PAGEPAGE1課程：專業(yè)班號(hào)： 姓名： 學(xué)號(hào)同組者：塞曼效應(yīng)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、學(xué)習(xí)觀察塞曼效應(yīng)的方法觀察汞燈發(fā)出譜線的塞曼分裂；2、觀察分裂譜線的偏振情況以及裂距與磁場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系；3、利用塞曼分裂的裂距，計(jì)算電子的荷質(zhì)比em 數(shù)值。e二、實(shí)驗(yàn)原理1、譜線在磁場(chǎng)中的能級(jí)分裂設(shè)原子在無(wú)外磁場(chǎng)時(shí)的某個(gè)能級(jí)的能量為E0，相應(yīng)的總角動(dòng)量量子數(shù)、軌道量子數(shù)、LS。當(dāng)原子處于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B分裂為2J1層。各層能量為EE Mg B （1）0 B其中M為磁量子數(shù)，它的取值為J，J1，...，J共2J1個(gè)；g為朗德因子； 為B玻爾磁矩（B

hc ；B為磁感應(yīng)強(qiáng)度。4m對(duì)于LS耦合J（JL（LS（Sg1

2J（J

（2）假設(shè)在無(wú)外磁場(chǎng)時(shí)，光源某條光譜線的波數(shù)為 （~ 1 E E （

（3）0 hc

02 01式中h為普朗克常數(shù)；c為光速。而當(dāng)光源處于外磁場(chǎng)中時(shí)，這條光譜線就會(huì)分裂成為若干條分線，每條分線波數(shù)為別為（1 E E（

g Mg） Bhc0 0 hc 2 1

2 2 1 1 B~（Mg0 2

Mg）L1 1所以，分裂后譜線與原譜線的頻率差（波數(shù)形式）為g Mg）Lg Mg）Be0 2 2 1 1 2 2 1 1

（4）式中腳標(biāo)1、2分別表示原子躍遷后和躍遷前所處在的能級(jí)， L為洛倫茲單位 1（L46.7B外磁場(chǎng)的單位為特斯拉L米1特斯拉

M、M2 1的選擇定則是：0時(shí)為 成分，是振動(dòng)方向平行于磁場(chǎng)的線偏振光，只能在垂直于磁場(chǎng)的方向上才能觀察到，在平行于磁場(chǎng)方向上觀察不到，但當(dāng)J0時(shí)，M 到M 0的躍遷被禁止；M1時(shí)，成分，垂直于磁場(chǎng)觀察時(shí)為振動(dòng)垂2 1直于磁場(chǎng)的線偏振光，沿磁場(chǎng)正方向觀察時(shí)，M1為右旋偏振光，M1為左旋偏振光。若躍遷前后能級(jí)的自旋量子數(shù)S時(shí)的一條譜線在磁場(chǎng)作用下分裂成三條譜線，其中1對(duì)應(yīng)的仍然是0對(duì)應(yīng)的是態(tài)，分裂后的譜線與原譜線的波數(shù)差L效應(yīng)。

eB。這種效應(yīng)叫做正常塞曼2.法布里—珀羅標(biāo)準(zhǔn)具塞曼分裂的波長(zhǎng)差很小，波長(zhǎng)和波數(shù)的關(guān)系為2，若波長(zhǎng)5107m的B1011m來(lái)觀察。本實(shí)驗(yàn)采用法布里—珀羅（FP）標(biāo)準(zhǔn)具。FP標(biāo)準(zhǔn)具是由平行放置的兩塊平面玻璃或石英玻璃板組成，在兩板相對(duì)的平面上鍍有高反射率的薄銀膜，為了消除兩平板背面反射光的干涉，每塊板都作成楔形。由于兩鍍2所示，在透射光束中，相鄰光束的光程差為2ndcos n12ndcos （6）產(chǎn)生亮條紋的條件為2dcosK （7）K為入射光波長(zhǎng)。~我們需要了解標(biāo)準(zhǔn)具的兩個(gè)特征參量是~1、自由光譜范（標(biāo)準(zhǔn)具參數(shù)或FSR

