近代物理实验33.ppt

1、近代物理实验33 塞 曼 效 应,背景知识,1896年，荷兰著名的实验物理学家塞曼（Zeeman）将光源置于强磁场中，研究磁场对谱线的影响，结果发现原来的一条光谱线，分裂成几条光谱线，分裂的谱线成份是偏振的，这一现象称为塞曼效应。由于发现了这个效应，塞曼在1902年获得诺贝尔物理学奖。这是当时实验物理学家的重要成就之一，它使人们对物质的光谱、原子和分子的结构有了更多的了解。 通过塞曼效应实验，可由能级分裂的个数知道能级的值，由能级的裂距可以知道因子。如果原子遵从耦合，则可由值判断该能级的和值。,实验装置,1,2,O,L1,P,F,F-P,L2,M,1：磁场； 2：激磁电源； O：汞灯； L1、

2、L2：透镜； F-P：标准具；M：读数显微镜；P：偏振片；F：滤光片,实验原理,1、谱线在磁场中的分裂 按量子理论，当光源处于磁场强度为的磁场中，能级要发生分裂，其附加能量 当光源未受磁场作用时，设电子由能级跃迁到能级，产生频率为的谱线,当光源受磁场作用时，一般地两能级都要发生分裂，分别有的附加能量。分裂的上下能级分别表示为和，它们之间的跃迁产生频率为的新谱线，则有 即在磁场作用下，谱线频率的变化为,=,=,相应的波数差为 式中L为 可知，给定磁场时，谱线的塞曼分裂由谱线对应的两个能级的磁量子数和朗德因子确定。,本实验研究汞546.1的塞曼分裂。塞曼效应的选择定则是M=0，M=1。 谱线在磁场

3、中的能级跃迁如图,3S1,3P2,B=0,B=B,M,Mg,1,0,-1,2,1,0,-1,-2,2,0,-2,3,3/2,0,-3/2,-3,546.1nm,546.1nm,汞546.1nm线在磁场中分裂为9条新谱线，其中对应的线与原谱线相同，各相邻的分裂谱线波数差是L/2。 当M=0时，产生3条线。沿垂直磁场方向观测，线为振动方向平行于磁场的线偏振光。沿磁场方向观测不到线。 当M=1时，产生6条线。沿垂直磁场方向观测，线为振动方向垂直于磁场的线偏振光。沿磁场方向观测，线为圆偏振光。,2、用标准具测量波数差 本实验采用干涉滤光片和法布里-珀罗标准具完成分光任务。,i,i,d,f,当光程差等于

4、波长的数倍时，形成干涉亮环，即对于级干涉环，满足 经推导，波数差可表示为 其中， 此式就是实验中用以计算波数差的公式。,实验内容,1、调整光路，观察塞曼现象 点亮汞灯，把透镜置于光源和标准具之间适当位置，让光充满标准具。这时用眼睛直接观看标准具，可以看到标准具视场中布满一系列干涉条纹。由于标准具前已经放置滤光片，故只看到汞546.1nm的绿色条纹，水银光谱的其它成分已被滤除。 调节标准具。若标准具两反射面不平行，则眼睛在垂直于光轴的平行面内上下左右移动时，将会看到干涉环的缩冒现象，这时需调解标准具的三个调节旋钮。例如，若眼睛向左移动时环心收缩，表明标准具左边间距偏小，需放松左边旋钮。其余类推。反复调节三个旋钮直到眼睛上下左右移动都没有明显缩冒现象为止，这时标准具已调好。,开启稳压电源，调节稳压电源电流为一定值。未加磁场时的一个干涉环在磁场中分裂成9条干涉环，其中3条为成分，6条为成分。由于在我们的实验条件下，相邻两级的成分相互干扰，我们只测量成分，取相邻两级次的成分进行测量。,2、测量并计算波长差 由 可求出塞曼分裂的波数差。式中 是同一干涉级相邻两干涉环直径平方差，即,3、测量并计算荷质比