实验题目：塞曼效应.doc

实验报告 00 系 09 级 学号PB09000631 姓名 朱子昂 日期 11-3-27 实验题目：塞曼效应实验目的：通过观察并拍摄汞谱线在磁场中的分裂情况，研究塞曼分裂谱的特征，学习应用塞曼效应测量电子的核质比和研究原子能级结构的方法。实验原理：见预实验报告。实验步骤：1、 调节光路将激光器、会聚透镜、滤光片、F-P标准具、成像透镜、偏振片依次摆放到光具座上，并调节各仪器高度使之共轴。打开激光器，调节会聚透镜使得激光聚焦在F-P标准具上，调节成像透镜使得从目镜处能看到清晰的干涉条纹。然后从上往下、从左往右观察条纹，看其是否有吞吐现象，若有则调节F-P标准具，直至无变化为止。2、 垂直于磁场观察塞曼效应接通电磁铁，将电流调至1.4A。调节电磁铁方向，使之与光具座垂直。从目镜处观察干涉条纹有何变化，观察时要不断调节偏振片。3、 平行于磁场观察塞曼效应将电磁铁旋转使得电磁场方向与观察方向相反。取下电磁铁靠近会聚透镜方向的铁芯，安上1/4快片，快片标记处至于竖直方向上方，记为Y轴。从目镜处观察干涉条纹的变化。分析实验现象。实验现象及其分析：1、 未加电磁场前的干涉条纹：该干涉条纹为等倾干涉条纹。2、 处置与磁场观察塞曼效应偏振片在Y轴方向上： 偏振片在X轴方向上： 六道干涉条纹 三道干涉条纹经分析可知该光谱有一道分裂成了九道。其中0时，分裂谱为成分的，振动方向与电磁场方向平行，故应该是偏振片在X方向上的，即上面显示的三道条纹；+1时，分裂谱为成分的，方向与磁场方向垂直，则应是偏振片在Y轴放向上的，即上面显示的六道条纹。3、 逆着磁场方向观察设竖直方向为Y轴，快片标记处位于Y轴正半轴，用角表示偏振片与Y轴正半轴的夹角，沿顺时针方向旋转。=0 =45 六道干涉条纹 里侧三道干涉条纹消失=90 =135 里侧条纹出现，回复六道条纹 外侧三道干涉条纹消失=180 外侧条纹出现，回复六道条纹现象分析:此处可采用两种方法来分析。1、 从圆环消失方面入手。已知左旋光满足如下表达式：Y=X=加上Y轴正方向的1/4快片后，Y轴改为Y=故，左旋光变为与Y轴夹角为45的线偏振光。同理可推出右旋光变为与Y轴夹角为-45的线偏振光。而在=45时，偏振片与右旋光垂直，故右旋光消失，即里侧三道条纹是右旋光， -1；同理推得外侧三道条纹是左旋光，+1。2、 从圆环半径入手-1时，分裂出的谱线能量降低，则波长增大。由式子可知增大，减小，则应是外侧三道条纹，为右旋光。同理可以推出+1时，对应的是内侧三道条纹，为左旋光。对照可知，两种方法得到的结果是一样的。实验反思：塞曼效应这个实验本应在调节F-P标准具时有少许难度，需要很细致耐心地慢慢调节，但本实验中F-P大都是前面几组大致调好的，只需要稍微调节一下就好，故此处问题不大。因此实验的关键在于最初一定要将激光聚焦到F-P标准具上，在最初的用纸来粗测以后还要对标准具进行微调，保证聚焦在标准具上，这样可以得到较大的光强，这是后面试验成功的必要条件。否则第一步尚无太大问题，到第二步时很容易光强过弱致使目镜里几乎观察不到入射光。再就是这个实验的分析部分，向我们介绍了左旋光和右旋光的表达方式以及快片和慢片的工作原理。思考题：1、 如何鉴别F-P标准具的两反射面是否平行，如发现不平衡应如何调节？例如，当眼睛向某方向移动，观察到干涉纹从中心冒出来，应如何调节？将眼睛上下左右移动，如果不出现条纹吞吐的情况，则说明两反射面平行。如果不平行则眼睛向某方向移动，观察到干涉条纹从中心冒出来则说明该方向d较大，故应将该方向d调小或将其相反方向的d调大。经过多次调节最终达到无论眼睛向哪个方向移动，均不会出现条纹吞吐的现象，则说明两反射面平行。2、 沿着磁场方向观察，-1和+1的跃迁各产生哪种圆偏振光，试用实验现象说明之。从圆环的半径入手，原理同上，可知-1时为右旋圆偏振光，为外侧三道干涉条纹；+1时为左旋圆偏振光，为内侧三道干涉条纹。依此分