数据处理近代物理实验课件.ppt

本实验的汞原子 546.1nm 谱线是由 跃迁到 在外磁场的作用下，能级分裂情况及分裂谱线相对强度可用图 1.4.1 表示. 即汞 546.1nm 谱线分裂为 9 条等间距的谱线，相邻两谱线的间距都是1/2 个洛伦兹单位. 该图的上面部分表示能级分裂后可能发现的跃迁，下面部分画出分裂谱线的裂距与强度. 按裂距间隔排列，π 成分的谱线画在水平线上，σ 成分画在水平线下，π 线中间一条谱线的强度最大定义为 100， 其他各线的相对强度分别为 75、37.5、和12.5，图中各线的长短对应其相对强度. 实验仪器装置 由式（1.4.3）式可得相邻两条谱线的波长差为 塞曼效应实验 近代物理实验 内 容 实验目的 1 实验仪器 2 实验原理 3 实验内容和步骤 4 数据记录和处理 5 实验目的 加深对原子磁矩及其空间取向量子化等原子物理学概念的理解 学习法布里-珀罗标准具（F-P 标准具）的调整和使用及其在光谱学中的应用 谱线的观察与拍摄 求出电子的荷质比 e/m=? 数据处理 实验仪器 汞灯为光源 用水银辉光放电管（笔型汞灯） 永久铁 会聚透镜 成像透镜 偏振片等 实验原理 设原子某一能级的能量为 E,在外磁场 B 的作用下，原子将获得附加能量 (1.4.1) 式中玻尔磁子 μB=he/(4πm)(e为电子电荷，m为电子质量），磁量子数 M=J,J-1，...,-J,共有2J+1个值（即原来的一个能级将分裂为2J+1 个子能级），g为朗德因子，对于L-S耦合的情况： (1.4.2) 从式（1.4.1）可以看出，原子的某一能级在外磁场作用下将会分裂为（2J+1）个子能级，而能级之间的间隔为 由式（1.4.2）可知，g 因子随量子态不同而不同，因而不同 能级分裂的子能级间隔也不同. 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 在磁场中能级 E2 和 E1 分别分裂为（2J2+1)和（2J1+1）个子能级，附加的能量分别为 ΔE2 和 ΔE1，新谱线频率为 ，则 分裂后的谱线与原谱线的频率差为 用来数差来表示，则 (1.4.3) 上式的 若 B 的单位用 T（特斯拉），则 L 的单位为 cm-1. 跃迁时 M 的选择定则：ΔM=M2-M1=0， 当ΔM=0 时，垂直于磁场方向观察时产生线偏振光，线偏振光的振动方向平行于磁场，叫做 π 线（当ΔJ=0时，不存在M2=0 →M1=0的跃迁.). 平行于磁场观察时π成分不出现. 垂直于磁场方向观察时产生线偏振光，线偏振 光的振动方向垂直于磁场，叫做 σ 线.平行于磁场观察时，产生圆偏振光，圆偏振光的转向依赖于 ΔM 的正负、磁场方向以及观察者相对磁场的方向. ΔM=+1，偏振转向是沿磁场方向前进的螺旋转动方向，磁场指向观差者时，为左旋圆偏振光；ΔM=-1, 偏振转向是沿磁场方向倒退的螺旋转动方向，磁场指向观察时，为右旋圆偏振光. 而产生的. 由式（1.4,3）以及选择定则和偏振定则，可求出它垂直于磁场观察时的塞曼分裂情况. 表 1.4.1 列出 表 1.4.1 L 0 1 S 1 1 J 1 2 g 2 M 1 0 -1 2 1 0 -1 -2 Mg 2 0 -2 3 0 -3 汞原子的光谱线强度： 图 1.4.1 所示 当 B=1T 时， 光谱线因正常塞曼效应而分裂为 要测量这样小的波长差，普通的棱镜摄谱仪 是不能胜任的，可从常用的色散器件如棱镜、光栅（参见本书的原子光谱部分）和法布里-珀罗标准具（参见本实验附录）等中选取合适的仪器来观察塞曼效应，并考虑怎样设计光路. 实验内容 利用塞曼效应实验装置，选取546.1nm的透射滤光片进行观察. 1.调整光学系统 使光束通过每个光学元件中心.请思考怎样利用光学的办法调整光路使每个元器件的中心都在一条线上. 2.法布里-珀罗标准具的调整 （1）两平行玻璃板平行度的调整：法布里-珀罗标准具的一对玻璃片及间隔圈装在钢制的支架上，靠三个有压紧弹簧的螺丝来调整它的两个内表面的平行度.平行度的要求是很严格的，判断的标准是：用单色光照明标准具，从它的透射方向观察， 可以看见一组同心干涉圆环.当观察者的眼晴上下左右移动时， 肉果标准具两个表面是严格平行的，