塞曼效應(yīng)實(shí)驗報告完整版

1、南昌大學(xué)物理實(shí)驗報告學(xué)生姓名： 劉惠文 學(xué)號： 理 專業(yè)班級：應(yīng)物101班實(shí)驗時間： 教師編號：T017 成績： 塞曼效應(yīng)一、實(shí)驗?zāi)康? .觀察塞曼效應(yīng)現(xiàn)象，把實(shí)驗結(jié)果與理論結(jié)果進(jìn)行比較2 .學(xué)習(xí)觀測塞曼效應(yīng)的實(shí)驗方法。3 .計算電子核質(zhì)比。二、實(shí)驗儀器WPZ一m型塞曼效應(yīng)實(shí)驗儀三、實(shí)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(線和線)；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E,由于原子的磁矩j與總角動

2、量Pj的關(guān)系為ejgPj(1)2m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，eEJBcosgFJBcos(2)2m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，hPJcosM,MJ,J1,L,J(3)2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)：be4m稱為玻爾磁子，Eo為未加磁場時原子的能量，則原子在外在磁場中的總能量為EEoEEoMgbB(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

3、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)動和自旋運(yùn)動的總磁矩、總角動量及其量子數(shù)分別為l、Pl、L和s、Ps、S,它們的關(guān)系為l2PL2m(6)s£艮m設(shè)Pj與Pl和Ps的夾角分別為LJ和SJ,根據(jù)矢量合成原理，只要將二者在J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:L8sLJsCOSSJ(Pl COS lj2 Ps COS sj)2m2222Pje( PJ Pl Ps2m2Pj22(1 JT)2PJ2Jg.2mP.2p12Pj2mPJ其中朗德因子為J(J1)L(L1)s(s1)2J(J1).由（*）式中可以看出，由于M共有（2J+1）個

4、值，所以原子的這個能級在外磁場作用下將會分裂為(2J+1)個能級，相鄰兩能級間隔為gbb。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巳躍遷到下能級E1所產(chǎn)生的，則hE2E1磁場中新譜線頻率變?yōu)?，則h(E2E2)(E1E1)E2E1(M2g2M®)eB頻率差為=一=h=4m(M2g2M1g1)eB用波數(shù)差表示為=4mc=(M2g2M1g1)L,其中L為洛倫茲單B£位，L=4cm1.線和線：躍遷時M的選擇定則：MM2M10,1,當(dāng)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線；平行于磁場觀察時線成分不出現(xiàn)。當(dāng)M=

5、1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線；平行于磁場觀察時，產(chǎn)生圓偏振光，M=1,偏振轉(zhuǎn)向是沿磁場方向前進(jìn)的螺旋轉(zhuǎn)動方向，磁場指向觀察者時，為左旋圓偏振光；M=1,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：LL汞譜線在磁場作用下分裂為9條子譜線，其裂距相等為了。其中3條線，6條線。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(qiáng)度B。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_2%1 %1D；D2k2dD"D2ke3.計算荷質(zhì)比m:因

6、為各子譜線裂距為2L,所以波數(shù)差-L24 cB = 8 c 0.2335 9x 2d四、實(shí)驗內(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九成份，哪些是6成份；描述現(xiàn)象并加以理論說明。4 .在勵磁電流I=3A(B=)條件下調(diào)出塞曼分裂的冗譜線，用軟件處理圖片，測出e/m的值。南昌大學(xué)物理實(shí)驗報告學(xué)生姓名：劉惠文學(xué)號：_J9專業(yè)班級：應(yīng)物101班實(shí)驗時間：教師編號：T017成績：五、實(shí)驗數(shù)據(jù)處理由實(shí)驗測得數(shù)據(jù)知：*測=1.77mc/kg所以百分誤差Ee e一測一理mme一理 m1.771.76100=100=0.571.76六、實(shí)驗誤差分析1 .實(shí)驗儀器的精準(zhǔn)度不高2 .實(shí)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(shí)驗過程中有部分光線的干擾等等七、實(shí)驗總結(jié)及體