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1、野用南昌大学物理实验报告学生姓名：学号:5502210039专业班级：应物101班实验时间：教师编号：些 成绩：塞曼效应一、实验目的1. 观察塞曼效应现象，把实验结果与理论结果进行比较。2. 学习观测塞曼效应的实验方法。3. 计算电子核质比。二、实验仪器WPZ III型塞曼效应实验仪三、实验原理塞曼效应：在外磁场作用下，由于原子磁矩与磁场相互作用，使原子能级产 生分裂。垂直于磁场观察时，产生线偏振光（线和 线）；平行于磁场观察时， 产生圆偏振光（左旋、右旋）。按照半经典模型，质量为m，电量为e的电子绕原子核转动，因此，原子具 有一定的磁矩，它在外磁场B中会获得一定的磁相互作用能日，由于原子的磁
2、 矩j与总角动量Pj的关系为g9（1）J 2m J其中g为朗德因子，与原子中所有电子德轨道和自旋角动量如何耦合成整个 原子态的角动量密切相关。因此，e E B cos g P B cos （2）其中 是磁矩与外加磁场的夹角。又由于电子角动量空间取向的量子化，这 种磁相互作用能只能取有限个分立的值，且电子的磁矩与总角动量的方向相艮 因此匕在外磁场方向上，PjCosM 9 M J,J 1, , J （3）学生姓名：刘惠文 学号：5502210039专业班级：应物101班he，4 m实验时间：教师编号：皿 成绩：称为玻尔磁子，式中h是普朗克常量，J是电子的总角动量，M是磁量子数。设:E。为未加磁场时
3、原子的能量，则原子在外在磁场中的总能量为E E0 Mg BB (4)由于朗德因子8与原子中所有电子角动量的耦合有关，因此，不同的角动量 耦合方式其表达式和数值完全不同。在L S耦合的情） 兄下，设原子中电子轨道运动和自旋运动的总磁矩、总角动量及其量子数分别为、P、L和、P、L LS SS，它们的关系为p ,.,nr-h 2m L 2m 2-P且寸厦5乂, m S m2与PL和PS的夹角分别为LJ和，根据矢量合成原理，只要将二者在SJ方向的投影相加即可得到形如J（1）式的总电子磁矩和总轨道角动量的关系:coscose ,2 (P cos2P cos )e 片 2 P2 2m J 2pj(1 P2
4、 P2 j2P2j2p2P2m JP2市JP2)其中朗德因子为J(J 1) L(L 1) S(S 1)2J(J 1)由（火）式中可以看出，由于M共有（2J +1）个值，所以原子的这个能级在南昌大学物理实验报告学生姓名：刘惠文 学号：5502210039专业班级：应物101班实验时间：教师编号：皿 成绩：外磁场作用下将会分裂为(2 J +1)个能级，相邻两能级间隔为g bB。因为g由 量子态决定，所以不同能级分裂的子能级间隔不同。设频率为 的谱线是由原子的上能级匕跃迁到下能级Ei所产生的，则h E2 E磁场中新谱线频率变为，则h(E2E2) (E1E1)E E (Mg M g )eB212 21
5、 1频率差为 =一 =h =4 0-的2&2曲 y用波数差表示为 =4 mC =(M 2g2 M1g1)L，其中L为洛伦兹单B e位，L = 4 c m1. 线和线：跃迁时M的选择定则：M M2 M1 0，调节F-P标准具。2. 调整光路。3. 观察观察汞绿线546.1nm在加上磁场前后和不断增大磁场时的干涉圆环 的变化情兄；转动偏振片确定哪些谱线是兀成份，哪些是。成份；描述现象并加 以理论说明。4. 在励磁电流I=3A(B=1.2T)条件下调出塞曼分裂的兀谱线，用软件处理图片, 测出e/m的值。，当M =0时，垂直于磁场方向观察时，产生的振动方向平行于磁场的线偏 振光叫 线；平行于磁场观察时
6、 线成分不出现。当M = 1时，垂直于磁场方向观察时，产生的振动方向垂直于磁场的线偏 振光叫线；平行于磁场观察时，产生圆偏振光，M = 1，偏振转向是沿磁场 方向前进的螺旋转动方向，磁场指向观察者时，为左旋圆偏振光；M = 1，偏 振转向是沿磁场方向倒退的螺旋转动方向，磁场指向观察者时，为右旋圆偏振光。2. 错序观察法：汞546.1nm谱线在磁场作用下分裂为9条子谱线，其裂距相等为；L。其 中3条线，6条线。采用加大磁场的方法使某些分量错序，并且正好与相邻 干涉序的另一些分量重叠(即错序观察法)，从而测得磁场强度B。学生姓名：刘惠文 学号：5502210039专业班级：应物101班实验时间：教
7、师编号：皿 成绩：对同一干涉序不同波长和的波长差关系为: 其波数的关系为1 D2 D2Vk1 Vk 20 2； de -L -A=2 =24cm,则口3. 计算荷质比m ：-L因为各子谱线裂距为2 ，所以波数差一 24 c B _ 8 c 0.2335 9 x 2d四、实验内容 1dgp南昌大学物理实验报告学生姓名：刘惠文 学号：5502210039专业班级：应物101班实验时间：教师编号：皿 成绩：五、实验数据处理e由实验测得数据知：m测一c*ge e布e百八订拦 E m 测叱 100 =1.77 1.76 100 =0.57所以曰刀I天差e1 76m理六、实验误差分析1. 实验仪器的精准度不高2. 实验过程中画圈测圆的半径时，由于是目测的，导致无法精确3. 实验过程中有部分光线的干扰等等七、实验总结及体会1. 通过实验，是自己了解并掌握了塞满效应的基本原理。2. 由该实验的操作，又学会了测量荷质比的另一种方法。3. 掌握了 WPZ III型塞曼效应实验仪的基本的使用操作。未加磁场的曲线图曲线图曲线图曲线图
