塞曼效應(yīng)實驗報告完整版

1、攀南昌大學物理實驗報告學生姓名：學號：5502210039專業(yè)班級：應(yīng)物101班實驗時間：教師編號：T017成績：塞曼效應(yīng)一、實驗?zāi)康?. 觀察塞曼效應(yīng)現(xiàn)象，把實驗結(jié)果與理論結(jié)果進行比較2 .學習觀測塞曼效應(yīng)的實驗方法。3 .計算電子核質(zhì)比。二、實驗儀器WPZ 川型塞曼效應(yīng)實驗儀三、實驗原理塞曼效應(yīng)：在外磁場作用下，由于原子磁矩與磁場相互作用，使原子能級產(chǎn) 生分裂。垂直于磁場觀察時，產(chǎn)生線偏振光（江線和b線）；平行于磁場觀察時， 產(chǎn)生圓偏振光（左旋、右旋）。按照半經(jīng)典模型，質(zhì)量為m，電量為e的電子繞原子核轉(zhuǎn)動，因此，原子具 有一定的磁矩，它在外磁場B中會獲得一定的磁相互作用能，由于原子的磁 矩

2、叮與總角動量Pj的關(guān)系為其中g(shù)為朗德因子，與原子中所有電子德軌道和自旋角動量如何耦合成整個原子態(tài)的角動量密切相關(guān)。因此,二-g FJBcos： 2m(2)其中是磁矩與外加磁場的夾角。又由于電子角動量空間取向的量子化， 這種磁相互作用能只能取有限個分立的值，且電子的磁矩與總角動量的方向相反, 因此在外磁場方向上,-Pj COS：二 M觀南昌大學物理實驗報告式中h是普朗克常量，J是電子的總角動量,M是磁量子數(shù)。設(shè):he4 m學生姓名：劉惠文實驗時間：學號：5502210039專業(yè)班級：應(yīng)物101班 教師編號：T017成績：稱為玻爾磁子，Eo為未加磁場時原子的能量，貝U原子在外在磁場中的總能量為E

3、二 E0二 E0 MgbB (4)由于朗德因子g與原子中所有電子角動量的耦合有關(guān)， 因此，不同的角動量 耦合方式其表達式和數(shù)值完全不同。在 L-S耦合的情況下，設(shè)原子中電子軌道 運動和自旋運動的總磁矩、總角動量及其量子數(shù)分別為人、PL、L和卩s、PS、S，它們的關(guān)系為%=產(chǎn)斤二子(5)2m 2m2 兀%Ps = ° S(S 1) oh , (6)mm2 二設(shè)Pj與Pl和Ps的夾角分別為«lj和asj，根據(jù)矢量合成原理，只要將二者在方向的投影相加即可得到形如(1)式的總電子磁矩和總軌道角動量的關(guān)系: J 二 JL COS LJCOS SJe(Pl COS： LJ 2PsCOS

4、： sj)2m2Pj2Pj= 2(Pj2 Pl2-Ps2 2巧一£ P；) (7) 2m2Pj=(卑嚴)尹2FJ2m其中朗德因子為1+J(J+1)-L(L+1) + S(S+1)( 8)2J(J +1)由(*)式中可以看出，由于 M共有(2 J + 1)個值，所以原子的這個能級在攀南昌大學物理實驗報告學生姓名：劉惠文實驗時間：學號：55022i0039專業(yè)班級：應(yīng)物i0i班 教師編號：T0i7成績：外磁場作用下將會分裂為(2J +1)個能級，相鄰兩能級間隔為glBB。因為g由 量子態(tài)決定，所以不同能級分裂的子能級間隔不同。設(shè)頻率為的譜線是由原子的上能級E2躍遷到下能級El所產(chǎn)生的，則

5、h、= E2 - E1磁場中新譜線頻率變?yōu)閯th = (E2 一也)-(EiEJ-E - : Ei(M 2 g2 - M i gi )eB頻率差為"h =4 m(Mzg? -MigJeB用波數(shù)差表示為"： =4mc=(M2g2-Migi)L，其中L為洛倫茲單B £位，L = 48 m1. 二線和二線：躍遷時M的選擇定則：W二M2-Mi=0，_ i，當M =0時，垂直于磁場方向觀察時，產(chǎn)生的振動方向平行于磁場的線偏 振光叫二線；平行于磁場觀察時二線成分不出現(xiàn)。當M =二i時，垂直于磁場方向觀察時，產(chǎn)生的振動方向垂直于磁場的線偏 振光叫匚線；平行于磁場觀察時，產(chǎn)生圓偏振

6、光，M = i，偏振轉(zhuǎn)向是沿磁場方向前進的螺旋轉(zhuǎn)動方向，磁場指向觀察者時，為左旋圓偏振光；M = T，偏振轉(zhuǎn)向是沿磁場方向倒退的螺旋轉(zhuǎn)動方向，磁場指向觀察者時，為右旋圓偏振光。2. 錯序觀察法：J L汞546.inm譜線在磁場作用下分裂為9條子譜線，其裂距相等為2 。其 中3條二線，6條二線。采用加大磁場的方法使某些分量錯序，并且正好與相鄰 干涉序的另一些分量重疊(即錯序觀察法)，從而測得磁場強度B轡南昌大學物理實驗報告學生姓名：劉惠文實驗時間：學號：5502210039專業(yè)班級：應(yīng)物101班 教師編號：T017成績：對同一干涉序不同波長和的波長差關(guān)系為:其波數(shù)的關(guān)系為'2 2Vk_r

7、 Vk1 D 廠 Dk2d D2k_r D2ke3. 計算荷質(zhì)比m :1 ,1 ,1 B e eL L因為各子譜線裂距為2 ，所以波數(shù)差二2二2 48 m，則m二2 .'：4 二cB= 8心 0.2335(9 - x / 2d 漢頁四、實驗內(nèi)容1. 調(diào)節(jié)F-P標準具2. 調(diào)整光路。3. 觀察觀察汞綠線546.1 nm在加上磁場前后和不斷增大磁場時的干涉圓環(huán)的變化情況；轉(zhuǎn)動偏振片確定哪些譜線是n成份，哪些是c成份；描述現(xiàn)象并加以理論說明。4. 在勵磁電流I=3A (B=1.2T)條件下調(diào)出塞曼分裂的n譜線，用軟件處理圖片， 測出e/m的值。P南昌大學物理實驗報告學生姓名：劉惠文實驗時間：學號：5502210039專業(yè)班級：應(yīng)物101班 教師編號：T017成績：五、實驗數(shù)據(jù)處理由實驗測得數(shù)據(jù)知:-測=1.77c/kgmeeL m 測一 m 理 “c 1.77-1.76 “c c所以百分誤差E= mm100 =100 =0.57£ 理176m:件幣址For fin2LD0 -遂酗應(yīng)替能井柝齋扯*血伽嚥六、實驗誤差分析1. 實驗儀器的精準度不高2. 實驗過程中畫圈測圓的半徑時，由于是目測的，導(dǎo)致無法精確3. 實驗過程中有部分光線的干擾等等七、實驗總結(jié)及體會1. 通過實驗，是自己了解并掌握了塞滿效應(yīng)的基本原理。2. 由該