本科毕业论文-设计参考模板

/本科生毕业论文〔设计题目：塞曼效应实验方法的改进专业代码：作者姓名：史新立学号：2003400812单位：物理科学与信息工程学院指导教师：杨冰2007年5月26日目录引言………………11.实验原理简介…………….21.1原子中磁矩与角动量之间的关系………….……..21.2磁场对原子能级分裂的影响…………..……..……31.3分析汞546.074nm光谱线的塞曼分裂………..…51.4测量汞546.074nm绿线分裂谱线的波数差并计算电子的荷质比….…..…62.原始实验中存在的问题………………...…………92.1实验仪器装置中存在的问题………………..……..92.2图象观测方法中存在的问题………………..……..92.3数据处理方法中存在的问题………….……..……103.实验改进……………………...…….……...103.1实验仪器装置的改进……….………103.2图象观测方法的改进………….……113.2实验数据处理的改进…………114.数据测量…………….……..144.1实验仪器与装置……………..………144.2实验内容与方法……………………..154.3数据测量………………..…………….174.4数据分析……………………..……….18结论……………..20致谢…………………….……20参考文献…………………..….22附录……………..………………23摘要文章首先介绍了塞曼效应的由来和选择本课题的缘由.综合介绍了塞曼效应的实验原理.并分析了汞546.074nm光谱线的塞曼分裂及其电子荷质比的计算。针对传统塞曼效应实验中的不足分别通过改进实验仪器装置.采用先进的仪器设备对本实验中的图像进行观测；利用自己开发研制的数据处理软件〔Excel数据自动处理软件、VB程序设计数据自动处理软件对实验数据进行快速便捷的自动处理、报告输出。最后利用改进后的实验仪器装置和数据处理软件对汞546.074nm光谱线在磁场中的分裂进行了相关实验数据的测量和数据处理.计算了电子的荷质比.并对实验的误差做了分析。关键词：塞曼效应；光谱；磁感应强度；荷质比AbstractFirst,thearticleintroducedtheoriginoftheZeemanEffectandthereasonforchoosethistopic,thenintroducedtheexperimentalprincipleoftheZeemaneffect,Analyzedthelightspectrallinestofillthegracefulfissionofthemercury546.074nmandfiguredoutthespecificchargeoftheelectronic.InviewofthesufficiencyintraditionalZeemaneffectexperiment,thearticleseparatelythroughimprovedtheexperimentinstrumentation,usedtheadvancedinstrumentationequipmenttoobservedinthisexperimentalpicture;Usedmydataprocessingsoftware〔automaticdataprocessingsoftwareofExcel,programmingautomaticdataprocessingsoftwareofVBwhichspeciallymadetotheempiricaldatumtoconvenientautomaticreductionandthereportoutputonthefast.Atlast,Usedtheimprovementexperimentinstrumentationandthedataprocessingsoftwaretosurveythecorrelationempiricaldatumandprocessedthedatatothemercury546.074nmlightspectrallinesinthemagneticfieldfission,Figuredoutthespecificchargeoftheelectronic,andmadetheanalysistotheexperimentalerror.Keywords:zeemaneffect;spectrum;magneticinduction;charge-massratio塞曼效应实验方法的改进引言在1845年法拉第<MichaelFaraday>发现了旋光效应.而克尔<I.Kerr>分别又在1875年发现了电克尔效应和1876年发现克尔磁光效应。就是在这样的历史背景下.荷兰物理学家塞曼〔PieterZeeman于1896年发现的又一个磁光效应——塞曼效应。当光源放在足够强的磁场中时.光源所发射的光谱将会被分裂成几条.而且分裂的谱线是偏振的.这种光谱在磁场中分裂的现象被人们称为塞曼效应。