塞曼效应实验的改进

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1、塞曼效应实验的改进任凭乔一娇刘涛董爱国中国地质大学（北京）实验物理教学中心北京100083摘要：在同一实验前提下对测量方法的五点法与八点法以及中心测量与内外径测量进行对比，择优取之，并综合用于验证直测与弯测的优劣对比，以此达到改进塞曼效应实验教学的目的；优化数据测量过程，采用了五点中心测量法，更有利于减少由测微目镜以及仪器轻度震动等引入的机械误差，在提高效率同时提高精确度；丰富了有关调节F-P标准具的实验内容，提高了学生的动手操作能力。关键词：塞曼效应；直测法；五点中心测量法北京市高教学会技术物资研究会第十二届学术年会果，而可观察到

2、的干涉环图像质量对到所测量直径的精确度起到重要作用。在实际教学实验中发现，实验人员在使用弯测法观察干涉圆环时，由于仪器自身原因，使得测微目镜内干涉环成像效果较差且光强较弱，极易使人疲劳，使得测量的随机误差很大。其次，实验数据测量方法较为繁琐，测量数据过多也是容易引入误差的一个重要原因，这也是本次实验改进的重要方向。图1塞曼效应弯测实验仪器二、实验设计1．仪器对比弯测实验仪器仪器(如图1)，最右侧端为弯测的测微目镜，弯管内有一棱镜，实验人员可以通过控制对其的旋转从而改变目镜内视域，但由于光路较长，使得目镜视场中干涉环光强降低，光圈边缘

3、模糊不清，影响观察效果且增加测量误差；同时仪器间各部分间距较大，使得实验人员在观察目镜内图像的同时调节F．P干涉仪或各个透镜时都比较困难，所以实验不得已由两人合作完成，造成人力和时间上的浪费。191北京市高教学会技术物资研究会第十二届学术年会图2塞曼效应直测仪器装置图直测实验仪器如图2所示，将实验光路改为直线型，并减少棱镜等仪器。由于光程减短，操作人员可以同时观察图像并调节法布里．珀罗(F．P)标准具仪器，使得仪器调节效率大大提高，也增强了实验人员的实际动手操作能力。不仅如此，从改进后仪器目镜内观察图像，发现目镜内干涉环光圈清晰明亮

4、，图像显示缩小且清晰度获得大幅度提高，更易于中心读数测量。2．实验方法对比本次实验改进的主要目的为塞曼效应测量方法的改进和现有测量仪器的优劣对比。基于以上实验目的，精简实验过程，设计如下三个实验步骤：(1)在使用直测仪器及中心测量实验条件下，对比五点测量与八点测量，择其优192北京市高教学会技术物资研究会第十二届学术年会者；(2)在使用直测仪器，择五点与八点测量方法之优者实验条件下，对比中心测量与内外径测量，择其优者；(3)在以上两步实验中选择较优秀的实验方法，综合用于验证直测与弯测的优劣。3．实验过程实验均采用间隔圈厚度d=2mm

5、的F-P标准具观察Hg(546．1nm)谱线在加磁场(B=lT)条件下进行。(仪器规格：DZ3E电子电源；Gp3Hg·1，Gp3Hg-2型笔形汞灯；直／弯测测微目镜NO．ZD069，J木8；法布里．珀罗标准具No．ZC098，2mm)(1)对比五点测量与八点测量在使用直测仪器及中心测量实验条件下，对比五点测量与八点测量，择其优者；①八点中心测量法测量(如图3)测量不加磁场时的k和k．1级干涉环的直径，以及在B=IT条件下a，b两个环的直径。在效果清晰的情况下，得到四个待测直径。Da、Dk、Db、Dk-1数据，多采用分别测定其两端坐标

6、值进行相减的方法，每组进行由A到D共8次读数，重复六次后各取其均值，再代入公式1．1中，求得e／m。结果如表一。表一塞曼效应干涉环直径测量记录表(单位／mm)直测第一点第二点第三点第四点第五点第六点第七点第八点DI【一ID6Dl(D4e／nl0．8232．1952．3902．6256．2856．5ll6．7138．09l7．2684．5184．1213．66020．8342．1922．3902．6326．2766．4456．7208．0867．2524．5284．0553．6441．86330．8352．2132．4052．6396

7、．2756．5106．7208．0907．2554．5074．1053．63640．8322．2092．3922．6276．2786．5036．7ll8．0937．2614．5024．1113．651不确50．8342．2002．3952．6416．28l6．4946．7208．0897．2554．5204．0993．640定度60．8402．2012．3962．6256．27l6．50l6．7158．0827．2424．5144．1053．6460．07均值7．2564．5154．0993．646②五点中心测量法测量(如图4)将测

8、量对象定为加磁场后k级的直径左右两边读数以及左、右任一边a'b和k．1的读数，即下图中的A，B，C，D，E五点的位置坐标，利用K级的直径，代入：圾=C—A，巩=巩一(c一功X2，巩=巩+(D—c)×Z，玻一1=圾+篮一c)×2北京市高