塞曼效应实验的微机处理毕业论文.doc

塞曼效应实验的微机处理摘 要：本文主要讨论塞曼效应的原理，实验内容及实验中数据处理，使实验中数据的分析、处理更为快捷准确。主要会利用CCD电子摄像显示系统与微机对图像的数据处理。该数据处理软件涉及的塞曼效应演示实验微机控制方法,属于物理学实验微机软件处理方法。打开图像采集卡采集到的图像,保存好图像；计算数据,保存或打印数据。优点在于通过采取塞曼效应演示实验微机控制方法可以把牛顿环的图像保存为图片形式,对图片进行操作,软件中加入计算公式,按照使用方法测量,就能自动计算出荷质比以及最小波长差的数值。图像处理方法先进,这样可以使实验人员清楚地看到牛顿环,大大减小了选点计算时的误差,使测量结果更准确。实验结果可以保存或打印出来,看起来直观、方便、快捷。关键词：塞曼效应 F-P标准具 荷质比 CCD摄像机 微机。The Microcomputer processing of Zeeman Effect Experiment DingchunjiangAbstract: This article mainly discusses the theory,the content of experiment and the data processing in Zeeman Effect Experiment.Its a way to keep the data analysis and processing become more fast and accurate.Meanwhile, Using the CCD electronic videography LCD system and the image data processing that the computer processed also should be handled.The way to control microcomputer in Zeeman Effect Display Experiment which related to data processing software belongs to microcomputer software processing in physics.Opening image from image broadcaster and preserve it,counting datas,preserving or printing datas.The advantage is that newtons ring could be preserved into images through controling microcomputer in Zeeman Effect Display Experiment.And even editing images,adding formulas.The numbers of specific charge and min-measurement of Wavelength could be figured out automaticly by this method.The advantager way that image processing takes,the clearer that Newtons ring appearences.There could be few errors in reconnaissance counting and presents result more accurate.The result could be preserved or printed out which feel visual ,convenient and handy.Keywords: Zeeman effect F-P etalon Charge-mass ratio Computer.