塞曼效应实验报告材料完整版

1、实用标准文案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 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（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

2、能 E ，由于原子的磁矩 J 与总角动量 PJ 的关系为J g e PJ （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，eEJ B cosgPJ B cos（2）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，PJ cosMh , M J , J 1, , J （3）2精彩文档实用标准文案南昌大学物理实验报告学生姓名：刘惠文学号：5502210039 专业班级： 应物 101 班实验时间：教师编号： T017成绩：式中

3、 h 是普朗克常量， J 是电子的总角动量， M 是磁量子数。设： Bhe，4m称为玻尔磁子， E0 为未加磁场时原子的能量，则原子在外在磁场中的总能量为EE0EE0MgB B （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L、PL、L和 S、PS、S，它们的关系为Le PLeL (L 1) h , （5）2m2m2See(1) h,（ 6）PSS S2mm设 PJ 与 PL 和 PS 的夹角分别为LJ 和 SJ ，根据矢量合成原理，只要将二者在J

4、 方向的投影相加即可得到形如（1）式的总电子磁矩和总轨道角动量的关系：JL cosLJS cosSJe(PL cos LJ2PS cosSJ )2mePJ2PL2PS2PJ2PL2PS22m(2PJ22PJ)（7）(1 PJ2PL2PS2 ) e P2PJ22m Jeg 2m PJ其中朗德因子为g 1J(J 1) L(L 1) S(S 1). （8）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精彩文档实用标准文案南昌大学物理实验报告学生姓名：刘惠文学号：5502210039 专业班级： 应物 101 班实验时间：教师编号： T017成绩：外磁场作用

5、下将会分裂为 （ 2 J 1）个能级，相邻两能级间隔为 g B B 。因为 g 由量子态决定，所以不同能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 E1 所产生的，则hE2E1磁场中新谱线频率变为，则 h(E2E2 ) (E1E1 )E2E1(M 2 g2 M 1g1 )eB频率差为 h4 m ( M 2 g2M 1 g1 )eB (M 2 g 2M 1 g1 )L ，其中 L 为洛伦兹单用波数差表示为4mcB e位， L 4 c m1. 线和 线：跃迁时 M 的选择定则： MM2M1 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

6、振光叫 线；平行于磁场观察时 线成分不出现。当 M 1 时，垂直于磁场方向观察时，产生的振动方向垂直于磁场的线偏振光叫 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；M1，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：1L汞 546.1nm 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 线， 6 条 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 。精彩文档实用标准文案南昌大学物理实验报

7、告学生姓名：刘惠文学号：5502210039 专业班级： 应物 101 班实验时间：教师编号： T017成绩：对同一干涉序不同波长和的波长差关系为：其波数的关系为vk 1vk1 D'2kD2k2d D2D2kk 1e3.计算荷质比 m ：1L1 L1Bee因为各子谱线裂距为 2，所以波数差 2 24 cm ，则 m 24 cB 8 c 0.2335 9x 2d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 546.1nm 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成份， 哪些是成份； 描述现象并加以理论说明。4. 在励磁电流 I=3A（B=1.2T）条件下调出塞曼分裂的谱线， 用软件处理图片，测出 e/m 的值。精彩文档实用标准文案南昌大学物理实验报告学生姓名：刘惠文学号：5502210039 专业班级： 应物 101 班实验时间：教师编号： T017成绩：五、实验数据处理由实验测得数据知：e测 =1.77c/ kgmee理1.771.76所以百分误差 Em测me100=100 =0.571.76m 理精彩文档实用标准文案六、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. 实验过程中有部分光线的干扰等等七、实验总结及体会1. 通过实验