塞曼效應實驗報告

1、近代物理實驗報告塞曼效應實驗學院班級姓名學號時間2014年3月16日塞曼效應實驗實驗報告【摘要】：本實驗通過塞曼效應儀與一些觀察裝置觀察汞（33P2躍遷）的塞Hg） 546.1nm 譜線（ S 1曼分裂，從理論上解釋、分析實驗現(xiàn)象，而后給出橫效應塞滿分裂線的波數(shù)增量，最后得出荷質比?！娟P鍵詞】：塞曼效應、汞546.1nm、橫效應、塞滿分裂線、荷質比【引言】：塞曼效應是原子的光譜線在外磁場中出現(xiàn)分裂的現(xiàn)象，是1896 年由荷蘭物理學家塞曼發(fā)現(xiàn)的。首先他發(fā)現(xiàn)，原子光譜線在外磁場發(fā)生了分裂；隨后洛侖茲在理論上解釋了譜線分裂成條的原因，這種現(xiàn)象稱為“塞曼效應”。在后來進一步研究發(fā)現(xiàn)，很多原子的光譜在磁

2、場中的分裂情況有別于前面的分裂情況，更為復雜，稱為反常塞曼效應。塞曼效應的發(fā)現(xiàn)使人們對物質光譜、原子、分子有更多了解，塞曼效應證實了原子磁矩的空間量子化，為研究原子結構提供了重要途徑，被認為是19 世紀末 20 世紀初物理學最重要的發(fā)現(xiàn)之一。利用塞曼效應可以測量電子的荷質比。在天體物理中，塞曼效應可以用來測量天體的磁場。本實驗采取Fabry-Perot（以下簡稱F-P）標準具觀察Hg 的 546.1nm 譜線的塞曼效應，同時利用塞滿效應測量電子的荷質比?！菊摹浚阂?、塞曼分裂譜線與原譜線關系1、磁矩在外磁場中受到的作用(1) 原子總磁矩在外磁場中受到力矩的作用：其效果是磁矩繞磁場方向旋進，也就

3、是總角動量（PJ）繞磁場方向旋進。(2) 磁矩在外磁場中的磁能：由于或在磁場中的取向量子化，所以其在磁場方向分量也量子化： 原子受磁場作用而旋進引起的附加能量M為磁量子數(shù)g 為朗道因子，表征原子總磁矩和總角動量的關系，g 隨耦合類型不同（LS 耦合和 jj耦合）有兩種解法。在LS 耦合下：其中：為總軌道角動量量子數(shù)為總自旋角動量量子數(shù)為總角動量量子數(shù)M只能取 J， J-1 ， J-2-J （共 2J+1）個值，即E 有(2J+1) 個可能值。無外磁場時的一個能級，在外磁場作用下將分裂成（2J+1）個能級，其分裂的能級是等間隔的，且能級間隔2、塞曼分裂譜線與原譜線關系：基本出發(fā)點：分裂后譜線與原

4、譜線頻率差由于為方便起見，常表示為波數(shù)差定義為洛侖茲單位：3、譜線的偏振特征：塞曼躍遷的選擇定則為：M=0 時為 成份（ 型偏振）是振動方向平行于磁場的線偏振光，只有在垂直于磁場方向才能觀察到，平行于磁場方向觀察不到；但當J=0時， M2=0到 M1=0的躍遷被禁止。當 M= 1時，為 成份， 型偏振垂直于磁場，觀察時為振動垂直于磁場的線偏振光。平行于磁場觀察時，其偏振性與磁場方向及觀察方向都有關：沿磁場正向觀察時（即磁場方向離開觀察者：U）M= +1為右旋圓偏振光（+偏振）M= -1 為左旋圓偏振光（- 偏振）也即，磁場指向觀察者時：M= +1為左旋圓偏振光M= -1 為右旋圓偏振光分析的總

5、思路和總原則:在輻射的過程中，原子和發(fā)出的光子作為整體的角動量是守恒的。原子在磁場方向角動量為：在磁場指向觀察者時：當M= +1時，光子角動量為，與同向電磁波電矢量繞逆時針方向轉動，在光學上稱為左旋圓偏振光。M= -1 時，光子角動量為，與反向電磁波電矢量繞順時針方向轉動，在光學上稱為右旋圓偏振光。例： Hg 5461? 譜線， 6S7S 3S1 6S6P 3P2能級躍遷產生分裂后，相鄰兩譜線的波數(shù)差實驗方法：觀察塞曼分裂的方法：塞曼分裂的波長差很小由于以 Hg 5461 ?譜線為例當處于B=1T 的磁場中要觀察如此小的波長差，用一般的棱鏡攝譜儀是不可能的，需要用高分辨率的儀器，如法布里珀羅標

