塞曼效应实验报告

关于塞曼效应的虚拟试验报告前言：前言：1896年荷兰物理学家塞曼觉察光谱线在磁场中发生分裂额现象，后来洛伦论的有力支持，证明白原子具有磁矩和空间取向量子化。试验背景：原子磁矩的空间量子化，为争论原子构造供给了重要途径，被认为是1920荷质比。在天体物理中，塞曼效应可以用来测量天体的磁场。本试验实行Fabry-Perot〔F-P〕标准具观看Hg546.1nm利用塞满效应测量电子的荷质比。试验原理：一、塞曼分裂谱线与原谱线关系1、磁矩在外磁场中受到的作用矩在外磁场中受到力矩的作用：其效果是磁矩绕磁场方向旋进，也就是总角动量〔P〕绕磁场方向旋进。J在外磁场中的磁能：在磁场中的取向量子化，所以其在磁场方向重量也量子化：∴原子受磁场作用而旋进引起的附加能量Mjj〕LS其中：JMJ，J-1，J-2„„-J〔共2J+1〕ΔE(2J+1)个可能值。级是等间隔的，且能级间隔2、塞曼分裂谱线与原谱线关系：根本动身点：∴分裂后谱线与原谱线频率差由于为便利起见，常表示为波数差为洛仑兹单位：3、谱线的偏振特征：塞曼跃迁的选择定则为：ΔJ=0=0M=02 1的跃迁被制止。型偏振垂直于磁场，观看时为振动垂直于磁场的线偏振光。行于磁场观看时，其偏振性与磁场方向及观看方向都有关：沿磁场正向观看时〔即磁场方向离开观看者： 〕ΔM=+1为右旋圆偏振光〔σ+偏振〕ΔM=-1为左旋圆偏振光〔σ-偏振〕也即，磁场指向观看者时：⊙ΔM=+1为左旋圆偏振光ΔM=-1为右旋圆偏振光原子在磁场方向角动量为：∴在磁场指向观看者时：⊙当ΔM=+1时，光子角动量为，与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。ΔM=-1时，光子角动量为，与反向例：Hg5461Å{6S7S}3S{6S6P}3P1 2试验方法：观看塞曼分裂的方法：场中

Hg5461ÅB=1T器，如法布里—珀罗标准器〔F—P。为法布里—珀罗干预仪。〔干预极大值〕为标准具有两个特征参量自由光谱范围和区分本领。自由光谱范围的物理意义：说明在给定间隔圈原度为d的标准具中假设入射光的波长在λ～λ+Δλ 〔或间所产生的干预圆环不重叠假设被争论的谱线波长差大于自标准具时，应依据被争论对象的光谱波长范围来确定间隔圈的厚度。区分本领：F—PNRR90%〔当光近似于正入射时〕例如：d=5mm，R=90%，λ=546.1nmΔλ=0.001nm试验仪器：图1:塞曼效应试验装置图2:F-P用3个旋钮来调平。图3:汞灯本试验用汞辉光放电灯，电源用沟通220V通过自耦变压器接到霓虹灯变压器上，由霓虹灯变压器点燃就电管。自耦变压器用来调整放电管的电流强度。电磁铁用30V/5A量。磁场强度可达1T图4:棱镜摄谱仪图5:毫特斯拉计图6:滤波片Hg-546.1nm图7:1/4波片给圆偏振光以附加的π/2位相差，使圆偏振光变成线偏振光，波片上箭头指示的方向为慢轴方向，慢轴方向表示位相落后π/2。假设把坐标轴取在波片上，y轴方向与波片慢轴重合。对右旋圆偏振光而言〔即顺时针旋转的圆偏振光〕，yπ/2，通过1/4波片后，yx成线偏振光后，线偏振光的振动方向在坐标系的Ⅰ、Ⅲ象限，相对波片慢轴右旋民45°〔逆时针旋转的圆偏振光yπ/2，通过1/4波片后，yπ，圆偏振光也变成线偏振光，线偏振光的振动方向在坐标的Ⅱ，Ⅳ象限，相对波片慢轴右旋了45°。图8:[线]偏振片πσ成分；在沿磁场方向观看时与1/4波片一起，用以鉴别左旋或右旋圆偏振光图9:仪器中有数个透镜，依照功能区分为聚焦镜：使通过标准具的光强增加成像透镜〔组F—P试验内容：Hg546.1nmπ，σ+，σ-谱线，并确定磁场方向。B设计方案用塞曼分裂的波数差计算电子的荷质比。争论塞曼效应争论原子内部能级构造的方法和应用。试验指导争论〔F—P〕标准具问题理论上〔F—P〕标准具两相对反射面距离处处相等，试验中往往不相等。如何推断两反射问题是否处处相等？d分析依据当d相等时，同一入射角θ 。当d↑时，K↑，因而消灭干预环吐出，要将对应的d减小。试验中垂直于磁场方向观看时要求πσ偏振成分。σ偏振成分谱线的重叠。用特斯拉计测出磁场，与相应的理论值比较。问题分析B自由光谱范围：物理意义：假设两谱线波长差>自由光谱范围生重叠或错级。

