10.塞曼效应.ppt-青海师范大学财务处.pptVIP

* * * * * 近代物理实验 塞曼效应 青海师范大学物理系 实验简介 1896年，荷兰物理学家塞曼(P.Zeeman )发现，当光源放在足够强的磁场中时，原来的一条光谱线分裂成几条光谱线，分裂的谱线成分是偏振的，分裂的条数随能级的类别而不同，后人称此现象为塞曼效应。 塞曼效应是继法拉第和克尔效应之后被发现的第三个磁光效应，是物理学的重要发现之一。1902年，塞曼与洛仑兹因这一发现共同获得了诺贝尔物理学奖。现在，塞曼效应仍然是研究原子内部能级结构的重要方法。 P. Zeeman(1865-1943) 正常塞曼效应：谱线分裂为三条,裂距按波数计算正好等于一个洛伦兹单位。用经典理论就能给予解释。 反常塞曼效应：分裂的谱线多于三条,谱线的裂距可以大于也可以小于一个洛伦兹单位。只有用量子理论才能得到满意的解释。 钠D线在磁场中的分裂。其中D1的谱线分裂成6条，D2的谱线分裂成4条。 实验目的 掌握观测塞曼效应的实验方法。 2. 观察汞原子546.1nm谱线的分裂现象以及它们的 偏振状态。 3. 由塞曼裂距计算电子的荷质比。 实验原理 1. 原子的总磁矩 轨道磁矩: 自旋磁矩: 总磁矩: 朗德(Lande)因子: 原子的总磁矩 核磁矩 电子磁矩 自旋磁矩（自旋运动） 轨道磁矩（轨道运动） 2. 外磁场对原子能级的作用 原子的总磁矩在外磁场中受到力矩 力矩使角动量绕磁场方向作进动， 可见：无外磁场时的一个能级在外磁场作用下分裂为2J+1个 子能级。另外，相邻两条谱线间的距离相等。 进动引起附加的能量 3. 塞曼效应的选择定则 未加磁场前，谱线的频率决定于 加磁场后，谱线的频率决定于 分裂后谱线与原谱线的频率差为 用波数来表示 返回 选择定则 （当 时， 除外） （1）当 时，产生 线 沿垂直于磁场的方向观察时，得到光振动方向平行于磁场的线偏振光。 沿平行于磁场的方向观察时，光强度为零。 （2）当 时，产生 线，合称 线 沿垂直于磁场的方向观察时，得到的都是光振动方向垂直于磁场的线偏振光。 当光线的传播方向平行于磁场方向时 线为一左旋圆偏振光， 线 为一右旋圆偏振光。 当光线的传播方向反平行于磁场方向时，观察到的 和 右旋和左旋圆偏振光。 线分别为 4. 汞绿线在外磁场中的塞曼效应 B 5. 分光计：法布里-珀罗标准具（F-P标准具） 构成：由两块平行玻璃板和夹在中间的一个间隔圈组成。平面玻璃板内表面是平整的，其加工精度要求优于中心波长。内表面上镀有高反射膜，膜的反射率高于90％。间隔圈用膨胀系数很小的熔融石英材料制作，精加工成有一定的厚度，用来保证两块平面玻璃板之间有很高的平行度和稳定间距。 F-P标准具的多光束干涉 任何相邻光束间的光程差是一样的 光程差为波长整数倍时产生相长干涉，得到光强极大值 相邻两条谱线的波数差: 带入: 得电子的荷质比: 参考值： 11011 C/kg Dk Da Db Dc Dk Da Db= Dk-1 Dc 实验仪器实验步骤