目 录塞曼效应实验的微机处理i绪论1第1章：塞曼效应的发现及其用途21.1塞曼效应的简介21.2塞曼效应的发现21.3平行和垂直于磁场方向时的塞曼效应31.4正常塞曼效应与反常塞曼效应的区别31.5塞曼效应的实际用途41.6结论4第2章 塞曼效应实验仪器介绍52.1 实验仪器概述52.1.1 F-P标准具52.1.2CCD 器件成像系统及其运用优点72.1.3图像采集卡功能72.1.4控制和自动计算软件72.1.5仪器的主要技术参数8第3章：塞曼效应实验93.1实验目的93.2实验原理93.2.1 原子的总磁矩与总角动量的关系93.2.2 外磁场对原子能级及谱线的影响103.2.3 谱线的微小波长差及测量123.3 电子的荷质比（e/m）测量143.4 Hg546.1nm谱线的塞曼分裂143.5用塞曼效应仪进行的塞曼效应实验151 调节F-P标准具152. 使用微机163 辅助分析软件测量（数据处理）16第4章 总结19致谢20参考文献21绪论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，和因子的值，有力地证明了电子自旋理论。对于教学和学习来说本文所讨论的实验方案的结合使用，不但可以使我们对塞曼实验的原理有更深层次的触动，加深我们对于塞曼效应原理的理解，而且可以使我们对计算机及相应的软件开发在实验中的应用有所了解。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的作用发生了分裂。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。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。第1章：塞曼效应的发现及其用途1.1塞曼效应的简介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。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。 1.2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，19021978）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。 1.3平行和垂直于磁场方向时的塞曼效应对于，原子在磁场方向的角动量减少了一个，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，方向与电矢量旋转方向构成右手螺旋，称为偏振，是左旋偏振光。反之，对于，原子在磁场方向的角动量增加了一个，光子具有与磁场方向相反的角动量，方向与电矢量旋转方向构成左手螺旋，称为偏振，是右旋偏振光。对于，原子在磁场方向的角动量不变，称为偏振。如果沿磁场方向观察，只能观察到和谱线的左旋偏振光和右旋偏振光，观察不到偏振的谱线。如果在垂直于磁场方向观察，能够观察到原谱线分裂成3条：中间一条是谱线，是线偏振光，偏振方向与磁场方向平行，和线分居两侧，同样是线偏振光，偏振方向与磁场方向垂直。 1.4正常塞曼效应与反常塞曼效应的区别只有自旋为单态，即总自旋为0的谱线才表现出正常塞曼效应。非单态的谱线在磁场中表现出反常塞曼效应，谱线分裂条数不一定是3条，间隔也不一定是一个洛伦兹单位。例如钠原子的589.6nm和589.0nm的谱线，在外磁场中的分裂就是反常塞曼效应。589.6nm的谱线是态向态跃迁产生的谱线。当外磁场不太强时，在外磁场作用下，态能级分裂成两个子能级，态也分裂成两个子能级，但由于两个态的朗德因子不同，谱线分裂成4条，中间两条是线，外侧两条分别是线和。589.0nm的谱线是态向态跃迁产生的，态能级在外磁场不太强时分裂成四个子能级，因此589.6nm的谱线分裂成6条。中间两条线，外侧两边各两条线。 1.5塞曼效应的实际用途1.由塞曼效应实验结果去确定原子的总角动量量子数值和朗德因子值,近而去确定原子总轨道角动量量子数和总自旋量子数的数值。2.由物质的塞曼效应分析物质的元素组成。3.逆塞曼效应实验中不仅可以观察到光谱发射线的塞曼效应，吸收线也会发生塞曼效应，这被称为逆塞曼效应。1.6结论 通过塞曼效应的发现可以对现在的原子物理的研究有重要的作用。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。 第2章 塞曼效应实验仪器介绍2.1 实验仪器概述该仪器由塞曼效应光学系统、CCD摄像系统、图象卡和微机组合而成，用来观测塞曼效应。