接着洛伦兹<HendrikAntoonLorentz>又用经典的电磁理论对分裂成三条谱线〔在垂直于磁场方向观察的情形作了解释。经进一步的研究发现.大多数谱线的塞曼分裂为多于三条.习惯上称前一种谱线分裂为正常塞曼效应.后一种谱线分裂为反常塞曼效应。法拉第旋光效应和克尔效应的发现在当时引起了众多物理学家的兴趣。1862年法拉第出于"磁力和光波彼此有联系"的信念.曾试图探测磁场对钠黄光的作用.但因仪器精度欠佳未果。塞曼在法拉第的信念的激励下.经过多次的失败之后.用当时分辨本领最高的罗兰凹面光栅和强大的电磁铁.终于在1896年发现了钠黄线在磁场中变宽的现象.后来又观察到了镉蓝线在磁场中的分裂。塞曼在洛仑兹的指点和洛仑兹经典电子理论的指导下.解释了正常塞曼效应和分裂后的谱线的偏振特性.并且估算出了电子的荷质比.与几个月后汤姆逊<JesephJohnThomson>从阴极射线得到的电子荷质比相同。

塞曼效应不仅证实了洛仑兹电子理论的准确性.而且为汤姆逊发现电子提供了证据.也证实了原子具有磁矩并且空间取向是量子化的。1902年洛仑兹和塞曼也因此而共享了诺贝尔物理学奖。也就是由此塞曼效应成了近代物理学中的重要发现之一,并成为各大专院校近代物理实验中的一个重要而典型的实验,此实验主要是通过观察Hg<5461nm>谱线的磁场分裂情况.并借助仪器测量其裂距,计算出荷质比e/m。此实验可以加深学生对原子具有磁矩和空间取向量子化的深刻理解以及精确测量电子的荷质比,并可以验证塞曼理论的正确性。但目前大多数院校都采用例如拍摄底片法,目镜直接观测法等进行相关的实验测量,但都有其难以克服的如仪器繁杂、消耗材料费用大、费时；目测出现眼睛疲劳、直观性差、难调节、无法看到干涉全貌；数据结果分析繁琐耗时误差大等局限性.故特此对本实验方法做一下改进.经改进后的实验系统是主要由传统的塞曼效应实验仪、CCD摄像头、图像采集卡、智能分析软件和微机等组成。通过对实验系统装置的进一步改进.可实现塞曼效应光谱的快速采集与分析.简单直观的观察到分裂谱线的图像,并且处理数据迅速方便.误差小.更有效地解决了传统的塞曼效应实验方法难以克服的局限性。1．实验原理简介1．1原子中磁矩与角动量之间的关系原子中的电子的自旋和轨道运动分别产生了自旋磁矩和轨道磁矩。根据量子力学和原子物理的结论可知.电子的轨道角动量和轨道磁矩以及自旋角动量和自旋磁矩在数值上有下列关系：...式中e.m分别表示电子电荷和电子质量；L.S分别表示轨道量子数和自旋量子数。轨道角动量和自旋角动量合成原子的总角动量.轨道磁矩和自旋磁矩合成原子的总磁矩.如图1表示。图1由于和的比值是和的比值两倍.因此合成的原子总磁矩不在总角动量的方向上。但由于和是绕旋进的.因此.和都绕的延长线旋进。把分解成两个分量：一个沿的延线.称作.这是有确定方向的恒量；另一个是垂直于的.它绕着转动.对外平均效果为零。对外发生效果的是。按照图1进行矢量运算.可以得到与数值上的关系为：对于LS耦合.式中叫做朗德因子.它表征单电子的总磁矩与总角动量的关系.而且决定了能级在磁场中分裂的大小。1．2磁场对原子能级分裂的影响设原子在未加磁场时的能量为.在外磁场〔磁场应强度为的作用下.原子将获得附加的能量.则〔1为磁量子数。.共有个值。因此.原来的一个能级将分裂为个子能级。子能级的间隔相等.并正比于和朗德因子.为波尔磁子〔。设频率为的光谱线是由原子的上能级跃迁到下能级而产生〔即.在外磁场的作用下.上下两能级各获得附加能量、。因此.每个能级各分裂成个和个子能级。这样.上下能级之间的跃迁.将发出频率为的谱线.并有分裂后的谱线与原谱线的频率差将为换以波数表示〔2其中〔cm-1。〔3L称为一个洛仑兹单位.其值恰好是产生正常塞曼效应时所分裂的裂距<相邻谱线之波数差>。用特斯拉〔Tesler作单位。能级之间发生跃迁时的选择定则与偏振定则如下：〔1选择定则当时.M2=0→M1=0的跃迁被禁止〔2偏振定则表1偏振定则说明：①K是光波传播方向.B是外磁场方向。②π成分表示光波的电矢量E//B.σ成分表示E⊥B。1．3分析汞546.074nm光谱线的塞曼分裂现以汞546.074nm光谱线的塞曼分裂为例,该谱线是能级6s7s3S1到6s6p3P2之间的跃迁.这与两能级及其塞曼分裂能级对应的量子数S,L,J和g,M,Mg值列表如下:表2量子数S,L,J和g,M,Mg值列表其格罗春图为：图2汞546.074nm光谱线的塞曼分裂格罗春图能级跃迁图为：图3汞546.074nm光谱线的塞曼分裂能级跃迁图由图3可见,在与磁场垂直的方向可观察到九条塞曼分裂谱线,沿磁场方向只可观察到六条谱线.由计算可知,相邻谱线的间距均为1/2个洛伦兹单位.1．4测量汞546.074nm绿线分裂谱线的波数差并计算电子的荷质比1．4．1F-P标准具的结构F-P标准具由两块平行平面玻璃板和夹在中间的一个间隔圈组成。平面玻璃板内表面镀有一层高反膜.间隔圈用膨胀系数很小的材料制作.用来保证两块平面玻璃板之间有很高的平行度和稳定的间距。在外面用三个螺丝调节其三点的压力.使其达到精确平衡。图4F－P标准具光路图F-P标准具的光路如上图所示。