〔或 ，则两套干预环就要产塞曼裂距：

是个确定的值。所以试验中平行于磁场方向观看σ-偏振，并说明各自对应的的跃迁。用磁场方向与观看方向的关系。问题为什么要强调磁场方向与观看方向的关系？， 所对应的圆偏振光类型与磁场方向关系。分析恒的。原子在磁场方向角动量当 向角动量削减因此放射的光子必定方向上有角动量。当指向观看者时，电矢量绕逆时针方向转动，对应的σ偏振为右旋圆偏振光。时场方向角动量增加在磁场相反方向上的圆偏振光。习。试验重点把握塞曼效应的根本原理，塞曼分裂谱线的特征及其鉴别方法。把握应用塞曼分裂方法测量电子荷质比。学习应用塞曼效应试验分析原子能级构造的方法。试验难点F-P△M=+1或△M=-1的跃迁及其圆偏性。在垂直于磁场方向，渐渐增大磁感应强度B，观看相邻两级干预环的错级和的荷质比。操作指导一、主窗口台，如图1。图1二、主菜单在主试验台上单击鼠标右键，弹出主菜单〔图2、3：图2 图3移动鼠标到所要的试验工程上单击，就会进入相应的试验工程。试验简介。选择“试验简介”项，会消灭以下文本框〔图4回到主试验台。图4试验原理。〔5分裂状况。鼠标左键单击“返回”按钮，返回主试验台。图5〔6现相应的标准具原理图。鼠标左键单击“返回”按钮，返回主试验台。图6试验内容。分为“垂直磁场方向观看塞曼分裂”和“平行磁场方向观看塞曼分裂”两项。退出。退出试验平台，返回系统主界面。三、垂直磁场方向观看塞曼分裂一〔图7。鼠标在台面上移动时，最下面的信息台会消灭提示。图7鼠标右键在台面上单击，会消灭下面的选项菜单〔图8：图8．选择“试验步骤”项，会消灭下面的文本框〔9。阅读完后，鼠标左键单击“返回”按钮，回到试验台一。图9〔图10回”按钮，返回试验台一。图103．依据试验光路图，开头安排仪器位置〔图图11动。在台面上你认为正确的位置上，再次单击鼠标左键，仪器进入放置状态。始位置。管电源。这时，台面上会消灭一条水平的光线。。不需要调整。状态，会消灭标准具调整掌握台〔图12。图12鼠标左键单击不同方向的观看按钮，标准具中的分裂环会消灭吞吐现象。鼠标左键单击“调整指导”按钮，会消灭调整指导文本和思考题，完成思考题后，消灭提示信息。鼠标右键单击文本退出“调整指导”。调整标准具视框上的三个旋钮。直到眼睛往不同方向移动时，标准具视框中d鼠标左键单击旋钮，旋钮顺时针转动，d由于试验中的标准具难于调整，以致于影响后面的试验进程，所以掌握台中平状态。鼠标左键单击“返回”按钮，返回试验台一。4．调整完光路和标准具后，方可选择试验工程开头观测。选择“鉴别两种偏振成分”，进入下面的掌握台〔图13移动时，最下面的信息台会消灭相应的操作键和视窗信息。图13鼠标左键单击“观看指导”按钮，消灭一个文本框。鼠标左键单击“返回”按钮退出。偏振片视窗上的红线表示偏振片透振方向，鼠标左键单击“偏振片透振方向的旋转，望远镜视窗中的分裂线也会随透振方向的转变而转变。鼠标左键单击“返回”按钮，返回试验台一。选择“观看塞曼裂距的变化”选项，进入下面的掌握台〔图14台上移动时，最下面的信息台会消灭相应的操作键和视窗信息。图14鼠标左键单击“观看指导”按钮，会消灭下面的文本框〔图15鼠标左键单击文本框上的“返回”按钮，返回掌握台。图15鼠标左键单击〔或按下不放〕“电流调整旋钮”，旋钮顺时针旋转，安培表指示电流增大，望远镜视窗中的塞曼裂距发生变化；鼠标右键单击(或按下不的塞曼裂距发生变化。依据试验指导中的要求，记录相应的电流数据。鼠标左键单击“电流-磁场强度坐标图”，消灭下面的坐标图〔图16。鼠标查完后，鼠标左键单击“返回”按钮，返回掌握台。图16试验台全部的试验工程完成后，选择“返回”工程，返回主试验台。四、垂直磁场方向观看塞曼分裂在主试验台上选择“平行于磁场方向观看塞曼分裂”选项，进入试验台二〔图1。鼠标在试验台上移动时，最下面的信息台会消灭相应的仪器信息。图17鼠标右键在试验台上单击，会消灭下面的试验选项〔图18。图18试验步骤”、“试验光路图”与试验台一的一样。仿照试验台一的操作方法，安排好仪器的位置，调整好光路和标准具。〔图19，最下面的信息台会消灭相应的操作键和视窗信息。图19鼠标左键单击“观看指导”按钮，消灭下面的文本框〔图20鼠标左键单击文本框上的“返回”按钮，返回掌握台。图20应的旋转，望远镜视窗中的分裂环会产生相应的变化。择“返回”