观察塞曼效应的实验装置如图2.1所示。 塞曼效应实验装置图汞灯光由会聚透镜成平行光，经滤光片后546.1nm光入射到F-P标准具上，由偏振片鉴别成分和成分，再经成像透镜将干涉图样成像在的CCD光敏面上，输出的视频信号一路到监视器直接显示，另一路经图象采集卡变成数字信号输入微机，将图象显示并存储起来，在通过辅助分析软件处理，计算结果，分析误差，还可输出打印。 2.1.1 F-P标准具1. F-P的原理及性能FP标准具是由两块平面玻璃板中间夹有一个间隔圈组成的。玻璃板的内表面镀有高反射膜，反射率R 90（不准擦拭反射膜）。间隔圈用膨胀系数很小的材料加工成一定厚度，以保证两玻璃板的距离不变，再用三个螺丝调节玻璃上的压力来达到精确平行，标准具光路如图2.1.1所示。图2.1.1 F-P标准具光路图图2.1.2干涉亮环FP标准具是多光束干涉装置，一束光以一定角射入FP标准具后，这束光可以在标准具的A，B内表面镀膜之间进行多次反射和透射，透过平行光束经透镜L会聚在它的焦平面P上产生干涉，设两拨板内平面间距为d，在空气中折射率近似为n=1，入射角为 ，则相邻两束光的光程差为，形成亮条纹的条件为 （2.1.1）其中k为整数，表示干涉条纹级次。由式（2.1.1）可看出，满足同一角的光线，在屏上显示的干涉条纹为一圆环，属等倾干涉。设中心亮环的干涉级次为，则向外依次为-1，2，形成一系列向外的同心圆环。FP标准具的自由光谱范围：设入射光波长发生微小变化，则产生各级干涉亮环套在各相应级的亮环内外。如图2.1.2所示。如使继续增加，使2的（）级亮环与1的亮环重合，即 此时的波长差以F表示。当F时，就发生1和2不同级次亮条纹重叠交叉情况。因此F被叫做自由光谱范围，或叫做不重叠区域。当角较小时，由重合条件得 用波数表示 （2.1.2）2用标准具测量波数差公式对同一级次有微小波长差的不同波长a，b，c而言，如图2.1.2所示可以证明，在相邻干涉次级与（-1）级下有： (2.1.3)其中d为标准具常数。2.1.2CCD 器件成像系统及其运用优点CCD器件成像系统：CCD是电耦合器件的英文缩写（既Charge Coupled Device）,它是固体图象传感器的核心器件。由它制成的摄像机，可把光学图象变成视频电信号，由视频电缆接到监视器上显示；或接录象机，或接计算机进行处理。本实验使用灵敏度和分辨率甚高的黑白CCD摄像机，并接到计算机上，将图象清晰逼真地显示在屏幕上，以便观察和测量。运用优点：CCD 器件体积小, 重量轻, 功耗小,其分辨率在动态响应范围内均较能满足现代图象处理的要求。 2.1.3图像采集卡功能图像采集卡的功能：是将CCD摄像机获得的模拟信号接到视频采集卡上，经A/D 转换成数字信号, 供计算机处理, 其主要技术指标为:视频速率(本机采用的图像卡速率为10MHz) , 槽口方式(本机为USB插槽) 和驱动程序(本机中已嵌入安装光盘) , 由于图像捕捉是动态的, 所以较高的视频速率能保证较好的刷新度和传输数据的完整性。2.1.4控制和自动计算软件现代的计算机技术在图像分析及运算等方面已能充分满足常规需求, 并且计算机软件技术的发展, 许多已实用化的编程语言具有功能强大、界面友好、运行稳定等诸多优势, 仪器设计时我们首先确定了各相关功能模块和需求信息, 由于计算的内容相对较少, 所以软件中界面和操作功能作为重点设计内容, 其功能主要为二大块。(1) 图像获取功能。包含图像格式、图像预览、图像冻结和保存、图像来源设置等四部分。(2) 图像处理功能。包括打开(存图)、灰度调整、修复、画图、自动计算、撤消与重画等部分。各部分的具体作用是: 灰度调整。过滤假彩信息, 提高图像黑白纯度。修复。对图像进行优化处理主要是去噪。画图。包括定圆心和定直径(一般测取k 环及k-1 环的直径即可满足计算要求)。计算。根据计算机测取的直径, 相应输入B值(FP 间隔的值2mm 已内嵌入公式)。另外, 由于图像中各环相距很近, 用三点定圆时,鼠标的定位会产生误差, 所以在右上角设一放大窗口(5倍) , 可以更为精确地确定圆直径。2.1.5仪器的主要技术参数1、永久磁铁极距:6mm，极头尺寸:27mm，磁场不均匀度:95% 间隔圈厚度：d=5.00mm; 5、干涉滤光片:中心波长546.1nm,带宽3.0nm; 6、偏振片:30mm; 7、1/4波片:30mm; 8、会聚透镜:焦距f=100mm 成像透镜:焦距f=80mm;9、黑白CCD摄像头成像器件: 1/3 英寸CCD 面阵(黑白),像面尺寸: 4. 