塞曼效应实验报告完整版

1、需南昌大学物理实验报告学生姓名： _ 学号：5502210039专业班级：应物101班实验时间： 教师编号：T017 成绩： 塞曼效应一、实验目的1. 观察塞曼效应现象，把实验结果与理论结果进行比较。2. 学习观测塞曼效应的实验方法。3. 计算电子核质比。二、实验仪器wpz川型塞曼效应实验仪三、实验原理塞曼效应：在外磁场作用下，由于原子磁矩与磁场相互作用，使原子能级产 生分裂。垂直于磁场观察时，产生线偏振光(兀线和线)；平行于磁场观察时， 产生圆偏振光(左旋、右旋)。按照半经典模型，质量为m，电量为e的电子绕原子核转动，因此，原子具 有一定的磁矩，它在外磁场B中会获得一定的磁相互作用能厶E，由

2、于原子的磁 矩叮与总角动量Pj的关系为eJ =g旦R (1)2m其中g为朗德因子，与原子中所有电子德轨道和自旋角动量如何耦合成整个 原子态的角动量密切相关。因此，eE = - Be o S 二gPj B cos(2)2m其中是磁矩与外加磁场的夹角。又由于电子角动量空间取向的量子化， 这 种磁相互作用能只能取有限个分立的值，且电子的磁矩与总角动量的方向相反， 因此在外磁场方向上，-Pjcos -M，M=J,J-1,- J3)2兀IB南昌大学物理实验报告式中h是普朗克常量，J是电子的总角动量,M是磁量子数。设:4 二 m学生姓名：刘惠文实验时间：学号：5502210039专业班级：应物101班 教

3、师编号：T017成绩：e2mPj用-巳2 Ps2Pj2称为玻尔磁子，E0为未加磁场时原子的能量，贝U原子在外在磁场中的总能量为E 二 E。二 E。 Mg jbB (4)由于朗德因子g与原子中所有电子角动量的耦合有关， 因此，不同的角动量 耦合方式其表达式和数值完全不同。在 LS耦合的情况下，设原子中电子轨道 运动和自旋运动的总磁矩、总角动量及其量子数分别为、PL、L和卩S、PS、S，它们的关系为子PL = l、L7T）h（5）2m 2m2e e , h SFS ： ”S（S 1 ）,（6）mm2 二设Pj与Pl和Ps的夹角分别为Glj和Gsj，根据矢量合成原理，只要将二者在方向的投影相加即可得

4、到形如（1）式的总电子磁矩和总轨道角动量的关系:._J =C 0 s LJ 七 c 0 SJe(Pl COCBlj + P2 ©OjS)2m2 2 2 2 2 2 二旦(PJ Ps 2 % Ps )(7) 2m2PjPj=(1其中朗德因子为.J(J 1L L( 1SS (2J (J 1)由（*）式中可以看出，由于 M共有（2 J + 1）个值，所以原子的这个能级在IB南昌大学物理实验报告学生姓名：刘惠文实验时间：学号：5502210039专业班级：应物101班 教师编号：T017成绩：外磁场作用下将会分裂为（2J +1）个能级，相邻两能级间隔为g%B。因为g由 量子态决定，所以不同能

5、级分裂的子能级间隔不同。设频率为的谱线是由原子的上能级E2跃迁到下能级El所产生的，则h、= E2 - E1磁场中新谱线频率变为，则h= （E2，汨2）-QEJ:E2 -/:-E1 （M 2gM1g1）eB频率差为= 、 = h =4 m（M2g2 - Mi gJeB用波数差表示为v =4mc = （ggz-ggJL，其中l为洛伦兹单B e位, L = 4兀c m1. 二线和二线：跃迁时M的选择定则：W二M2-M1=0，_ 1，当M =0时，垂直于磁场方向观察时，产生的振动方向平行于磁场的线偏 振光叫二线；平行于磁场观察时二线成分不出现。当M = 一 1时，垂直于磁场方向观察时，产生的振动方向

6、垂直于磁场的线偏 振光叫二线；平行于磁场观察时，产生圆偏振光，M = 1，偏振转向是沿磁场方向前进的螺旋转动方向，磁场指向观察者时，为左旋圆偏振光；M = T，偏振转向是沿磁场方向倒退的螺旋转动方向，磁场指向观察者时，为右旋圆偏振光。2. 错序观察法：J L汞546.1 nm谱线在磁场作用下分裂为9条子谱线，其裂距相等为2 。其 中3条二线，6条二线。采用加大磁场的方法使某些分量错序，并且正好与相邻干涉序的另一些分量重叠（即错序观察法），从而测得磁场强度B。IB南昌大学物理实验报告学生姓名：刘惠文实验时间：学号：5502210039专业班级：应物101班 教师编号：T017成绩：对同一干涉序不

7、同波长和的波长差关系为:其波数的关系为1 D'K2d D：厂 D2ke3. 计算荷质比m :111 B e eL L因为各子谱线裂距为2 ，所以波数差二2二2 4：c m，则m二2 ： =、： 42B= 8兀c X 0.2335(9 x F 2d 汉四、实验内容1. 调节F-P标准具。2. 调整光路。3. 观察观察汞绿线546.1 nm在加上磁场前后和不断增大磁场时的干涉圆环的变化情况；转动偏振片确定哪些谱线是n成份，哪些是c成份；描述现象并加 以理论说明。在励磁电流I=3A (B=1.2T)条件下调出塞曼分裂的n谱线，用软件处理图片, 测出e/m的值。轡南昌大学物理实验报告学生姓名：刘惠文实验时间：学号：5502210039专业班级：应物101班 教师编号：T017成绩：五、实验数据处理由实验测得数据知:-测=1.77 r y/kg me e(励 _ ( te1 77 -1 76所以百分误差= 100 =100 =0.57e1 76理m六、实验误差分析1.实验仪器的精准度不高2实验过程中画圈测圆的半径时，由于是目测的，导致无法精确3实验过