念，说明了在外磁场作用下，电子自旋同轨道运动相互作用引起旋进运动，产生附加能量，使谱线分裂，而反常塞曼效应则恰是从实验上证实了电子自旋的存在。
至此，塞曼效应才有了一个完满的理论解释。
1926年，海森堡和约旦引进电子自旋S，从量子力学的角度对反常塞曼效应作出了正确的定量计算。
本实验采用光栅摄谱仪的方法来研究塞曼效应。
2.实验原理
2.1塞曼效应
原子的总磁矩与总角动量J的关系为，其中g为朗德因子，e为电子
电量，m为电子质量。
具有磁矩为的体系，在外磁场B中具有势能
其中m为磁量子数，为玻尔磁子，g为朗德因子，且
（1）考虑一个原子在两个能级和间跃迁，在有外磁场时
原子能级产生磁分裂后，各磁能级之间的跃迁要遵守下列选择定则：
ΔJ=0,±1（J=0→J=0禁戒），
ΔΜ=0，±1（ΔJ=0时，Μ=0→Μ=0禁戒）
ΔΜ=0时，辐射的光称为 线，在垂直磁场方向上，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。
ΔΜ=＋1时辐射的光称为 ＋线；ΔΜ=－1时辐射的光称为 －线。
在垂直于磁场方向上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。
1)正常塞曼效应
当体系自旋为零时，，
依照电偶极跃迁的选择定则得，，只有三条谱线：
这表明，一条谱线在外磁场作用下一分为三，彼此间隔相等，且间隔值为；这个结果与实际观察到的某些光谱现象完全符合，因此被人们称为正常塞曼效应。
2)反常塞曼效应
当体系自旋不为零时，
（2）式中称为洛伦兹单位。
分裂谱线相对应的波数为：
（3）式中
2.2Hg 435.8nm谱线的塞曼效应
图1 Hg 435.8nm谱线的塞曼分裂示意图
以Hg 435.8nm谱线的跃迁为例，跃迁对应的能级组态为
上能级的三个量子数为;
下能级的三个量子数为；
由公式（3）可得到各分支谱线与无磁场时跃迁谱线的波数差，通常用洛伦兹单位表示为（，，），或简写成：，，其中括号表示π分支，其他为分支。
3.实验装置
本实验采用摄谱的方法观测汞原子光谱在磁场中的分裂情况。
图2为摄取塞曼效应光谱的光路示意图。
一个洛伦兹单位所对应的波长差为
因此，拍摄光谱时需要色散大的摄谱仪。
此外，应使电磁铁产生足够强的磁感应强度，以加大塞曼分裂。
本实验选用两米光栅摄谱仪的二级光谱，电磁铁产生的磁感应强度为2.2T.
4.实验内容
（1）调整外光路，使得汞放电管发出的光辐射经过透镜L
1和反射镜B
S
在摄
谱仪入射狭缝上成像。
（2）分别拍摄无磁场和家撒谎呢个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，在入射狭缝前放置偏振片拍摄一组，取掉偏振片在拍摄一组，记录谱线的偏振特性。
拍摄铁光谱作为测量用的标准谱，拍摄时要用滤光片消除干扰谱线。
（3）将拍摄好的底片，在暗室中进行冲洗。
在暗室中将底片取出显影7分钟，然后用清水洗涤20秒，然后定影20分钟左右。
观察底片上拍摄谱线的结果。
（4）用阿贝比长仪测量分支谱线的波长。
5.实验结果分析与讨论
1)实验条件
光缝宽度0.005mm
磁场强度2.2T
图2 实验装置示意图
2)摄谱计划
表1 摄谱计划
3)实验记录
（1）Fe谱435.850nm与435.271nm谱线
（2）Hg435.8nm谱线分裂情况
A.分裂前
B.分裂后
1 2 3 4 5 6
图3 Hg 435.8nm谱线分裂情况
表3 Hg 435.8nm 谱线塞曼分裂各分支谱线读数
（3）Hg 435.8nm谱线偏振特性
A．平行于磁场方向
B．垂直于磁场方向
图4 Hg 435.8nm偏振特性
4)实验结果与分析
表4 Hg 435.8塞曼分裂理论值与测量值比较
与理论值比较误差较大，误差主要可能来源于：
（1）光路调节没有完全准直，使光不是垂直照射到光栅，降低了光栅的分辨率。
（2）磁场有可能不均匀，使得不同部位的汞原子有不同的塞曼间距。
（3）用阿贝比长计读数时，在同一次测量中有可能使谱板的位置产生了位移，使得测量产生了误差。
此外还有阿贝比长计的读数误差。
在观察塞曼效应的偏振特性时，平行磁场的观察不明显，导致这种状况的原因有可能是曝光时间不够长，以及显影时间不够长等。
6.实验结论
本实验采用光栅摄谱仪摄谱的方法，观察了汞原子光谱在磁场中分裂情况和分裂后各分支谱线的偏振特性。
实验中观察到Hg 435.8nm谱线在磁感应强度为2.2T的磁场作用下分裂
成为六条谱线，各分支谱线与分裂前的谱线的波数差满足关系式
.分裂后的谱线在平行于磁场方向可观察到两条谱线，在垂直于磁场方向可观察到其他的四条谱线。
7.实验建议
（1）本实验对塞曼效应的观察不够直观，并不能直接观察到分裂后的光，可否通过某种直接观测的方法使得可以直观观察。
（2）本实验中只观察到反常塞曼效应，是否可以增加一项观察正常塞曼效应的内容。
【参考文献】
熊俊. 近代物理实验. 北京师范大学出版社2007
杨福家.原子物理学.高等教育出版社
附录 阿贝比长计
1.阿贝比长计的构造
2.阿贝比长仪的读数方法
如图 2 所示为读数显微镜视场，旋转螺钉可使圆刻度尺（分为 100 格）从小到大或由大到小（实验时由鼠标控制）旋转，使在阿基米德螺线范围内的毫米刻度尺刻度线落在阿基米德双线之间，这时即可读数。
图中所示读数读法如下：毫米刻度尺读数为 46mm 、 1/10 毫米分划板上的示值读为 0.2mm ，分划板的箭头所指圆刻度盘上的示值读数为 0632.0 mm ，其中最后一位为估读值，所以结果读数为： 46.2632mm。
3.比长法计算波长
图2 阿贝比长仪读数显微镜视场。