9mm (H) 3. 7mm (v),像素: 500582,分辨率: 420TVL,最低照度: 0.05Lux,电源: 12VDC 电缆:75视频电缆，Q9端子； 10、图象采集卡:（Aver EZCapture） 插槽:USB， 输入:S-Video， 带VGA显卡支持；第3章：塞曼效应实验3.1实验目的1 掌握塞曼效应理论，测定电子的荷质比，确定能级的量子数和朗德因子，绘出跃迁的能级图。2 掌握布里柏罗标准具的原理和原理。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和计算机获取实验图像和数据的方法。3.2实验原理3.2.1 原子的总磁矩与总角动量的关系原子的总磁矩由电子磁矩和核磁矩两部分组成，由于核磁矩比电子磁矩小三个数量级以上，所以可只考虑电子的磁矩这一部分。原子中的电子做轨道运动时产生轨道磁矩，做自旋运动时产生自旋磁矩。根据量子力学的结果，电子轨道角动量和轨道磁矩以及自旋角动量和自旋磁矩在数值上有下列关系：， , （3.2.1）式中分别表示电子电荷和电子质量；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原子的总角动量，轨道磁矩和自旋磁矩合成原子的总磁矩，如图3-1所示： （a） (b)图3-1 磁矩和角动量的关系 由于和的比值是和比值的两倍，因此合成的原子总磁矩不在总角动量的方向上。但由于和是绕旋进的，因此，和都绕的延长线旋进。把分解成两个分量：一个沿的延长线，称作，这是有确定方向的恒量；另一个是垂直于的，它绕着转动，对外平均效果为零。对外发生效果的是按照图3-1（a）进行矢量运算，可以得到与数值上的关系为： （3.2.2）对于耦合，式中叫做朗德因子，它表征单电子的总有效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。3.2.2 外磁场对原子能级及谱线的影响设原子某一能级的能量为，在外磁场（磁场强度为）的作用下，原子将获得附加的能量，则 ： 为磁量子数，, ,共有个值，J为角量子数；为玻尔磁子，为普朗克常数；为朗德因子；为磁场强度。因此，原来的一个能级将分裂为个子能级。子能级的间隔相等，并正比于和朗德因子。设频率为的光谱线是由原子的上能级跃迁到下能级而产生（即）。在外磁场的作用下，上下两能级各获得附加能量、。因此，每个能级各分裂成个和个子能级。这样，上下能级之间的跃迁，将发出频率为的谱线，并有： （3.2.3）分裂后的谱线与原谱线的频率差将为: （3.2.4） 以波数表示 （3.2.5）=其中称为洛仑兹单位，；用特斯拉（Tesler）单位。值恰为正常塞曼效应所分裂的裂距。跃迁时并非所有的都能出现，满足一定的选择定则与偏振定则：（1）选择定则：当时，不存在 （2）偏振定则如下表：表3-1 偏振定则（横向）（纵向）线编振光，成分无 光线偏振光，成分右旋圆偏振光（沿磁场方向观察）线偏振光，成分左旋圆偏振光（沿磁场方向观察）说明：1、K是沿光波传播的方向，B是沿外磁场的方向。 2、成分表示光波的电矢量E/B，成分表示EB。将上述二个定则应用于正常塞曼效应时，上下两能级的自旋量子数，则，从（3.2.5）式可得： 按选择定则：，所以：当垂直于磁场方向（横向）观察时，原来的一条谱线，将分裂成波数为三条线偏振化的谱线，其中一条波数不变，另外两条波数分别为、。分裂的三条谱线的波数差，恰为一个洛仑兹单位。按偏振定则波数不变的谱线，电矢量的振动方向平行于磁场方向（为成分）；分裂的两条谱线的电矢量振动方向垂直于磁场（为成分）。当沿着磁场方向（纵向）观察时，波数不变的谱线已不存在，只剩和两条左、右旋的圆偏振光。将选择定则和偏振定则应用于反常塞曼效应时，由于上下能级的自旋量子数，则，将出现复杂的塞曼分裂。3.2.3 谱线的微小波长差及测量塞曼效应所分裂的谱线与原谱线间的波长差是很小的，应用多光束干涉的分光仪器，如法布里-珀罗（Fabry-Perot）标准具比较适宜。