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塞曼效应实验数据处理方法 摘要：简要讲述塞曼原理，较为详细阐述了塞曼效应实验数据处理方法，以及通过实验数据的处理，求得F-P标准具间隔、自由光谱范围、塞曼分裂的波长差以及塞曼分裂间隔。 关键词：塞曼分裂间隔；自由光谱范围；塞曼效应 塞曼效应原理 原子某一能级的能量为，在外场的作用下，原子获得附加能量： 式中，波耳磁子（为电子电荷，为电子质量），为朗德因子，磁量子数, 共有个值,即无磁场的一个能级,在外磁场的作用下因具有个附加能量而分裂成个子能级,它相对于原来的能级移动为。 没有外电场时，原子有高能级跃迁到低能级时发射的谱线的频率为，满足 加外场后，和能级分别分裂成和个塞曼子能级，附加能量分别为和，分裂后的谱线频率为，则 分裂后的谱线与原谱线的频率差为 用波数差（即塞曼分裂间隔）表示如下 洛仑兹单位的单位为。 塞曼效应实验数据处理方法 各子能及跃迁的格罗春图表示 本实验的汞原子谱线是由跃迁到产生的。表1列出了和能级的各量子数的数值。 采用格罗春图（图1）来表示和两能级的跃迁，能级共有5个子能级和能级共有3个子能级。在格罗春图上，我们可以一一地标上相应的与值，这样就可以求得相应的塞曼跃迁的的值。 2）标准具间隔和自由光谱范围 在图2中，光源经透镜集光再照摄到标准具，以使标准具能得到均匀的照明。设入射光线中的波长的光线在空气层中的折射角为，则相邻透射光束的光程差为 （1） 入射光束经标准具后成像在透镜的焦平面上，形成直径为的干涉圆条纹，由图2可得 （2） 以（1）式代入上式（设），得 （3） 上式说明干涉条纹的直径越小，其干涉级别越大。 由式和（3）式求得标准具间隔为 （4） 自由光谱范围 （5） 把（4）式代入上式，可求出自由光谱范围。 3）塞曼分裂波长差和塞曼分裂间隔 对于同一干涉级的不同分裂光谱其中两相邻波长和，谱线的波长差为 （6） 式中为同一干涉级相邻两谱线各自干涉圆环的直径平方差，为同一波长相邻干涉级和的两个干涉圆环的直径平方差。实验测量的干涉圆环一般都在中心圆环附近，由标准具的间隔厚度（毫米量级），可知，中心圆环的干涉级很大（一般为量级），所以用中心圆环的干涉级近似代替被测圆环的干涉级，即用时，，中心最高级次代替附近的其它级次。 把代入（6）式，得塞曼分裂的波长差为 （7） 塞曼分裂间隔（即波数差）为 （8） 塞曼效应实验数据及处理 实验数据 已知，。经过实验，测得具体数据如下：曝光时间（底片曝光时间），磁场强度（用高斯计测量），其余的见表2。 2)数据处理 ①计算和 为同一波长相邻级次的条纹直径平方差，而为同一级次不同波长的条纹直径平方差。 由图3图示方法，计算和： ②求标准具的间隔 结合（4）式和图3，得 代入相应数据，得标准具的间隔为 把代入（5）式，得自由光谱范围为 由（7）式结合图3，得塞曼分裂波长差为 由（8）式结合图3，得塞曼分裂间隔为 参考文献： [1]鄔鸿彦，朱明刚。近代物理实验[M].科学出版社。 [2]戴乐山，戴道宣。近代物理实验[M]。复旦大学出版社。 [3]刘乐书等。近代物理实验[M]。电子科技大学应用物理系。 [4]林木欣主编。近代物理实验教程[M]科学出版社。2004 1