当单色平行光束S0以某一小角度入射到标准具的M平面上时.光束在M和M‘二表面上经过多次反射和透射.分别形成一系列相互平行的反射光束1.2.3.….及透射光束1’.2’.3’.….任何相邻光束间的光程差Δl相同.为其中d为两平行板间的间距.为光束折射角.n为平行板间介质折射率.在空气中使用标准具时可取n＝1。这一系列平行并有一定光程差的光在无穷远处或透镜的焦平面上发生干涉.形成等倾干涉条纹。当光程差为波长的整数倍时产生干涉极大.即：.为整数.称为干涉级。1．4．2微小波长差的测量从法布里-珀罗标准具透射出的平行光束.用消色差透镜〔焦距为聚在焦平面上.形成同心的干涉圆环.对出射角的某一圆环.其直径为.如图5所示.图5。对于近中心的圆环.角很小.则.得和。代入式中得：<4>由上式可见.级次与圆环直径的平方成线性关系：即随着亮环直径的增大.圆环将越来越密集。对于入射光包含有两种波长和〔.同一级次对应着二个圆环.其直径各为和。由此可得其波长差<5>式中为常数.因而正比于。我们将〔4式应用于单一波长的相邻两级次〔如为..设其直径为和.可得：〔6上式表示确定的和.对波长的光.任意相邻两环的直径平方差为一常数。也说明.任意相邻两环间的面积都相等。将〔6式和近中心圆环的式代入〔5式中得〔7上式为测量波长差的公式。等号左边为被测波长差与对应两环的直径平方差之比。计算出电子的荷质比〔若以正常塞曼效应为例.其所分裂的波数差.换以波长差表示.则。将它代入测量波长差的公式〔7中得若以一般塞曼效应为例.则.换以波长差表示.则。将它代入测量波长差的公式〔7中得〔8通过实验数据可知和.计算出的大小.再从塞曼分裂的图像中测出各级圆环直径.代入上式就可计算出的值。2．原始实验中存在的问题2.1实验仪器装置中存在的问题传统的塞曼效应实验方法通常采用例如拍摄底片法,目镜直接观测法等方法进行相关的实验测量,但都有其难以克服的缺陷问题。拍摄底片法是利用照像系统摄取干涉圆环,经过繁琐的显影、停影、定影、烘干等处理,然后用投影仪分析,用阿贝比长仪精测谱线,代入相应公式求出实验结果。此方法每测量一次都要调整光路,拍摄图像,冲洗胶卷,烘干后再用阿贝比长仪等测长仪器精确测量干涉圆环直径,然后才能计算结果.由于实验者对胶卷的性能不易掌握,对曝光时间、焦距、光圈等把握不好,不能一次拍摄到清晰的照片,无法完成实验,从而既浪费了时间又浪费了经费,并且实验误差大,实验成功率低。目镜直接观测法是采用测微目镜在塞曼效应仪上测量Hg原子发生塞曼效应干涉光圈条纹的直径,将数据代入塞曼效应电子荷质比计算公式计算。但由于测量时转动手轮易造成测微目镜固定位置产生微动而引起误差。2.2图像观测方法中存在的问题在原始实验中如目镜直接观测法,用于观测实验图像的读数测量望远镜的视场特别小,只能由一人来观察,多人同组实验时只能是逐一的去观察实验图像,延长了实验时间。教师在讲解演示时也无法让多人同时观察,在教学中极为不便,不能满足教学的实际需要.同时由于长时间用眼观察目镜.造成眼睛疲劳问题相当的严重。在数据采集时,由于视场的限制,使环纹的位置不易测得很准确,人为的视觉误差较大。2.3数据处理方法中存在的问题原始实验中,数据处理时一般都是人工计算.计算的工作量相当的大,而且繁琐、耗时较多,学生动手操作的时间无疑会相对的缩短,不利于培养学生多方面的实验能力。3．实验方法的改进针对上述提到的原始实验中存在的问题特对本实验进行了如下几方面的改进。3.1实验仪器装置的改进本实验仪器与装置的改进是在传统的塞曼效应实验仪器组的基础上增加了先进的仪器装置：数码摄像头CCD、图像采集卡和电脑。故经改进后的实验仪器与装置为：〔1传统塞曼效应仪器组：电磁铁笔型汞灯供电箱〔输出稳定直流0~5A.满足笔型汞灯启动的工作电压法布里－珀罗〔F-P标准具滤光片偏振片读数测量望远镜60°三角导轨〔长1000mm滑座会聚透镜数字式特斯拉计〔2新增仪器与装置：数码摄像头CCD图像采集卡电脑。主要新增仪器装置简介如下：3.1.1CCD器件的运用优点和主要参数研究塞曼分裂谱线最终是靠经F-P标准具产生的干涉环的摄取来判读的,因此CCD技术在这里有着较好的应用范例。CCD器件体积小,重量轻,功耗小,其分辨率在动态响应范围内均较能满足现代图像处理的要求。实验中采用面阵ICCD器件为基础的CCD摄像机,其基本参数如下:<1>成像器件:1——3英寸CCD面阵<彩色><2>像面尺寸:4.9mm<H>×3.7mm<v><3>像素:888×682<PAL制式><4>像元间距:7Lm<5>水平分辨率:600线<6>最低照度:0.1lx<7>信噪比:优于48dB<8>工作电源:DC12V——2.7W3.1.2图像卡概述图像卡的功能是将摄像机获得的模拟信号经A-D转换成数字信号,供计算机处理,其主要技术指标为视频速率<本机采用的图像卡速率为100MHz>,槽口方式<本机为PCI插槽>和驱动程序<本机中已嵌入安装光盘>,由于图像捕捉是动态的,所以较高的视频速率能保证较好的刷新度和传输数据的完整性。本实验中用CCD.通过图像采集卡使F—P标准具的干涉花样成像在计算机显示器上.