标准具的光路如图3-3所示： 图3-3-1 FP标准具光路图自面光源上任一点发出的光经过透镜后射入玻璃板，在镀膜的两个表面间进行多次反射和透射，分别形成一系列相互平行的反射光束和透射光束。在透射的诸光束中，相邻两光束的光程差，为标准具两玻璃板内表面在间距，为玻璃板间介质折射率，空气中，此时一系列平行并有一定光程差的光束在远处发生干涉（或聚焦透镜L2的焦平面上）。当光程差为波长的整数倍时，产生干涉极大: （3.2.6） 为干涉级次。同一级次对应着相同的入射角，形成一个亮圆环，中心亮环级次最大，。向外不同半径的亮环依次为，,形成一套同心的圆环。对出射角的某一圆环，其直径为如图2-3所示：图2-3 出射角为的某一圆环 由图可知，对于近中心的圆环，角很小，则，得和。代入式（3.2.6）中得： （3.2.7） 由上式可见，级次K与圆环直径D的平方成线性关系：即随着亮环直径的增大，圆环将越来越密集。设入射光包含有两种波长和，同一级次对应着二个同心圆环，直径各为和。由式（3.2.7）得： , 所以波长差为： （3.2.8）式中为常数，因而正比于。将（3.2.8）式应用于单一波长的相邻两级次（K级，K-1级），设其直径分别为和，有：,两式相减得： (3.2.9)上式表示确定的和，对波长的光，任意相邻两环的直径平方差为一常数，即任意相邻两环间的面积都相等。将（3.2.9）式和近中心圆环的式代入（3.2.8）式中得： （3.2.10）上式即为测量波长差的公式。3.3 电子的荷质比（e/m）测量对于一般塞曼效应，由式（3.2.5），以波长差表示，则 将它代入波长差的公式（3.2.10）中得 （3.2.11）已知和，计算的大小，从塞曼分裂的照片中测出各环直径，就可计算的数值，式（3.2.11）即是实验测量的理论公式。3.4 Hg546.1nm谱线的塞曼分裂Hg546.1nm谱线是由到跃迁而产生的。塞曼分裂过程中谱线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，原来的一条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。分裂的情况和相应的参数如下表3-2和图3-4所示。表3-2 谱线分裂 M2g2 M22 10 0 -1M1g1 M13 23/2 10 0-3/2 -1-3 -23.5用塞曼效应仪进行的塞曼效应实验3.5.1实验装置3.5.2实验步骤1 调节F-P标准具点燃汞灯，不加磁场，将标准具放在导轨上，使光轴与汞灯在同一水平线上，聚光透镜与汞灯之间的距离要大于透镜的焦距80mm，直接用肉眼去看干涉环，应该整个视野充满绿色圆环。如果标准具有三颗螺丝压力不均，即两反射面未达到平行，圆环并不圆。将肉眼上下左右移动观看，会看到干涉环在某一方向上扩张，在另一方向上收缩。如果在环扩张的方向旋紧螺丝，加大压力，或在环收缩方向放松螺丝，减少压力，就能调节在这方向上的反射面平行。同法，调节其他螺丝，直至三颗螺丝方向上均达到圆环既不扩张又不收缩时为止。注意要轻微调整，不可用力过猛。2. 使用微机 （1）在微机上插上USB口的图像采集卡，参照卡的使用手册，安装卡的驱动程序（驱动程序为UTV3 USB2.0TV BOX）、应用软件（本实验采用WinTVR软件）以及塞曼效应辅助分析软件。 （2）利用接头，将CCD的视频信号（模拟信号）通过视频电缆接到图像采集卡的Video输入端。 （3）接通微机电源，打开图像捕捉软件（WinTVR）,首先在视频输入项选到合适的选项（视频输入选项有三种选择：Video Tuner、Video Composit、Video SVideo由于本软件默认为Video Tuner,所以需要调到Video SVideo,否则看不到实验图像,此步很关键）,调节Format（图像大小）Sorce(对比度、亮度、色调、饱和度)，以便在显示器上获得尖锐和明亮的干涉条纹（圆环）。对黑白的图像，应将饱和度调到0。 （4）按下拉菜单Capture，点Single Frame,存储图像对话框打开，为文件取名，存为.BMP文件，记住路径，以便在辅助分析软件中调出。3 辅助分析软件测量（数据处理） 打开辅助软件分析软件，将存的.BMP图像文件调出，利用三点作一圆的方法从图像上求出二级6个圆环的半径。将测得的磁场值输入，并输入F-P的间隔圈厚度，则可求得电子荷质比和实验误差。