塞曼效應(yīng)實(shí)驗(yàn)報(bào)告材料完整版

1、實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案南昌大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告學(xué)生姓名：學(xué)號(hào)： 5502210039 專業(yè)班級(jí)： 應(yīng)物 101 班實(shí)驗(yàn)時(shí)間：教師編號(hào)： T017成績(jī)：塞曼效應(yīng)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?觀察塞曼效應(yīng)現(xiàn)象，把實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論結(jié)果進(jìn)行比較。2 學(xué)習(xí)觀測(cè)塞曼效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)方法。3 計(jì)算電子核質(zhì)比。二、實(shí)驗(yàn)儀器WPZ 型塞曼效應(yīng)實(shí)驗(yàn)儀三、實(shí)驗(yàn)原理塞曼效應(yīng)：在外磁場(chǎng)作用下， 由于原子磁矩與磁場(chǎng)相互作用，使原子能級(jí)產(chǎn)生分裂。垂直于磁場(chǎng)觀察時(shí)，產(chǎn)生線偏振光（線和線）；平行于磁場(chǎng)觀察時(shí)，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(dòng)，因此，原子具有一定的磁矩，它在外磁場(chǎng) B 中會(huì)獲得一定的磁相互作用

2、能 E ，由于原子的磁矩 J 與總角動(dòng)量 PJ 的關(guān)系為J g e PJ （1） 2m其中 g 為朗德因子，與原子中所有電子德軌道和自旋角動(dòng)量如何耦合成整個(gè)原子態(tài)的角動(dòng)量密切相關(guān)。因此，eEJ B cosgPJ B cos（2）其中 是磁矩與外加磁場(chǎng)的夾角。 又由于電子角動(dòng)量空間取向的量子化， 這種磁相互作用能只能取有限個(gè)分立的值，且電子的磁矩與總角動(dòng)量的方向相反，因此在外磁場(chǎng)方向上，PJ cosMh , M J , J 1, , J （3）2精彩文檔實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案南昌大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告學(xué)生姓名：劉惠文學(xué)號(hào)：5502210039 專業(yè)班級(jí)： 應(yīng)物 101 班實(shí)驗(yàn)時(shí)間：教師編號(hào)： T017成績(jī)：式中

3、 h 是普朗克常量， J 是電子的總角動(dòng)量， M 是磁量子數(shù)。設(shè)： Bhe，4m稱為玻爾磁子， E0 為未加磁場(chǎng)時(shí)原子的能量，則原子在外在磁場(chǎng)中的總能量為EE0EE0MgB B （4）由于朗德因子 g 與原子中所有電子角動(dòng)量的耦合有關(guān)，因此，不同的角動(dòng)量耦合方式其表達(dá)式和數(shù)值完全不同。在LS 耦合的情況下，設(shè)原子中電子軌道運(yùn)動(dòng)和自旋運(yùn)動(dòng)的總磁矩、總角動(dòng)量及其量子數(shù)分別為L(zhǎng)、PL、L和 S、PS、S，它們的關(guān)系為L(zhǎng)e PLeL (L 1) h , （5）2m2m2See(1) h,（ 6）PSS S2mm設(shè) PJ 與 PL 和 PS 的夾角分別為L(zhǎng)J 和 SJ ，根據(jù)矢量合成原理，只要將二者在J

4、 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(dòng)量的關(guān)系：JL cosLJS cosSJe(PL cos LJ2PS cosSJ )2mePJ2PL2PS2PJ2PL2PS22m(2PJ22PJ)（7）(1 PJ2PL2PS2 ) e P2PJ22m Jeg 2m PJ其中朗德因子為g 1J(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(gè)值，所以原子的這個(gè)能級(jí)在精彩文檔實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案南昌大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告學(xué)生姓名：劉惠文學(xué)號(hào)：5502210039 專業(yè)班級(jí)： 應(yīng)物 101 班實(shí)驗(yàn)時(shí)間：教師編號(hào)： T017成績(jī)：外磁場(chǎng)作用

