塞曼效应
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3、调节成像透镜至观察到最佳成像状态。
4、放置5461 干涉滤色片，则荧屏呈现明细的 法-珀干涉条纹。 5、开启磁场电源，观察荧屏上的分裂的π光和 σ光条纹随磁场的变化情况。
6、放入偏振片并旋转。观察π光和σ光。
7、测量分裂谱线的直径。计算同级谱线的两 个波数差。
数据处理
• 1、由公式 ~ e v 4.67 101 cm 1T 1 （10） 4m c (1 / 2) B 计算出电子的荷质比，并和理论值比较算出
圆偏振光。
σ线和π线的偏振特性见上图,塞曼效应分为正常塞曼
效应和反常塞曼效应。汞绿线是6s7s 3s1能级到6s6p
3P 2能级跃迁产生的谱线。这两个能级的分裂情况及
对应的量子数M和g表示见下图。
• 上能级6s7s 3s1分裂为三个子能级，下能级6s6p 3P2分
裂为五个能级，选择定则允许的跃迁共有九种。因此，
塞曼效应
塞曼
P.Zeeman 1865-1943 荷兰物理学家
实验背景
塞曼效应是继法拉第1845年发现旋光效应,克尔
1875年发现电克效应和1876年发现克尔磁光效应 之后，由荷兰物理学家塞曼于1896年发现的又一个 磁光效应。法拉第旋光效应和克尔效应的发现在当 时引起了众多物理学家的兴趣。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 场对钠黄光的作用,但因仪器精度欠佳未果。
（B的单位取Gs）,L称为洛仑兹单位。磁量子数M 的选择定则为
M M 2 M 1 0 , 1
但是，并非任何两个能级的跃迁都是可能的。
当
J 2 J1
,
M 2 0 M 1 0 时除外
①．当 M 0 时，产生 线，沿垂直于磁场的方向观察时，
得到光振动方向平行于磁场的线偏振光。沿平行于磁场的
实验步骤
1、按图调节光路，即以磁场中心到摄谱仪窗口中心的 等高线为轴，暂不放置干涉滤色片，光源通过聚光 镜以平行光入射法—珀标准具，出射光通过成像透 镜再进入摄谱仪,摄谱仪观察成像。
2、调节法-珀标准具的平行度使两平晶平行，即调节法 -珀标准具的三个螺丝，使左右上下移动入眼时对着 法—珀看到的干涉条纹形状不变。
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。
实验装置
N
S 1 2 9 3 4 5 6
7
8
0
0笔型汞灯、１聚光镜、２标准具滤色片、 ３法—珀标准具、４偏振片、５会聚透镜、 ６直读式望远镜、７CCD摄像头、８显示器、 9电磁铁
e L PL , 2m PL L( L 1)
(1)
•
原子的总自旋磁矩 s与总自旋角动量 p S的关系为：
e (2) s p s ps S (S 1) m 原子的轨道角动量和自旋角动量合成为原子的总角
动量 p J ，原子的轨道磁距和自旋磁距合成为原子
的总磁距
。
• J称为原子的有效磁矩大小由下式决定
相对误差。其中В是外加磁场强度。当给直流电
磁铁加上一定的电流时，就有一定的磁场В,实验
可以用毫特斯拉记测量。是当外加磁场时同级相
邻裂变环之间的波数差。
2、由公式
1 D D ~ ~ ~ v va vb 2 2d DK 1, D
2 k ,b
2 k ,a 2 K , 2 k ,a 2 K ,
•
塞曼在法拉第的信念的激励下,经过多次的失败, 最后用当时分辨本领最高的罗兰凹面光栅和强大的 电磁铁,终于在1896年发现了钠黄线在磁场中变宽的 现象,后来又观察到了镉蓝线在磁场中的分裂。 • 塞曼在洛仑兹的指点和洛仑兹经典电子论的指 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。也证实了原子具有磁矩并且空间取向 是量子化的。1902年洛仑兹和塞曼因此而共享了诺 贝尔物理学奖。
方向观察时，光强度为零，观察不到。
②．当Δ M
1
线。沿垂直于磁场 时，产生 线，合称
的方向观察时，得到的都是光振动方向垂直于磁场的线偏
振光。当光线的传播方向平行于磁场方向时 线为一左旋
圆偏振光， 线为一右旋圆偏振光。当光线的传播方向反 平行于磁场方向时，观察到的 和 线分别为右旋和左旋
（11）
k , a k , b
2
D
2 k ,b
D
2 2d DK 1, D
计算出同级的两个波数差、波长差，要求测两次。
对于相同波长 和的不同次级k和 k－1级的干涉园环有
4f k 2 2 Dk 1 Dk d