实验者可使用本实验专用的实时图像处理软件读取实验数据。3.2图像观测方法的改进由于原始实验图像观察中存在着众多缺陷.特对其进行改进为由数码摄像头CCD作为光探测器.通过图像采集卡使F—P标准具的干涉花样转变成计算机可以识别的电信号,由计算机识别后再将图像显示在显示器上。从显示器上观察时,视场要比原来的大5～6倍,当实验现象发生变化时,可以更加清晰的被操作者观察控制。在数据采集的过程中,由于图像被放大了5～6倍,所以可以准确的找到测量位置,减小了人为的视觉误差和视觉疲劳,使环纹直径测量的更加准确,从而提高了实验结果的精度.而且可以多人同组实验.同时观察实验图像,教师在讲解演示时也可让多人同时观察,应用在教学中非常的方便。3.3实验数据处理的改进Excel数据自动处理系统Excel是微软公司推出的MicrosoftOffice办公软件系列中的一个常用数据处理软件,它具有自动计算、数据分析统计、逻辑判断等功能,被许多领域所应用。该系统就是以Excel为操作平台,只要在Excel表格中把相关测量数据填到每一个单元格中.并注明测量位置,编辑好数据处理的公式,建立好超连接.就可实现方便快捷地数据处理。当实验者在相应的位置上输入相关测量数据后,结论就自动的显示在相应的位置上,通过逻辑判断功能给出的结果可以知道测量的数据是否合格,对合格的数据通过打印机直接输出实验结果。这样可以节约许多时间,从而可以增加实验的信息量,提高实验的效率。教师还可以把大量的实验数据保存下来,进行统计分析,得出该项实验的总体情况。下图是自己研制一Excel样表.处理数据相当方便快捷。图6Excel数据处理样表VB程序设计数据自动处理软件VisualBasic,简称VB.是Microsoft公司推出的一种Windows应用程序开发工具,是一款可视化开发工具套件VisualStudio6.0中的一个组件.具有强大功能的可视化程序设计开发工具.是当今世界上使用最广泛的编程语言之一.也被公认为是编程效率最高的一种编程方法。无论是开发功能强大、性能可靠的商务软件.还是编写能处理实际问题的实用小程序.VB都是最快速、最简便的处理工具。从设计新型的用户界面到利用其它应用程序的对象；从处理文字图像到使用数据库；从开发个人或小组使用的小工具.到大型企业应用系统.甚至通过Internet的遍及全球分布式应用程序.都可在VisualBasic提供的工具中各取所需。"VB程序设计数据自动处理软件"就是本人利用VisualBasic6.0程序自己研制的一款数据自动处理软件.其操作界面如图7。图7数据自动处理程序界面本数据自动处理系统就是利用VB工具开发而成.从制作界面到编写代码直至调试成功历时近一个月.实验者只要把相关的需要测量的数据信息填入到本软件中.即可得到数据结果并显示在窗口中.可方便快捷地进行数据处理.省去了实验者的繁琐的计算问题.节约了大量的时间.提高了实验的效率.而且此操作平台还有界面友好、运行稳定、计算准确等诸多优势。现把开发研制本程序的应用软件"VB迷你版6.0集成开发系统"操作界面如图8。图8"VB迷你版6.0集成开发系统"操作界面部分VB程序见附录中。4.数据测量4.1实验仪器装置经改进后的实验仪器装置连接简图如图9：图91、电磁铁2、笔型汞灯3、会聚透镜4、法布里－珀罗〔F-P标准具5、偏振片6、滤光片7、读数测量望远镜8、电磁铁电源9、供电箱〔输出稳定直流0~5A.满足笔型汞灯启动的工作电压10、固定滑座11、可调滑座12、60°三角导轨〔长1000mm13、数码摄像头CCD14、电脑15、数字式特斯拉计图104.2实验内容与方法1、按照图9或图10调整好光路,使光束通过各光学元件的中心且等高共轴.调节F-P标准具的平行度,使能观察到清晰的等倾干涉圆环.F-P标准具调整：根据.对于某一波长同一干涉级K,如果在某一方向上标准具的间距d大.则这个方向上干涉环直径也大。故可以直接观察标准具的干涉环进行调整.当眼睛向某一个调整螺丝方向移动时.若花纹从中间冒出或向外扩大.说明此方向上的标准具两玻璃板间隔大.应该将此方向上的螺丝旋紧或放松其他两个螺丝.直至眼睛向各个方向移动时.干涉环的大小不变为止.此时F-P标准具的两玻璃板严格平行。通过调整会聚透镜的位置.可使圆环亮度调整到适当程度。2、将数码摄像头CCD与电脑主机上的图像采集卡连接好.接通笔形汞灯和电脑电源.运行摄像头附带软件,进入图像显示和采集界面.通过调节摄像头的高低、方向及F-P标准具的方位及会聚透镜的位置,使塞曼分裂图像清晰、细锐、完整地显示在电脑显示器上.在未加磁场的情况下.将其干涉圆环图像以bmp或jpg格式取名保存。打开电磁铁供电电源,将电流逐渐增大,增大磁场的磁感应强度,观察条纹分裂情况,再将塞曼分裂后的干涉圆环图像以bmp或jpg格式取名保存,同时测出电磁铁的磁感应强度.关闭图像显示和采集程序窗口.3、运行AdobePhotoshop6.0程序,打开已保存的干涉圆环图像,如图11所示.