具体步骤如下：第一步： 打开图像从应用程序里面打开塞曼效应辅助软件Zeem.exe, 见图3-6图3-6鼠标左键单击左上角书本样图标，弹出现有文件对话框，根据图像文件路径，打开BMP文件，干涉圆环在窗口中显示。见图3-7图3-7第二步：选择工作模式有两种工作模式：手工测量与自动测量。若用三点作一圆找圆环半径，则选手工测量。若让计算机自动找圆环半径，则选自动测量。但自动测量要求图像清晰，噪声很小。所以用手工测量。第三步：确认（找圆心和半径）手工测量：利用鼠标在图像上三点定一圆。每取一点，该点坐标显示在左下方的坐标栏内。对于兀成份需选二级干涉花样,共个圆(见图3-8). 图3-8然后点图像左上方开始按钮确认,这时拉开图像窗口,则在数据列表中给出圆心坐标以及圆环半径值(以像素为单位).见图3-9 图3-9第四步：数据分析在总环数的右方有数据分析图标,用左键单击,则弹出数据分析对话框,将磁场强度输入(以为单位) ,F-P间距离固定为0.2cm,单击开始按钮,则得出结果与误差.见图3-10所示。 图3-10根据磁场强度取值不同，其电子荷质比不同，实验数据如下表3-3所示.表3-3B（T）1.081.02e/m1.812E111.796E111.779E111.763E111.748E11误差2.935%1.991%1.064%0.153%0.741%0.51470.51000.50530.50080.4963平均e/m=1.761E11,与理论值e/m=1.75881962E11比较，误差很小，约为0.158%，与理论值基本相符，说明了塞曼效应的正确性。3.6 注意事项1实验中要尽量使各光学器件的光轴保持一致。调节时，第一，要使各器件的轴心等高，第二，注意各器件之间要保持平行，第三，注意对光具座的调节，不要让各器件的横向位置相互错开；调整过程中不可用力过猛。2外加磁场要逐渐增强，不可一开始就加上很强的磁场；关闭外加磁场时也应当减小磁场强度后关闭电源。3用测微目镜测量时，要避免回程误差。第4章 总结在实验中,学生能接触到应用广泛的高分辨分光仪器、线光谱光源、对均匀性有相当要求的磁场、观察干涉图的光路系统、测试系统,有的还涉及光电子系统和微机信号处理系统.因此,该实验能让学生通过光信号来看原子,又能得到一系列技术上的训练和启发, 是个很好的实验. 但是，该实验由于涉及的仪器比较多，并且需熟练掌握捕捉视频软件（本实验使用WinTVR3软件）和塞曼辅助软件（本实验Zeeman Analysis3.2软件），所以此实验花费时间较长，在调节关键仪器F-P标准具时需要很大的耐心。如果本实验作为学生实验，建议学生在做实验之前在了解实验理论原理的同时，更应该对各个实验仪器的原理及其功能加以了解，特别是CCD摄像头的使用上，大部分同学都没有接触过。最后，由于本实验对各仪器的调节花时比较长，且设备数量有限（本实验室有2台），本实验可以由老师进行演示实验。致谢非常感谢童红老师在我大学的最后学习阶段毕业设计阶段给自己的指导，从最初的定题，到资料收集，到写作、修改，到论文定稿，她给了我耐心的指导和无私的帮助。为了指导我们的毕业论文，她放弃了自己的休息时间，她们的这种无私奉献的敬业精神令人钦佩，在此我向她们表示我诚挚的谢意。同时，感谢所有任课老师和所有同学在这四年来给自己的指导和帮助，是他们教会了我专业知识，教会了我如何学习，教会了我如何做人。正是由于他们，我才能在各方面取得显著的进步，在此向他们表示我由衷的谢意，并祝所有的老师培养出越来越多的优秀人才，桃李满天下！参考文献1 郭奕玲，沈慧君诺贝尔物理学奖一百年M第一版上海科学普及出版社，2002年：40-41页2 杨福家原子物理学M第三版高等教育出版社，2000年：179-181页3 林木欣近代物理实验教程M第一版科学出版社，1999年：54-59页4 高立模近代物理实验J第一版南开大学出版社，2006年：100页5 陈彦大学物理实验（近代物理分册）M第一版电子工业出版社，2004年：44-45页6 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CCD 技术在塞曼效应实验中应用的改进. 物理实验,20袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