对于不同波长 和 的同次级 k的干涉园环有
(8)
1 eB v v v (E 2 E1 ) ( M 2 g 2 M 1 g1 ) h 4m
eB ~ v ( M 2 g 2 M 1 g 1 ) ( M 2 g 2 M 1 g1 ) L 4mc
令L=eB/ （4πmc）
(9)
L 4.67 103 Bm1
角动量在磁场中取向是量子化的，如（6）
式所示，这样附加能量又可表示为（7）式
e E J B cos g p J B cos 2m
p J cos M ,
(5)
M J , J 1,, J (6)
e E Mg B 2m
(7)
• 附加能量不仅与外磁场B有关，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时原来的一 个能级将分裂成 2J+1个子能级。 未加磁场时，能级E2和 E1之间跃迁产生的光谱线频率为
• 在磁场中，分裂后谱线频率为ˊ分裂后的谱线与原谱线
的频率差 为
hv E2 E1
hv ( E2 E2 ) ( E1 E1 )
实验目的
本实验通过高分辨率的分光器件法布里 -珀罗观 0 察5461 A 汞绿线在磁场中的分裂并测量分裂谱 线的波数差 等物理量。 1、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-珀罗标准具在光谱测量中的 应用
实验原理
塞曼效应的产生是原子磁距与外加磁场 作用的结果。根据原子物理理论，原子中 的电子既作轨道运动又作自旋运动。原子 的总轨道磁距 L与总轨道角动量 pL 的关系为：
2
k
k 1
k
k 1
d ) 2 ( D Dk 4f k
2 k 2Hale Waihona Puke Baidu
Dk 1
思考与讨论
1、实验中如何观察和鉴别塞曼分裂谱线中的
成份和 成份？如何观察和分辨 成份中的
左旋和右旋圆偏振光？
2、调整法布里——珀罗标准具时，如何判别标 准具的两个内平面是严格平行的？标准具调 整不好会产生怎样的后果？
J g
e PJ , 2m pJ J ( J 1)
(3)
• 对于LS耦合有 •
g 1
J ( J 1) L( L 1) S ( S 1) 2 J ( J 1)
(4)
在外磁场的作用下,
原子总角动量PJ和磁距 J 绕磁场方向进动， 原子在磁场中的附加
能量E如（5）式。
4、放置5461 干涉滤色片，则荧屏呈现明细的 法-珀干涉条纹。 5、开启磁场电源，观察荧屏上的分裂的π光和 σ光条纹随磁场的变化情况。
6、放入偏振片并旋转。观察π光和σ光。
7、测量分裂谱线的直径。计算同级谱线的两 个波数差。
数据处理
• 1、由公式 ~ e v 4.67 101 cm 1T 1 （10） 4m c (1 / 2) B 计算出电子的荷质比，并和理论值比较算出
圆偏振光。
σ线和π线的偏振特性见上图,塞曼效应分为正常塞曼
效应和反常塞曼效应。汞绿线是6s7s 3s1能级到6s6p
3P 2能级跃迁产生的谱线。这两个能级的分裂情况及
对应的量子数M和g表示见下图。
• 上能级6s7s 3s1分裂为三个子能级，下能级6s6p 3P2分
裂为五个能级，选择定则允许的跃迁共有九种。因此，
塞曼效应
塞曼
P.Zeeman 1865-1943 荷兰物理学家
实验背景
塞曼效应是继法拉第1845年发现旋光效应,克尔
1875年发现电克效应和1876年发现克尔磁光效应 之后，由荷兰物理学家塞曼于1896年发现的又一个 磁光效应。法拉第旋光效应和克尔效应的发现在当 时引起了众多物理学家的兴趣。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 场对钠黄光的作用,但因仪器精度欠佳未果。
（B的单位取Gs）,L称为洛仑兹单位。磁量子数M 的选择定则为
M M 2 M 1 0 , 1
但是，并非任何两个能级的跃迁都是可能的。
当
J 2 J1
,
M 2 0 M 1 0 时除外
①．当 M 0 时，产生 线，沿垂直于磁场的方向观察时，
得到光振动方向平行于磁场的线偏振光。沿平行于磁场的
实验步骤
1、按图调节光路，即以磁场中心到摄谱仪窗口中心的 等高线为轴，暂不放置干涉滤色片，光源通过聚光 镜以平行光入射法—珀标准具，出射光通过成像透 镜再进入摄谱仪,摄谱仪观察成像。
2、调节法-珀标准具的平行度使两平晶平行，即调节法 -珀标准具的三个螺丝，使左右上下移动入眼时对着 法—珀看到的干涉条纹形状不变。
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。
