塞曼效應(yīng)(大學(xué)近代物理實(shí)驗(yàn))

1、塞曼( Pieter Zeeman ) 18651943 諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng) (1902年) 1845年法拉第發(fā)現(xiàn)了平面偏振光通過(guò)在強(qiáng)磁場(chǎng)作用下的玻璃偏振面會(huì)旋轉(zhuǎn)的事實(shí)。后來(lái)又發(fā)現(xiàn)，不只是玻璃，許多物質(zhì)都具有這一特性。法拉第認(rèn)為：“磁力和光彼此是有聯(lián)系的?！?875年，物理學(xué)家John kerr在法拉第思想的激勵(lì)下，注意到玻璃片在強(qiáng)電場(chǎng)下對(duì)光有雙折射作用，次年又發(fā)現(xiàn)平面偏振光經(jīng)電磁鐵的磁極反射后，變成了橢圓偏振光。hssPs) 1( ssPmehLLPL) 1(LLPme2sPsLPLjjPmeg21) 1() 1() 1() 1(JsJSSLLJJgLSJsLssPLJPLPJPsLJPJPJJ

2、PJJLPsP2 外磁場(chǎng)作用下原子能級(jí)的分裂J原子具有總磁矩 ,處在外磁場(chǎng)中就要受到場(chǎng)的作用,其效果是總磁矩繞磁場(chǎng)的方向作旋進(jìn),也就是總角動(dòng)量 繞外磁場(chǎng)方向旋進(jìn)。旋進(jìn)引起的附加能量可以證明是JPcosBEJ代入 有： Jcos2BPmegEJ是的補(bǔ)角。 J但 與 在磁場(chǎng)中的取向是量子化的， 在磁場(chǎng)方向的分量只能取如下數(shù)值： JJPJPhMPJcosM是磁量子數(shù)，它只能?。篗=J,J-1,。,-J+1,-J共2J+1個(gè)值。每一個(gè)M值相當(dāng)于 的一個(gè)可能的取向。由以上兩式得： JPBMgBmehMgEB2式中的 稱為玻爾磁子BmhemehB42這樣,沒有外磁場(chǎng)時(shí)的一個(gè)能級(jí),在外磁場(chǎng)作用下將分裂成2J

3、+1個(gè)子能級(jí)。每個(gè)子能級(jí)的附加能量由上式?jīng)Q定,它正比于磁場(chǎng)強(qiáng)度B和朗德因子g。3.能級(jí)分裂下的躍遷 設(shè)某一譜線是由能級(jí)E2和E1間的躍遷產(chǎn)生的,則在該譜線的頻率與能級(jí)差有如下關(guān)系:12EEh 在外磁場(chǎng)的作用下,上、下兩能級(jí)分別分裂為2J2+1和2J1+1個(gè)子能級(jí),附加能量分別為E2和E1。則由能級(jí)間的躍遷而產(chǎn)生的新譜線的頻率 滿足。hBmehgMgMhEEEEEEEEh2)()()()()(112212121122與無(wú)磁場(chǎng)時(shí)的譜線相比，頻率改變?yōu)橛貌〝?shù)（ ）差 來(lái)表示，則有c其中 稱為洛侖茲單位。若B的單位用T（特斯拉）則L的單位為 /cmLgMgMmceBgMgM)()4/()(112211

4、22)4/()(1122meBgMgMmceBL4汞的546.074nm譜線是 到 躍遷的結(jié)果。能級(jí)分裂為三個(gè)子能級(jí)，下能級(jí)分裂為五個(gè)能級(jí)，選擇定則允許的躍遷共有九種。因此，原來(lái)的 譜線將分裂成九條譜線。分裂后的九條譜線是等距的，間距都為二分之一的洛侖茲單位，九條譜線的光譜范圍為4個(gè)洛侖茲單位。各線段的長(zhǎng)度表示譜線的相對(duì)強(qiáng)度。用上面所述的方法，可以求出它的塞曼分裂。下圖表示在外磁場(chǎng)作用下， 和 能級(jí)的分裂。1366SSS2376PPS13S23P23P表21123gMP2213gMS13S13S23P23P13S法拉第-塞曼效應(yīng)綜合實(shí)驗(yàn)儀 電源故障電流調(diào)節(jié)工作電壓調(diào)節(jié)電流（）電壓（）汞燈上海復(fù)