5、下將會(huì)分裂為 （ 2 J 1）個(gè)能級(jí)，相鄰兩能級(jí)間隔為 g B B 。因?yàn)?g 由量子態(tài)決定，所以不同能級(jí)分裂的子能級(jí)間隔不同。設(shè)頻率為的譜線是由原子的上能級(jí)E2 躍遷到下能級(jí) E1 所產(chǎn)生的，則hE2E1磁場(chǎng)中新譜線頻率變?yōu)椋瑒t h(E2E2 ) (E1E1 )E2E1(M 2 g2 M 1g1 )eB頻率差為 h4 m ( M 2 g2M 1 g1 )eB (M 2 g 2M 1 g1 )L ，其中 L 為洛倫茲單用波數(shù)差表示為4mcB e位， L 4 c m1. 線和 線：躍遷時(shí) M 的選擇定則： MM2M1 0，1 ，當(dāng) M 0 時(shí)，垂直于磁場(chǎng)方向觀察時(shí)，產(chǎn)生的振動(dòng)方向平行于磁場(chǎng)的線偏

6、振光叫 線；平行于磁場(chǎng)觀察時(shí) 線成分不出現(xiàn)。當(dāng) M 1 時(shí)，垂直于磁場(chǎng)方向觀察時(shí)，產(chǎn)生的振動(dòng)方向垂直于磁場(chǎng)的線偏振光叫 線；平行于磁場(chǎng)觀察時(shí)，產(chǎn)生圓偏振光， M 1 ，偏振轉(zhuǎn)向是沿磁場(chǎng)方向前進(jìn)的螺旋轉(zhuǎn)動(dòng)方向，磁場(chǎng)指向觀察者時(shí)，為左旋圓偏振光；M1，偏振轉(zhuǎn)向是沿磁場(chǎng)方向倒退的螺旋轉(zhuǎn)動(dòng)方向，磁場(chǎng)指向觀察者時(shí)，為右旋圓偏振光。2.錯(cuò)序觀察法：1L汞 546.1nm 譜線在磁場(chǎng)作用下分裂為9 條子譜線，其裂距相等為 2。其中 3 條 線， 6 條 線。采用加大磁場(chǎng)的方法使某些分量錯(cuò)序，并且正好與相鄰干涉序的另一些分量重疊（即錯(cuò)序觀察法） ，從而測(cè)得磁場(chǎng)強(qiáng)度 B 。精彩文檔實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案南昌大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)報(bào)

7、告學(xué)生姓名：劉惠文學(xué)號(hào)：5502210039 專業(yè)班級(jí)： 應(yīng)物 101 班實(shí)驗(yàn)時(shí)間：教師編號(hào)： T017成績(jī)：對(duì)同一干涉序不同波長(zhǎng)和的波長(zhǎng)差關(guān)系為：其波數(shù)的關(guān)系為vk 1vk1 D'2kD2k2d D2D2kk 1e3.計(jì)算荷質(zhì)比 m ：1L1 L1Bee因?yàn)楦髯幼V線裂距為 2，所以波數(shù)差 2 24 cm ，則 m 24 cB 8 c 0.2335 9x 2d四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1. 調(diào)節(jié) F-P 標(biāo)準(zhǔn)具。2. 調(diào)整光路。3. 觀察觀察汞綠線 546.1nm 在加上磁場(chǎng)前后和不斷增大磁場(chǎng)時(shí)的干涉圓環(huán)的變化情況； 轉(zhuǎn)動(dòng)偏振片確定哪些譜線是成份， 哪些是成份； 描述現(xiàn)象并加以理論說(shuō)明。4. 在勵(lì)磁電流 I=3A（B=1.2T）條件下調(diào)出塞曼分裂的譜線， 用軟件處理圖片，測(cè)出 e/m 的值。精彩文檔實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案南昌大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告學(xué)生姓名：劉惠文學(xué)號(hào)：5502210039 專業(yè)班級(jí)： 應(yīng)物 101 班實(shí)驗(yàn)時(shí)間：教師編號(hào)： T017成績(jī)：五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理由實(shí)驗(yàn)測(cè)得數(shù)據(jù)知：e測(cè) =1.77c/ kgmee理1.771.76所以百分誤差 Em測(cè)me100=100 =0.571.76m 理精彩文檔實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案六、實(shí)驗(yàn)誤差分析1. 實(shí)驗(yàn)儀器的精準(zhǔn)度不高2. 實(shí)驗(yàn)過(guò)程中畫圈測(cè)圓的半徑時(shí)，由于是目測(cè)的，導(dǎo)致無(wú)法精確3. 實(shí)驗(yàn)過(guò)程中有部分光線的干擾等等七、實(shí)驗(yàn)總結(jié)及體會(huì)1. 通過(guò)實(shí)驗(yàn)