选择"窗口"菜单下的"显示信息"命令,打开信息窗口,如图12所示图11AdobePhotoshopCS操作界面图12"显示信息"命令窗口利用信息窗口来确定测量点数据,具体方法如下:移动鼠标器,将"十"字形指针尽量移至圆环的圆心上<若不在圆心上,以后测得的不是圆环的直径而是弦,根据ΔD2的不变性,可以证明,只要各测量点在一条直线上,不论是测量弦长还是测量直径长,实验结果都是一样的>,记下信息窗口中的纵坐标y的值.在以后的测量中保持y值不变,以保证各测量点在同一条直线上.再将"十"字形指针移至待测圆环上,根据信息窗口中的K值确定测量点的位置,并记下信息窗口中的横坐标x的值,然后将"十"字形指针移至该待测圆环的另一侧确定测量点的x值,分别将各x值输入事先设计好的数据自动处理系统内进行数据处理.4、利用同样的方法测量B=0时和B≠0时的各待测圆环的x值,并输入事先设计好的数据自动处理系统内.数据自动处理系统将自动处理数据并把处理结果显示在电脑屏幕上。5、本实验也可应用于传统的塞曼效应实验仪.只需将读数测量望远镜读取的各级干涉圆环的读数输入到本人自己设计的两个数据自动处理系统中.计算出电子的荷质比e/m。6、若没有图片处理软件AdobePhotoshop6.0或不会应用此软件者.而且既想在传统塞曼实验仪的基础上获得更精确的测量结果.又要减少传统实验带来的诸如在原始实验中,用于观测实验图像的读数测量望远镜的视场特别小,只能由一人来观察,多人同组实验时只能是逐一的去观察实验图像,延长了实验时间。教师在讲解演示时也无法让多人同时观察,在教学中极为不便,不能满足教学的实际需要。在数据采集时,由于视场的限制,使环纹的位置不易测得很准确,人为的视觉误差较大等缺陷.可通过数码摄像头读取读数测量望远镜的干涉图像直接呈现在显示器上.然后再通过调节读数测量望远镜的读数鼓轮.同时观察显示器上提取出来的图像中的十字叉丝在图像上的滑动而找到要测量的合适位置后.读取鼓轮读数即可确定各干涉级圆环的直径。把所有要测量的相关数据填入本人自制的两套数据自动处理系统中进行数据处理.可以大大提高实验效率和实验精确度。4.3数据测量利用改进后的实验仪器装置进行测量.得到不同磁场情况下干涉圆环的相关数据.如下表3：〔本数据是利用图像处理软件Photoshop提取的干涉图像中的象素点的相对位置坐标.故没有单位表3测量数据表格4.4数据分析利用自己研制的专为本实验改进用的两套数据处理软件进行数据自动处理.得其处理结果如下表4。表4数据处理结果〔d=0.002m,由上述数据处理结果可以看出.实验所测量的电子荷质比和理论标准值之间存在一定的误差。分析其误差的来源主要有：1、从荷质比计算公式的推导可以看出.式〔8电子的荷质比公式的推导过程中存在近似计算.这必然会导致最终结果计算的不准确。2、F－P标准具内表面两块平行平面玻璃板可能没有调整至严格平行.从而导致干涉圆环本身自身有偏差或者条纹的不清晰；即便严格平行.其间距可能不一定严格等于2mm。3、外磁场的强度测量不够准确是产生误差最大的原因.实验过程中发现磁场的数值变动最大.实验者不易把握住磁场中心的确切值.而且在数据处理时磁场数值的微小变化可能导致计算结果的很大误差。4、由荷质比的计算公式〔8可以看出.干涉圆环直径的测量对最后的计算结果影响也非常之大.是平方量级的.所以圆环直径的微小偏差也将会引起测量结果很大的变化.故图像中对各干涉圆环位置测量时读数不准确或个圆环所选的各点不在同一条直线上等因素都是产生较大误差的原因。5、仪器本身的因素.比如测微望远镜精确度不高或电脑屏幕的分辨率小.CCD数码摄像头的像素不高等因素也会给数据的测量带来一定的误差。通过调查分析考证得到传统实验中的数据处理结果和经改进后的数据处理结果比较的表格5：表5三种实验方法数据处理结果统计表由此统计表可知.传统的两种实验方法的测量相对误差是2.50%和1.65%左右.而经此实验改进后的实现数据相对误差能达到近0.76%左右.故明显看出：经本实验改进后的实验数据处理的精确度大大提高了。结论通过对塞曼效应实验仪器装置及实验方法进行此改进后,实验效果较好,并具有以下特点：此方法不受原有仪器厂家、型号的限制,可充分利用各院校现有的仪器设备；所用摄像头及软件价格低,易从市场上购买,每套设备可比各厂家生产的塞曼效应智能分析系统节省数千元费用；而且可通过某些专业图像处理软件如Photoshop等来提取干涉图像的像素信息,再利用自己研制的两套数据处理的软件进行数据处理.可显著降低实验误差.提高实验效率；实验内容更加丰富,既可测定电子比荷,又可测定有关原子能级的几个量子数M、J的值和g因子的值；实验方法更加灵活.可以根据实验内容和要求的不同.既可让学生自己利用计算机知识编制不同的电子表格<如本实验改进中用到的自己研制的Excel数据处理程序>处理实验数据.也可让学生自己利用计算机语言编写数据自动采集和处理程序<如本实验改进中利用VB程序自己研制的Zeeman数据自动处理软件>.以启发和培养学生的创新意识和能力。致谢从毕业论文的选题到毕业论文的完成.我的指导老师杨冰老师一直对我细心指导和帮助.在我刚刚踏入社会正在为寻找铁饭碗的十字路口徘徊时.是杨老师给我指点了一条明路.给我提供建议传授心得.