原子结构的量子理论-精选版.ppt

原子结构的量子理论 光信息科学与技术 胥潇潇 0572440 * 实验简介 实验目的 实验装置 实验原理 实验现象及分析记录 实验中注意事项 Zeeman Effect 实验误差分析 实验拓展分析 * 氢原子薛定谔方程 塞曼效应的简介 塞曼效应的历史意义 Zeeman Effect 荷兰物理学家塞曼在1896年发现把产生光谱的光源置于足够强的磁场中，磁场作用于发光体使光谱发生变化，一条谱线即会分裂成几条偏振化的谱线，这种现象称为塞曼效应。 塞曼效应发现是对光的电磁理论的有力支持，证实了原子具有磁矩和空间取向量子化，被誉为继X射线之后物理学最重要的发现之一。 Pieter Zeeman * 氢原子薛定谔方程 Zeeman Effect 掌握法布里—珀罗标准具的原理和使用; 学习观察低压汞灯的谱线在磁场中塞曼分裂谱线，确定细度和塞曼间隔； 应用原理从谱线的塞曼分裂确定原子能级的J值及相应的g值； 根据实验原理做相应拓展。 * 氢原子薛定谔方程 Zeeman Effect 1.原子的总磁矩与总角动量距的关系 ?L=（e /2m）L= L= 轨道磁矩?L ?S=（e /m）S= , S = 自旋磁矩?S 角动量和磁矩矢量图 角动量旋进 * 氢原子薛定谔方程 Zeeman Effect 2.塞曼效应 原子在磁场中的能级分裂 设频率为v的光谱线是由原子的上能级E2跃迁到下能级E1所产生的，则此谱线的频率满足 在外磁场中，上下能级都将获得一个附加能量 因此，每个能级各分裂成个2J2＋1和2J1＋1个子能级. * 氢原子薛定谔方程 Zeeman Effect 跃迁将产生频率为 的谱线,满足： 跃迁选择定则 B * 氢原子薛定谔方程 Zeeman Effect 光源（低压汞灯）发射的光线经透镜及干涉滤波片以后，以近似平行光的方式照射到F-P标准具上，输出光经透镜会聚经反射镜转向，即可在读数显微镜中观察到干涉条纹。偏振片则用于选取不同偏振态的谱线。 电磁铁 光源 电源 聚光透镜 偏振片 干涉滤光片 F-P标准具 成像透镜 平面反射镜 读数显微镜 小孔光阑 光电接收器 其他器材： 气压扫描装置 特斯拉计 电脑 塞曼效应实验装置图 * 氢原子薛定谔方程 Zeeman Effect 气压扫描法布里-珀罗干涉仪 由平行放置的两块平面板组成的，在两板相对的平面上较高反射系数的薄膜。两平面的间隔是由某些热膨胀系数很小的材料做成的环固定起来，不可以改变。 高分辨率 干涉方程（干涉极大值） 其中N为干涉级数。 F- P标准具的原理 * 氢原子薛定谔方程 Zeeman Effect 在B=0的条件下，扫描记录汞曲线 电压值/(V,V) 峰1(0.327,3.728) 峰2 (0.964,3.569) 峰3 (1.595,3.700) 峰4 (2.227,3.659) 峰间距x1/V 0.721 0.723 0.722 半高/（V,V） (0.310,0.348) (0.948,0.980) (1.579,1.617) (2.211,2.243) 半高宽x2/V 0.038 0.032 0.039 0.033 从而 峰间距平均值 x1=0.722V 半高宽平均值 x2=0.034V 细度 x1 /x2=21.24 表一 磁场B=0时的汞谱线数据 * 氢原子薛定谔方程 Zeeman Effect 加上磁场，扫描记录汞546.1nm谱线的Zeeman分裂曲线 磁感应强度 B=1110mT F-P标准具间距t=2.012mm 低压倍增管电压取-746V 对应的自由光谱范围 * 氢原子薛定谔方程 Zeeman Effect 峰坐标X1i(i=1,2,3,4)/V 0.190 0.839 1.488 2.133 间距L1=ΔX1i/V 0.649 0.649 0.645 峰坐标X2i(i=1,2,3,4)/V 0.258 0.907 1.552 2.198 间距L2=X2i-X1i /V 0.068 0.068 0.064 0.065 表二 磁场不为零时汞546.1nm谱线有关数据 间距L1的平均值=0.647V 间距L2的平均值=0.066V 故塞曼分裂间隔： = * 氢原子薛定谔方程 Zeeman Effect 汞546.1nmZeeman分裂π线 加上偏振片后 汞546.1nmZeeman分裂σ线 * 氢原子薛定谔方程 Zeeman Effect 光电倍增管应避光保存，且有工作电压时，不能有 强光照明