6、準器（FP 標準具）。F P 標準具由平行放置的兩塊平面板組成的，在兩板相對的平面上鍍薄銀膜和其他有較高反射系數(shù)的薄膜。兩平行的鍍銀平面的間隔是由某些熱膨脹系數(shù)很小的材料做成的環(huán)固定起來。若兩平行的鍍銀平面的間隔不可以改變，則稱該儀器為法布里珀羅干涉儀。標準具在空氣中使用時，干涉方程（干涉極大值）為標準具有兩個特征參量自由光譜范圍和分辨本領。自由光譜范圍的物理意義：表明在給定間隔圈原度為d 的標準具中，若入射光的波長在 + 間（或波數(shù)在間）所產生的干涉圓環(huán)不重疊，若被研究的譜線波長差大于自由光譜范圍，兩套花紋之間就要發(fā)生重疊或錯級，給分析帶來困難，因此在使用標準具時，應根據(jù)被研究對象的光譜波長

7、范圍來確定間隔圈的厚度。分辨本領：（）：對于 F P標準具N為精細度，兩相鄰干涉級間能夠分辨的最大條紋數(shù)R為反射率， R 一般在 90%（當光近似于正入射時）例如： d=5mm， R=90%， =546.1nm 時 =0.001nm二、實驗儀器與裝置該實驗可采用多種儀器與方法，一般常用的是在塞曼效應儀上加以不同的觀察裝置。觀察塞曼效應的實驗裝置圖如下所示：汞燈光由會聚透鏡成平行光，經濾光片后546.1 埃光入射到F P 標準具上，由偏振片鑒別成分和成分，再經成像透鏡將干涉圖樣成像在攝譜儀膠片或望遠鏡CCD光敏面處。觀察塞曼效應時，可將電磁鐵極中的芯子抽出，磁極轉90o，光從磁極中心痛過。將1/

8、4波片置于偏振片前方，轉動偏振片可以觀測成分的左旋和右旋圓偏振光。本實驗室的WPZ II / II A塞曼效應儀，采用CCD望遠鏡觀察，計算機采集圖像并處理，整套儀器組成如下圖：三、 實驗目的觀察塞曼效應儀，理解理論學習內容。掌握測量波長差的原理。測量荷質比。四、實驗內容與方法本實驗通過塞曼效應儀與一些觀察裝置觀察汞（33躍遷）的塞Hg） 546.1nm 譜線（S P21曼分裂，用F P 標準具測量波長差及電子的荷質比。將汞燈調節(jié)到磁場最強處，按上圖調整光學系統(tǒng)，調節(jié)各光學部件同軸等高。注意：調節(jié)共軸等高是本實驗的一個關鍵點也是一個難點，可以采用二次成像法來調節(jié)。二次成像法：利用凸透鏡能在較近

9、與較遠處成像，通過觀察這兩個清晰像的中心相同來調節(jié)共軸等高。觀察汞（ Hg） 546.1nm 譜線在 B=0 與 B 0 時的物理圖像。轉動偏振片，檢查橫效應和縱效應下分裂的成分。（本實驗主要研究橫效應）3. 測量與數(shù)據(jù)處理：將橫效應的成分觀察到的圖像保存成jpg或 bmp格式，用塞曼效應分析軟件測量出k、 k-1和k-2級各干涉圓環(huán)的直徑，用特斯拉計測量汞燈處的磁場B。利用已知常數(shù)d（ d=2mm）及公式計算出?v，再計算e/m。五、實驗數(shù)據(jù)及結論1. 實驗數(shù)據(jù)：已知常數(shù)：汞燈波長546.1nm，標準具間距d=2mm，理論荷質比e/m=1.75881962 1011 C/kg 。實驗測得：加

10、磁場時汞燈處B=1235mT，B=0 時能級圖：B=1.235T 時的能級圖：從圖中我們可以清楚的看到，在加磁場后，汞546.1nm 譜線明顯發(fā)生塞曼分裂，每一條譜線分裂成3 條（有橫效應的前提）。用塞曼效應分析軟件處理后結果為：從圖中我們可以看出所得到的電子的荷質比為1.865 （此處未加上數(shù)量級），與理論的1.7588 的誤差為： 1.865 1.7588 100% 6.04% 。（誤差產生的原因有兩方面：1. 軟件處1.7588理時畫圓定點不夠仔細， 2. 調節(jié)共軸等高時有一定誤差）同時，本實驗由于時間等原因未能進行多次測量。2. 理論計算我們知道理論46.7 B(m 1T1) ，因為1

11、 1M 2 g2 M 1 g1eB, 代入理4 mc論的荷質比（ e/m）與實際的磁場強度B，后得出M 2 g2 M 1g10.81，而實際Dk2 () Dk2 () ，代入結果圖中的數(shù)據(jù)得kDk2 1 ( ) Dk2 ( )50 ，同時將公示簡單變形后能得出荷質比e/ m 1.8841011 ，與軟件得出結果較為接近。3. 誤差分析1）調節(jié)共軸等高的時候存在誤差。2）軟件處理畫圓時存在誤差。3）實驗本身存在的誤差。六、實驗反思塞曼效應實驗作為一個經典的物理現(xiàn)象，在實驗過程中我們基本能看到所預期的現(xiàn)象，但總是存在所成的圖像不夠完善。造成這一問題的根本原因在于調節(jié)共軸等高，如果這個調好了，那么整