真是让我受益匪浅。在我的毕业论文完成之际.我要感谢杨冰老师对我的细心教育培养.在此期间杨老师还多次询问我的实验进程.为我指点迷津.帮助我开拓实验改进思路.精心点拨、热忱鼓励。杨老师一丝不苟的作风.严谨求实的态度.踏踏实实的工作精神.不仅授我以文.而且教我做人.虽历时不长.却给以终生受益无穷之道。对杨老师的感激之情是无法用言语表达的。再次感谢杨在论文即将完成之际.我的心情无法平静.从开始进入课题到论文的顺利完成.有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助.在这里请接受我最诚挚的谢意！参考文献[1]高铁军.朱俊孔．近代物理实验．XX：XX大学出版社.2000：1～279[2]蔡秀峰.刘淑珍.张炳恒.塞曼效应实验方法的改进.大学物理.2005.24〔2：49～51.[3]褚圣麟.原子物理学[M].北京:高等教育出版社,1979:184～191.[4]杨福家

.原子物理学.北京：高等教育出版社.2000.1：1～223.[5]谭浩强等.C语言程序设计教程.北京：高等教育出版社.1992:1～387[6]王健.邹红林.韩姝．采用塞曼效应仪测定电子荷质比方法研究．计量与测试技术.2005.32〔3：8～10．[7]林关成.对塞曼效应实验的再次改进.XX师范学院学报,2002.17<5>：24～25[8]苏瑞.韩中孝.VisualBasic开发实用编程200例.北京：中国铁道出版社.2005.1～460[9]ScottKelby.袁鹏飞.PhotoshopCS2数码照片专业处理技法.北京：人民邮电出版社.2006.1～448[10]赵海英．塞曼效应实验的CCD测量法．大学物理实验.2002.15〔3：33～34．[11]罗洋城．塞曼效应实验测电子荷质比e/m的讨论．XX学院学报<自然科学版>.2001.22〔3：62～64．[13]李兴鳌.杨建平.周震．正常塞曼效应与反常塞曼效应的比较．XX民族学院学报<自然科学版>.2004.22〔4：74～76．[14]仲明礼．塞曼效应实验仪调整中的几个关键问题的研究．潍坊学院学报.2005.5〔2：135～136．[15]朱世坤．塞曼效应实验中应注意的几个问题．大学物理实验.2004.17<4>:33～34．[16]蔡秀峰.刘淑珍.张炳恒．塞曼效应实验方法的改进．大学物理.2005.24〔2：49～51．附录：Zeeman数据自动处理软件的部分VB程序：…………ConstPI=3.1415926,C=3*10^8‘定义常量PI.光速C’…………PrivateSubCommand1_MouseDown<ButtonAsInteger,ShiftAsInteger,XAsSingle,YAsSingle>DimA#,B#,E#‘定义任意变量ABE’Text3.Text=Abs<Str$<Val<Text1.Text>-Val<Text2.Text>>>‘计算k级圆环直径D1’Text6.Text=Abs<Str$<Val<Text4.Text>-Val<Text5.Text>>>‘计算k级圆环直径D2’Text9.Text=Abs<Str$<Val<Text7.Text>-Val<Text8.Text>>>‘计算k级圆环直径Dk’Text12.Text=Abs<Str$<Val<Text10.Text>-Val<Text11.Text>>>‘计算k-1级圆环直径D<k-1>’IfText1.Text=""Then‘检测空格’MsgBox"请输入"横坐标X1左"的数值！"Text1.SetFocusGoToenddEndIfIfText2.Text=""ThenMsgBox"请输入"横坐标X1右"的数值！"Text2.SetFocusGoToenddEndIfIfText4.Text=""ThenMsgBox"请输入"横坐标X2左"的数值！"Text4.SetFocusGoToenddEndIfIfText5.Text=""ThenMsgBox"请输入"横坐标X2右"的数值！"Text5.SetFocusGoToenddEndIfIfText7.Text=""ThenMsgBox"请输入"横坐标Xk左"的数值！"Text7.SetFocusGoToenddEndIfIfText8.Text=""ThenMsgBox"请输入"横坐标Xk右"的数值！"Text8.SetFocusGoToenddEndIfIfText10.Text=""ThenMsgBox"请输入"横坐标X<k-1>左"的数值！"Text10.SetFocusGoToenddEndIfIfText11.Text=""ThenMsgBox"请输入"横坐标X<k-1>右"的数值！"Text11.SetFocusGoToenddEndIfIfText14.Text=""ThenMsgBox"请输入"M2g2-M1g1"的数值！"Text14.SetFocusGoToenddEndIfIfText15.Text=""ThenMsgBox"请输入"磁场强度B"的数值！"