塞曼效应实验报告

1、塞曼效应实验实验原理1磁矩在外磁场中受到的作用(1)原子总磁矩在外磁场中受到力矩的作用:LujxB其效果是磁矩绕磁场方向旋进，也就是总角动量(PJ)绕磁场方向旋进。(2)磁矩在外磁场中的磁能:由于=或在磁场中的取向量子化，所以其在磁场方向分量也量子化:原子受磁场作用而旋进引起的附加能量 B =2wM为磁量子数g随耦合类型不同(LS耦合和jj耦合)有g为朗道因子，表征原子总磁矩和总角动量的关系，两种解法。在LS耦合下：总=2J(J + 1)2、塞曼分裂谱线与原谱线关系:（1） 基本出发点:童2+辺hvl=（禺-耳）+（陋厂吐禺） 二治為-陆场）如£分裂后谱线与原谱线频率差由于4wscL

2、 = - = x4G.7_17_1定义 ：'：-为洛仑兹单位:匕 =（虫2殆-虫盘M=6.7（A（f22 一加"1 多 1）B3、谱线的偏振特征：塞曼跃迁的选择定则为： M=O时为n成份（n型偏振）是振动方向平行于磁场的线偏振光，只有在垂直于磁场方向才能观察到，平行于磁场方向观察不到；但当J=O时，M2=0到M1=0的跃迁被禁止。当厶M= ±1时，为b成份，6型偏振垂直于磁场，观察时为振动垂直于磁场的线偏振光。平行于磁场观察时，其偏振性与磁场方向及观察方向都有关：沿磁场正向观察时（即磁场 方向离开观察者：丄） M= +1为右旋圆偏振光（c +偏振） M= -1为左旋

3、圆偏振光（c -偏振）也即，磁场指向观察者时：O M= +1为左旋圆偏振光 M= -1为右旋圆偏振光分析的总思路和总原则： 在辐射的过程中，原子和发出的光子作为整体的角动量是守恒的。原子在磁场方向角动量为在磁场指向观察者时：O B当厶M= +1时，光子角动量为二；，与 二同向电磁波电矢量绕逆时针方向转动，在光学上称为左旋圆偏振光。 M= -1时，光子角动量为，匸与匚反向电磁波电矢量绕顺时针方向转动，在光学上称为右旋圆偏振光。Av =-二丄X46.7x1 = 23.35m'1222 _ -! -M =入r- 10喘匸 0.1A标准具在空气中使用时，干涉方程（干涉极大值）为实验容1. 分析

4、在垂直于磁场与平行于磁场方向观察Hg 546.1 nm谱线在磁场中的分裂，区分n,c +,c -谱线，并确定磁场方向。2. 设计方案，选用合适的 F P标准具和改变磁感应强度，验证塞曼分裂的裂距与磁 感应强度B的关系3. 设计方案用塞曼分裂的波数差计算电子的荷质比。4讨论塞曼效应研究原子部能级结构的方法和应用。实验仪器F-P标准、汞灯、棱镜摄谱仪、毫特斯拉计、滤波片、1/4波片、线偏振片、凸透镜、o H M数据处理读数读数读数读数读数平均值谱线1 (mm)2 (mm)3 (mm)4 (mm)(mm)匚d冷匚並厶£ /卄卄曲夂、71.825071.834571.818271.83207

5、1.82742Fe标准谱线（左右两条）79.910079.916879.920079.920079.91670无磁场时Hg待测谱线76.825876.8304076.827876.833076.8292076.607376.626076.601076.620876.6137876.677576.673076.677176.689076.67915Hg在磁场中的分裂待测谱线76.782276.783076.776076.777076.77955（从左至右）76.897176.910476.879276.908076.8986877.018077.006577.008077.008077.0101

6、277.057277.063077.055177.065577.06020表格1各谱线位置在阿贝比长仪下的读数5.2由得到的各谱线的位置运用插法计算各谱线的波长计算各谱线运用插法，即公式（13），为了计算方便，将其写成以下形式:x 1X2(X Xj ( 14)X1在公式（14）中，X1、x2和x分别表示波长为1, 2和x的谱线的位置。计算结果见表格3：谱线谱线位置（mm）波长实验测得值o（A）备注Fe标准谱线（左 右两条）71.827424367.5811已知79.916704352.7371无磁场时Hg待测谱线76.829254358.40264波长实验测得值由插法公式 (14)得出。Hg在

7、磁场中的分裂待测谱线(从左 至右)76.613784358.7980476.679154358.6780876.779554358.4938476.898684358.2752477.010124358.0707377.060204357.97884表格2用插法计算各谱线的波长5.3由已测得的Hg在磁场中的分裂光谱线估算磁感应强度，见表格 4:Hg在磁场中的分裂谱线波长o(A)与无磁场时Hg谱线的理论波数差洛伦兹单位% 的计算值(cm 1)计算出的磁感 应强度值B(T)备注4358.798042%1.040672.23无磁场时Hg谱线的波长已测得 是o4358.40264 A ；磁感应强度由公式(12)计算得 出4358.678081.5%0.9666042.074358.493840.5%0.9602052.064358.275240.5%1.341362.874358.070731.5%1.164952.494357.978842%1.115622.39表格3磁感应强度的估算取其平均值 为对磁 感应强 度的估测 值，即B估=2.35T ,而实 际所加磁 感应强 度为B 实 B估 IB = 100% 6.89%慝=2.2T，相对误差为。误差分析：1) 实验室给出的磁感应强度B与实验仪器得到的实际磁场有差异，即B并不严格等于2.2T ;2) 用