12、個實驗是會相當順利的。最后經過這次實驗我對上個學期原子物理中理論上所學的塞曼效應有了更深入的理解。XXXX項目可行性研究報告報告日期XXXX年XXXX月XXXX日目錄第一節(jié)項目概況一、項目背景二、投資方簡介三、目標公司簡介第二節(jié)擬投資行業(yè)及市場概況第三節(jié)項目實施的必要性與可行性一、項目實施的必要性二、目標公司市場分析三、項目實施的可行性第四節(jié)項目內容及實施方案第五節(jié)項目效益分析一、經營收入估算二、經營總成本估算三、經營利潤與財務評價第六節(jié)項目風險分析及對策一、市場風險及對策二、技術風險及對策三、財務風險及對策第七節(jié)投資方案一、收購定價二、預計投資總額三、資金來源與支付四、 后續(xù)發(fā)展方案第六節(jié)報

13、告結論第一節(jié)項目概況一、項目背景說明項目提出的背景、投資理由、擬投資國家的投資環(huán)境、在可行性研究前已經進行的工作情況及其成果、重要問題的決策和決策過程等情況。二、投資方簡介1、投資方基本情況及經營情況包括目標公司基本工商注冊信息、產業(yè)布局、主要產品及用途、員工情況、股權結構及控股方信息、行業(yè)地位、歷史沿革等。2、投資方實力和優(yōu)勢分析三、目標公司簡介1、基本信息包括目標公司基本工商注冊信息、產業(yè)布局、主要產品及用途、員工情況、股權結構及控股方信息、行業(yè)地位、歷史沿革等。2、經營情況1）經營情況公司的產品在市場上進行銷售、服務的發(fā)展現(xiàn)狀，包括歷年產量、銷售收入等。2）資產負債情況公司主要財務指標，

14、要求能夠反映公司盈利能力、經營能力、償債能力等。第二節(jié) 擬投資行業(yè)及市場概況1、國內相關行業(yè)及市場概況2、國際相關行業(yè)及市場概況第三節(jié) 項目實施的必要性與可行性一、項目實施的必要性主要圍繞公司戰(zhàn)略目標，根據(jù)公司產業(yè)資源協(xié)同發(fā)展的需要以及產品規(guī)劃，結合產業(yè)政策等有關因素的支持與制約，論證項目投資的必要性。二、目標公司市場分析運用統(tǒng)計分析原理，分析目標公司產品銷售變化及市場發(fā)展趨勢。1、市場規(guī)模研究目標公司產品及行業(yè)的整體規(guī)模，具體包括目標公司產品及行業(yè)在指定時間的產量、銷售收入等。2、行業(yè)分析主要包括行業(yè)內主要品牌市場占有率、行業(yè)總銷售量年增長率、行業(yè)發(fā)展方向、市場發(fā)展方向等。3、競爭格局包括主

15、要競爭企業(yè)基本資料、主要品牌經營策略、競爭品牌近三年發(fā)展情況、行業(yè)競爭態(tài)勢未來發(fā)展預測等。三、項目實施的可行性主要表現(xiàn)在以下方面：技術可行性。主要分析目標企業(yè)產品技術現(xiàn)狀與規(guī)劃是否符合公司戰(zhàn)略，技術部門對目標公司實施的技術在行業(yè)內進行比選和評價，合理評估其技術先進性。經濟可行性。主要從企業(yè)理財?shù)慕嵌冗M行資本預算，評價項目的財務盈利能力，預測項目投資回收期、凈現(xiàn)值等財務指標。社會影響。主要從資源配置的角度衡量項目的價值，評價項目在符合區(qū)域經濟發(fā)展目標、有效配置經濟資源、增加供應、創(chuàng)造就業(yè)、改善環(huán)境等方面的效益。風險因素及對策。主要對項目的市場風險、技術風險、財務風險、法律風險及社會風險等風險因素進行評價，制定規(guī)避風險的對策，為項目全過程的風險管理提供依據(jù)。第四節(jié)項目效益分析一、經營收入估算根據(jù)行業(yè)及公司歷史數(shù)據(jù)對目標公司未來五年經營收入進行合理預測。二、經營總成本估算合理估算目標公司未來五年主營業(yè)務成本、期間費用和稅金支出等。三、經營利潤與財務評價合理估算目標公司未來五年的盈利水平，并估算項目投資回收期、內部收益率、凈現(xiàn)值等財務指標。第五節(jié)項目風險分析及對策本項目實施過程中，可能會面臨來自各方面的風險，須對項目的政策風險、國別風險、市場風險、技術風險、管理風險、財務及稅務風險、法律風險、經濟及社會風險、后續(xù)整合風險等風險因素進行評價，制定規(guī)避風險的對策，為項目全過程的風險管理提供依