Text15.SetFocusGoToenddEndIfIfText13.Text=""ThenMsgBox"请输入"F-H标准具间距d"的数值！"Text13.SetFocusGoToenddEndIfA=<2*PI*C*<Val<Text3.Text>*Val<Text3.Text>-Val<Text6.Text>*Val<Text6.Text>>>B=<Val<Text14.Text>*Val<Text15.Text>*Val<Text13.Text>*<<Val<Text12.Text>*Val<Text12.Text>-Val<Text9.Text>*Val<Text9.Text>>>>IfA=0ThenMsgBox"输入数据有误.请核实各数据是否输入正确！"GoToenddEndIfIfB=0ThenMsgBox"输入数据有误.请核实各数据是否输入正确！"GoToenddEndIfE=Abs<A/B>‘计算荷质比e/m’Text16.Text=Format$<<E>,"0.0000E+00">‘以科学计数法形式输出显示荷质比e/m’ConstD=1.759*10^11‘定义常量荷质比的标准值’Text17.Text=Format$<Abs<E-D>/D,"###.##%">’进行误差分析计算并以百分数形式输出显示’endd:EndSub…………PrivateSubCommand2_MouseDown<ButtonAsInteger,ShiftAsInteger,XAsSingle,YAsSingle>IfMouseDown=vbMouseReturnThenText1=""‘清除Text1.Text数据’IfMouseDown=vbMouseReturnThenText2=""‘清除Text2.Text数据’IfMouseDown=vbMouseReturnThenText3=""‘清除Text3.Text数据’IfMouseDown=vbMouseReturnThenText4=""‘清除Text4.Text数据’IfMouseDown=vbMouseReturnThenText5=""‘清除Text5.Text数据’IfMouseDown=vbMouseReturnThenText6=""‘清除Text6.Text数据’IfMouseDown=vbMouseReturnThenText7=""‘清除Text7.Text数据’IfMouseDown=vbMouseReturnThenText8=""‘清除Text8.Text数据’IfMouseDown=vbMouseReturnThenText9=""‘清除Text9.Text数据’IfMouseDown=vbMouseReturnThenText10=""‘清除Text10.Text数据’IfMouseDown=vbMouseReturnThenText11=""‘清除Text11.Text数据’IfMouseDown=vbMouseReturnThenText12=""‘清除Text12.Text数据’IfMouseDown=vbMouseReturnThenText13=""‘清除Text13.Text数据’IfMouseDown=vbMouseReturnThenText14=""‘清除Text14.Text数据IfMouseDown=vbMouseReturnThenText15=""'清除Text15.Text数据IfMouseDown=vbMouseReturnThenText16=""'清除Text16.Text数据IfMouseDown=vbMouseReturnThenText17=""'清除Text17.Text数据EndSub…………PrivateSubCommand3_MouseDown<ButtonAsInteger,ShiftAsInteger,XAsSingle,YAsSingle>DimA#,B#,E#'定义任意变量ABEText3.Text=Abs<Str$<Val<Text1.Text>-Val<Text2.Text>>>'计算k级圆环直径D1Text6.Text=Abs<Str$<Val<Text4.Text>-Val<Text5.Text>>>'计算k级圆环直径D2Text9.Text=Abs<Str$<Val<Text7.Text>-Val<Text8.Text>>>'计算k级圆环直径DkText12.Text=Abs<Str$<Val<Text10.Text>-Val<Text11.Text>>>'计算k-1级圆环直径D<k-1>IfText1.Text=""Then'检测空格MsgBox"请输入"横坐标X1左"的数值！"Text1.SetFocusGoToenddEndIfIfText2.Text=""ThenMsgBox"请输入"横坐标X1右"的数值！"Text2.SetFocusGoToenddEndIfIfText4.Text=""ThenMsgBox"请输入"横坐标X2左"的数值！"