实验装置
N
S 1 2 9 3 4 5 6
7
8
0
0笔型汞灯、１聚光镜、２标准具滤色片、 ３法—珀标准具、４偏振片、５会聚透镜、 ６直读式望远镜、７CCD摄像头、８显示器、 9电磁铁
e L PL , 2m PL L( L 1)
(1)
•
原子的总自旋磁矩 s与总自旋角动量 p S的关系为：
e (2) s p s ps S (S 1) m 原子的轨道角动量和自旋角动量合成为原子的总角
动量 p J ，原子的轨道磁距和自旋磁距合成为原子
的总磁距
。
• J称为原子的有效磁矩大小由下式决定
相对误差。其中В是外加磁场强度。当给直流电
磁铁加上一定的电流时，就有一定的磁场В,实验
可以用毫特斯拉记测量。是当外加磁场时同级相
邻裂变环之间的波数差。
2、由公式
1 D D ~ ~ ~ v va vb 2 2d DK 1, D
2 k ,b
2 k ,a 2 K , 2 k ,a 2 K ,
•
塞曼在法拉第的信念的激励下,经过多次的失败, 最后用当时分辨本领最高的罗兰凹面光栅和强大的 电磁铁,终于在1896年发现了钠黄线在磁场中变宽的 现象,后来又观察到了镉蓝线在磁场中的分裂。 • 塞曼在洛仑兹的指点和洛仑兹经典电子论的指 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。也证实了原子具有磁矩并且空间取向 是量子化的。1902年洛仑兹和塞曼因此而共享了诺 贝尔物理学奖。
方向观察时，光强度为零，观察不到。
②．当Δ M
1
线。沿垂直于磁场 时，产生 线，合称
的方向观察时，得到的都是光振动方向垂直于磁场的线偏
振光。当光线的传播方向平行于磁场方向时 线为一左旋
圆偏振光， 线为一右旋圆偏振光。当光线的传播方向反 平行于磁场方向时，观察到的 和 线分别为右旋和左旋
（11）
k , a k , b
2
D
2 k ,b
D
2 2d DK 1, D
计算出同级的两个波数差、波长差，要求测两次。
对于相同波长 和的不同次级k和 k－1级的干涉园环有
4f k 2 2 Dk 1 Dk d
对于不同波长 和 的同次级 k的干涉园环有
(8)
1 eB v v v (E 2 E1 ) ( M 2 g 2 M 1 g1 ) h 4m
eB ~ v ( M 2 g 2 M 1 g 1 ) ( M 2 g 2 M 1 g1 ) L 4mc
令L=eB/ （4πmc）
(9)
L 4.67 103 Bm1
角动量在磁场中取向是量子化的，如（6）
式所示，这样附加能量又可表示为（7）式
e E J B cos g p J B cos 2m
p J cos M ,
(5)
M J , J 1,, J (6)
e E Mg B 2m
(7)
• 附加能量不仅与外磁场B有关，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时原来的一 个能级将分裂成 2J+1个子能级。 未加磁场时，能级E2和 E1之间跃迁产生的光谱线频率为
• 在磁场中，分裂后谱线频率为ˊ分裂后的谱线与原谱线
的频率差 为
hv E2 E1
hv ( E2 E2 ) ( E1 E1 )
实验目的
本实验通过高分辨率的分光器件法布里 -珀罗观 0 察5461 A 汞绿线在磁场中的分裂并测量分裂谱 线的波数差 等物理量。 1、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-珀罗标准具在光谱测量中的 应用
实验原理
塞曼效应的产生是原子磁距与外加磁场 作用的结果。根据原子物理理论，原子中 的电子既作轨道运动又作自旋运动。原子 的总轨道磁距 L与总轨道角动量 pL 的关系为：
2
k
k 1
k
k 1
d ) 2 ( D Dk 4f k
2 k 2Hale Waihona Puke Baidu
Dk 1
思考与讨论
1、实验中如何观察和鉴别塞曼分裂谱线中的
成份和 成份？如何观察和分辨 成份中的
左旋和右旋圆偏振光？
2、调整法布里——珀罗标准具时，如何判别标 准具的两个内平面是严格平行的？标准具调 整不好会产生怎样的后果？
J g
e PJ , 2m pJ J ( J 1)
(3)
• 对于LS耦合有 •
g 1
J ( J 1) L( L 1) S ( S 1) 2 J ( J 1)
(4)
在外磁场的作用下,
原子总角动量PJ和磁距 J 绕磁场方向进动， 原子在磁场中的附加
能量E如（5）式。