近代物理实验塞曼效应复习过程（13页）.pptx

塞曼效应预习报告 背景知识； 实验目的； 实验原理； 实验装置； 实验内容。 • • 二 、 • 三 、 • 四 、 • 五 、 目录 一 、 背景知识 1896年 ， 荷兰著名的物理学家塞曼Zeeman将光源置于强磁场 中 ， 研究磁场对谱线的影响发现： 原来的一条光谱线分裂成几 条光谱线 ， 分裂的谱线成分为偏振。 塞曼效应实验与斯特恩-盖拉赫实验还有碱金属光谱双线一样 有力证明了电子具有自旋 ， 能级的分裂是由于电子轨道磁矩与 自旋磁矩相互作用的结果。 通过Zeeman效应实验 ， 可由能级分裂的个数知道能级的J值， 由能级的裂距可知g 因子； 如果原子遵从LS耦合 ， 则可由g值判 断该能级的L和S值。 实验目的 一、深入理解塞曼效应的理论原理； 二、复习并熟悉标准具的原理及使用； 三、通过实验来观察塞曼分裂的现象 ， 并测量波数差及电子 的荷质比。 实验原理 一、谱线在磁场中的分裂： 有磁场B时能级E发生分裂 ， 附加能 量 ； 无磁场时电子跃迁 ， 产生谱线 hv=E2-E1 有磁场时电子跃迁 ， 产生新谱线 此时 ， 频率变化为 相应的波束差为 本实验研究汞546. 1nm的塞曼分裂 。汞绿线546. 1nm是 跃迁 ， 两能级的M值为 和 M1=2,1,0,-1,-2 塞曼效应的选择定则是 故在外磁场作用下 ， 546. 1nm线的分裂情况可由下图显示 ， 即 L=(23/21,1/2,0-1/2,-1,-3/2-2)L 其中对应 的线与原谱线相同 ， 各相 邻的分裂谱线波数差是L/2。 当 时 ， 产生3条 线 。沿垂直磁场方向观测， 线为振动方向平行于磁场的线偏振光 。沿磁场 方向观测不到 线。 当 时 ， 产生6条 线 。沿垂直磁场方向观 测 ， 线为振动方向垂直于磁场的线偏振光 。沿 磁场方向观测 ， 线为圆偏振光。 二、用标准具测量波数差： 法布里-波罗标准具的分辨本领可 达 ， 故常用标准具来观测塞曼效应 。但由于标准具的自 由光谱区很小 ， 通常要选用常规光谱仪分出一条条光谱线 后 ， 再用标准具进一步分光。 在法布里-波罗标准具的投射光中 ， 相邻两光束的光程差 为 ， 在空气中n= 1 ， 所以 当光程差等于波长的整数倍时 ， 形成干涉环 ， 即对于k极 干涉环 ， 满足 对同一波长光产生的相邻两级k和k- 1线 ， 干涉条纹直径平方之 差表示为 对同一级不同波长 和 的波长差 用波数差表示为 此式就是实验中用以计算波数差的公式。 实验装置 实验装置由磁场、光源、分光系统和观测系统等四大 部分组成 。其中O为光源； 、为透镜； P为偏振片； F 为干涉滤光片； F-P为标准具； 1为磁场； 2为激磁电源。 实验内容 （一 ）调整光路 ， 观察塞曼现象 点亮汞灯 。把透镜置于光源和标准具之间适当的位置 ， 让 光充满标准具 。 由于标准具前已放置滤光片 ， 水银光谱的其 他成分已被滤除。 调节标准具 。若标准具两反射面不平行 ， 则眼睛在垂直于 光轴的平行平面内上、下、左、右移动时 ， 将会看到干涉环 的缩冒现象 ， 这时需调节标准具的三个调节旋钮。 在标准具后安置透镜和目镜 ， 调节两者的相对位置以看清 各干涉环 。注意整个光学系统应共轴 ， 否则视场不够明亮 。 调节目镜位置使目镜叉丝大体与干涉环直径重合。 开启稳压电源电流为一定值 ， 可看到干涉环 。未加磁场时 的一个干涉环在磁场中分裂成9条干涉环 ， 其中3条为 成分， 取相邻两级次的 成分进行测量 ， 如图3-5-6所示。 （二） 测量并计算波长差 式中 为 同一干涉级相邻两干涉环直径平方差 ， 即 AD2为 同一波长相邻两级次的环直径平方差 （三） 测量并计算荷质比 对于正常塞曼效应 ， 分裂谱线的波束差为 进而荷质比为