,同一光源發(fā)出的具有微小波長(zhǎng)差的單色光和（1 2

，入射后將形成各自的圓環(huán)系列。對(duì)同一干涉級(jí)，波長(zhǎng)大2和1 2

的波長(zhǎng)差逐漸加大，使得1

的第m級(jí)亮環(huán)與2的第（m1）合，則有2dcosm1

2

（8） FP標(biāo)準(zhǔn)具等傾干涉圖得出

2

（9）2 1 m由于大多數(shù)情況下，cos1（）式變?yōu)閙2d

并帶入（9）式，得到112d

122d （10）FP中，當(dāng)給定兩平面間隔d后，入射光波長(zhǎng)在的干涉圓環(huán)不發(fā)生重疊。2、分辨本領(lǐng)

為光譜儀的分辨本領(lǐng)，對(duì)于FP標(biāo)準(zhǔn)具，它的分辨本領(lǐng)為 KN K為干涉級(jí)次，NN依賴于平板內(nèi)表面反射膜的反射率R。 RN1R （12）反射率越高，精細(xì)度就越高，儀器能分辨開的條紋數(shù)就越多。利用FP標(biāo)準(zhǔn)具，通過測(cè)量干涉環(huán)的直徑就可以測(cè)量各分裂譜線的波長(zhǎng)或波長(zhǎng)差。2，出射角為Df間的關(guān)系為tan心的圓環(huán)很小，可以認(rèn)為sintan，于是有

D2f ，對(duì)于近中cos12sin

121D2

（13）2 2 8f2代入到（7）式中，得2dcos

D （14）28f22由上式可推出同一波長(zhǎng)相鄰兩級(jí)KK級(jí)圓環(huán)直徑的平方差為4f2D2

D2K

D2K

（15）d可以看出，D2是與干涉級(jí)次無(wú)關(guān)的常數(shù)。設(shè)波長(zhǎng)a

和 的第K級(jí)干涉圓環(huán)直徑分別為D和Db a

，由（14）式和（15）式得

d （D2

D

D2D2 b a ）a b 4f2K b 得出

D2K1

D2 KK（波長(zhǎng)差 2 D2D（b a

） （16）2d D2K1

D2K波數(shù)差

1 D2D（ b a

） （17）2d D2K1

D2Ke3、用塞曼效應(yīng)計(jì)算電子荷質(zhì)比m對(duì)于正常塞曼效應(yīng)，分裂的波數(shù)差為L(zhǎng) eB4mc代入測(cè)量波數(shù)差公式1，得e D2D2 （m dB

bD2K

aD2K

） （18）若已知dB，從塞曼分裂中測(cè)量出各環(huán)直徑，就可以計(jì)算出電子荷質(zhì)比。e反之，可以利用電子荷質(zhì)比m

計(jì)算，所加磁場(chǎng)強(qiáng)度m2c D2D2B ( b a )e d D 2D2KK

(19)三、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)分析根據(jù)所測(cè)的塞曼分裂圖，可以用直尺測(cè)得距離OA=6.52cm OC=11.48cm OB=5.50cm D(k-1)^2-D(k)^2=(OC^-OA^2)/4=22.32cm^2.D(b)^2-D(a)^2=(OD^-OB^2)/4=8.5176cm^2.e1.61019C已知標(biāo)準(zhǔn)具厚度d=1.4mm所以由公式(19)知

m0.911030kg c3108m/sm2c D2D2B ( b a )e d D 2D2KK從而B=2936Gs=0.29221T而我們用特斯拉計(jì)測(cè)得磁場(chǎng)B0=0.289T誤差d=|B-B0|=0.003216T相對(duì)誤差Δ=d/B0=0.003216/0.289=1.1129%四、思考題1、標(biāo)準(zhǔn)具的間隔厚度為，該標(biāo)準(zhǔn)具的自由光譜范圍是多少，觀察的譜線分裂情況時(shí)，磁場(chǎng)強(qiáng)度的合理取值是多少，若磁場(chǎng)強(qiáng)度為多少時(shí)，分裂譜線中哪幾條將會(huì)發(fā)生重疊。1 標(biāo)準(zhǔn)具厚度d=1.4mm