资源描述：
《塞曼效应实验测量电子荷质比的误差原因查找》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、第24卷第4期大学物理实验Vol.24No.42011年8月PHYSICALEXPERIMENTOFCOLLEGEAug.2011文章编号:10072934(2011)04007504塞曼效应实验测量电子荷质比的误差原因查找罗剑峰,兰勇,康冬丽,尹红伟(国防科学技术大学,湖南长沙410073)摘要::塞曼效应实验可以测量电子荷质比,实验中发现测量值比公认值小30%~50%,通过查找原因最终发现说明书所提供的法布里珀罗标准具两块镜片的间距不准确是导致误差的主要原因。为提高测量准确性,应当为塞曼效应实验配备测量磁场强度的特斯拉仪。关键词::塞曼效应;法布里珀罗标准
2、具;电子荷质比中图分类号:O433文献标志码:A塞曼效应是指把光源置于足够强的磁场时,偏振方向垂直于磁场方向。利用法布里珀罗标准磁场作用于发光体,原来的一条非偏振谱线分裂具作为分光仪器进行观察,在实验现象上表现为未[12]为几条偏振化谱线的现象,塞曼效应为汤姆逊加磁场时的一个圆环在外磁场中分裂为9个同心[3]发现电子提供了重要证据,证实了原子具有磁圆环,分别对应分裂的9条谱线。矩和原子磁矩在外磁场中的空间取向量子化,至今本实验要求学生在垂直和平行于磁场两个方[12]仍是研究原子能级结构的重要方法之一。近年向观察汞原子546.1nm光谱线在外磁场作用下来仍有许多学者从
3、不同的侧面对塞曼效应进行研的分裂现象,观察分裂谱线的偏振特性,了解量子[4]究,例如:测量汞原子的g因子、原子能级结构研力学中关于原子磁矩与外磁场的相互作用导致原[5][67]究、从理论上研究正常塞曼效应,以及如何调子能级分裂的理论。在实验数据处理方面则要求[89]整实验装置来提高测量精度。学生掌握用法布里珀罗标准具测量微小波长差的方法,并测量电子的荷质比。1电子荷质比测量存在的问题依据量子力学理论、通过一系列的推导可得到以下用法布里珀罗标准具测量电子荷质比的[12]公式:22e2cDk,bDk,a=22me(m2g2m1g1)BdD(k1),Dk
4、,1-笔形汞灯;2-电磁铁;3-偏振片;4-会聚透镜;5-法布里(1)-珀罗标准具;6-干涉条纹观察装置,包括会聚透镜、十字叉e丝、目镜;7-四分之一波片;8-可拔出的活动铁芯上式中,为电子荷质比,c为光速,B为磁场强me图1塞曼效应实验装置度,d为法布里珀罗标准具两块镜片之间的间购置了四套YJSZ型直读式塞曼效应实验仪,距。Dk,a为未加磁场时原谱线所形成的第k级干如图1所示。垂直于磁场方向观察,汞灯发出的涉圆环的直径,与同一级次分裂后的9个圆环中546.1nm光谱线在外磁场中分裂为九条,其中三的中间圆环(对应m2g2m1g1=0,即分裂后谱线条为线,偏振方向
5、平行于磁场方向;六条为线,的波长a与原谱线波长相同)的直径相等;Dk,b收稿日期:2011030176塞曼效应实验测量电子荷质比的误差原因查找为加磁场后分裂成的9个圆环中除掉中间圆环外了设备的两个重要参数:(1)法布里珀罗标准具的其它8个圆环中的任何一个圆环(对应m2g2两块镜片的间距d=2.7mm;(2)励磁电流为2.5m1g10,即分裂后谱线的波长b与原谱线波长A时电磁铁产生的磁场强度为1.2T。因此,我们不同)的直径。m2、g2(或m1、g1)分别为分裂后要求学生在做实验时将稳压电源的输出电流调节汞原子能级E2(或E1)的磁量子数和朗德因子,到2.
6、5A,这样磁场强度B=1.2T,在已知d=m2g2m1g1的取值则与形成干涉圆环Dk,b的分2.7mm的条件下,只需测量各干涉圆环的直径就裂谱线相对应,可从有关资料上查得。Dk,为未加e可以依据式(1)计算了。但是在调试实验设备me磁场时原谱线所形成的第k级干涉圆环直径,的教学准备过程中我们发现,实验测得的电子的Dk1,则为未加磁场时原谱线所形成的第k1e11级干涉圆环(包围在第k级干涉圆环外围)的直荷质比比公认值(1.758810C/kg)小了me径,未加磁场时相邻两级干涉圆环的直径的平方很多,最大相对误差达到了50%,最小误差也有差是一个与干涉级
7、次k无关的常数。30%。例如有一组典型的实验测量数据见表1。该型号塞曼效应实验装置附带的说明书提供表1利用塞曼效应测量电子荷质比的实验测量数据励磁电流I磁场强度B标准具间距dDk1,Dk,Dk,bDk,am2g2m1g1(A)(T)(mm)(mm)(mm)(mm)(mm)2.51.22.73.991.941/22.181.94将表1中所列数据代入式(1)计算,得到电误差高达46%。11子荷质比的测量值为e/me=0.945510C/kg,根据式(1)可以推导出电子荷质比的测量不11与公认值比较