5、旦天欣科教儀器有限公司校正顯示調(diào)零磁感應(yīng)強(qiáng)度顯示（）說(shuō)明：A、勵(lì)磁電源電壓、電流顯示轉(zhuǎn)換開關(guān)；B、勵(lì)磁電源電壓或電流顯示（電壓?jiǎn)挝唬悍?，電流單位：安培）；C、勵(lì)磁電源電流調(diào)節(jié)旋鈕（順時(shí)針增大）；D、磁感應(yīng)強(qiáng)度顯示調(diào)零旋鈕；E、磁感應(yīng)強(qiáng)度顯示（單位：特斯拉）；F、電源開關(guān)（控制勵(lì)磁電源和磁感應(yīng)強(qiáng)度測(cè)量）；G、勵(lì)磁電源正常工作指示燈；H、勵(lì)磁電源電壓調(diào)節(jié)旋鈕（順時(shí)針增大）；I、勵(lì)磁電源非正常工作指示燈（指示勵(lì)磁電源過(guò)熱）；J、磁感應(yīng)強(qiáng)度測(cè)量校正旋鈕（出廠時(shí)已校正完成，勿輕易調(diào)節(jié)）；K、筆形汞燈電源開關(guān)（“按下去”為“接通電源”,此時(shí)汞燈發(fā)光）。2、汞光譜燈本實(shí)驗(yàn)中用作光源，產(chǎn)生汞的譜線。注意光譜

6、燈同時(shí)產(chǎn)生較強(qiáng)紫外線。應(yīng)避免直接觀測(cè)光源。3、電磁鐵磁場(chǎng)由電磁鐵提供。調(diào)節(jié)激磁電源電流的大小可以獲得不同強(qiáng)度的磁場(chǎng)。電流值由直流電流表讀出。F-P標(biāo)準(zhǔn)具(1)F-P標(biāo)準(zhǔn)具的原理及性能F-P標(biāo)準(zhǔn)具由兩塊平面平晶及中間的間隔圈組成。平晶內(nèi)表面需經(jīng)過(guò)精密加工,精度高于/20。內(nèi)表面鍍有高反射膜,反射率高于90%。間隔距離可通過(guò)螺絲調(diào)節(jié)。以保證兩內(nèi)表面嚴(yán)格平行。設(shè)A,B兩平面間的距離為d,空氣折射率n1,則相鄰兩束透射光之間的光程差便是=2dcos，因此，產(chǎn)生干涉極大時(shí)應(yīng)滿足=2dcos=k式中k為整數(shù), 為入射角。(2)F-P標(biāo)準(zhǔn)具的調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)標(biāo)準(zhǔn)具時(shí),主要是要使兩個(gè)內(nèi)表面嚴(yán)格平行。將光源,透鏡和標(biāo)準(zhǔn)

7、具按規(guī)定放好。水平移動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)具找到干涉環(huán),使其中心位于反射片的中心。左右移動(dòng)眼睛觀察。如果在移動(dòng)過(guò)程中有冒環(huán)或吸環(huán)的現(xiàn)象,則說(shuō)明兩個(gè)內(nèi)表面水平方向不平行。這時(shí)可以調(diào)節(jié)標(biāo)準(zhǔn)具下方的兩個(gè)螺絲。冒環(huán)方向相應(yīng)的間距大,因此應(yīng)將這個(gè)方向的螺絲旋緊,或者把另一方向的螺絲放松。通過(guò)調(diào)節(jié),應(yīng)達(dá)到左右移動(dòng)眼睛時(shí),無(wú)冒環(huán)或吸環(huán)現(xiàn)象。然后再豎直移動(dòng)眼睛,如果眼睛上移時(shí)出現(xiàn)冒環(huán),可以旋緊上方螺絲或同時(shí)放松下方的兩個(gè)螺絲;反之,可以放松上方螺絲或同時(shí)放松下方的兩個(gè)螺絲。依此,在水平和豎直兩個(gè)方向反復(fù)多次調(diào)節(jié),達(dá)到無(wú)論怎樣移動(dòng)眼睛,均不出現(xiàn)冒環(huán)和吸環(huán)現(xiàn)象。這時(shí)用望遠(yuǎn)鏡觀察就可看到細(xì)而銳的干涉環(huán)了。由上可知D2是與干涉級(jí)項(xiàng)k無(wú)關(guān)的常數(shù)。 NfDh811222 kfDd8112222221DDdvababBmceL4222DdBDcmeab1、橫向觀察塞曼分裂2測(cè)定 ，進(jìn)而求出電子的荷質(zhì)比e/m數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理1