Text4.SetFocusGoToenddEndIfIfText5.Text=""ThenMsgBox"请输入"横坐标X2右"的数值！"Text5.SetFocusGoToenddEndIfIfText7.Text=""ThenMsgBox"请输入"横坐标Xk左"的数值！"Text7.SetFocusGoToenddEndIfIfText8.Text=""ThenMsgBox"请输入"横坐标Xk右"的数值！"Text8.SetFocusGoToenddEndIfIfText10.Text=""ThenMsgBox"请输入"横坐标X<k-1>左"的数值！"Text10.SetFocusGoToenddEndIfIfText11.Text=""ThenMsgBox"请输入"横坐标X<k-1>右"的数值！"Text11.SetFocusGoToenddEndIfIfText14.Text=""ThenMsgBox"请输入"M2g2-M1g1"的数值！"Text14.SetFocusGoToenddEndIfIfText15.Text=""ThenMsgBox"请输入"磁场强度B"的数值！"Text15.SetFocusGoToenddEndIfIfText13.Text=""ThenMsgBox"请输入"F-H标准具间距d"的数值！"Text13.SetFocusGoToenddEndIfA=<2*PI*C*<Val<Text3.Text>*Val<Text3.Text>-Val<Text6.Text>*Val<Text6.Text>>>B=<Val<Text14.Text>*Val<Text15.Text>*Val<Text13.Text>*<<Val<Text12.Text>*Val<Text12.Text>-Val<Text9.Text>*Val<Text9.Text>>>>IfA=0ThenMsgBox"输入数据有误.请核实数据！"GoToenddEndIfIfB=0ThenMsgBox"输入数据有误.请核实数据！"GoToenddEndIfE=Abs<A/B>'计算荷质比e/mText16.Text=Format$<<E>,"0.0000E+00">'以科学计数法形式输出显示荷质比e/mConstD=1.759*10^11'定义常量荷质比的标准值Text17.Text=Format$<Abs<E-D>/D,"###.##%">'进行误差分析并以百分数形式输出显示IfText22.Text=""ThenMsgBox"请输入实验者姓名！"Text22.SetFocusGoToenddEndIfDimappdisk$'保存数据Dimbyt<>AsByteappdisk=Trim<App.Path>IfRight<appdisk,1><>"\"Thenappdisk=appdisk&"\"OpenApp.Path&"\实验数据处理输出报告.txt"ForAppendAs#11Print#11,Text24.TextPrint#11,Text20.Text'保存标题Print#11,Text21.Text'空格Print#11,Text25,Text22,Text21,Text26,,Text27.Text,Text18.Text'保存实验者姓名日期时间Print#11,Text21.Text'空格Print#11,Label1,Text1.Text,Text21.Text,Label2,Text2.Text,Text21.Text,Label12<0>,Text3.Text'保存D1相关数据Print#11,Text21.Text'空格Print#11,Label3<0>,Text4.Text,Text21.Text,Label4<0>,Text5.Text,Text21.Text,Label12<1>,Text6.Text'保存D2相关数据Print#11,Text21.Text'空格Print#11,Label3<1>,Text7.Text,Text21.Text,Label4<1>,Text8.Text,Text21.Text,Label12<3>,Text9.Text'保存Dk相关数据Print#11,Text21.Text'空格Print#11,Label5,Text10.Text,Text21.Text,Label6,Text11.Text,Text21.Text,Label12<2>,Text12.Text'保存Dk-1相关数据Print#11,Text21.Text'空格Print#11,Label11,Text14.Text,Text21.Text,Label8,Text15.Text,Label10;Text21.Text,Label7,Text13.Text,Label9'保存d\f\B相关数据Print#11,Text21.Text'空格Print#11,Label13,Text16.Text,Text19.Text,Text21.Text,Label14,Text17.Text'保存实验处理结果Print#11,Text2