塞曼效应试验课件.ppt

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1、塞曼效应实验物理实验教学示范中心目录2.实验仪器3.实验原理4.实验步骤5.数据处理1.实验目的６.课后思考2了解塞曼效应的有关理论，确定能级的量子数与朗德因子，绘出跃迁能级图。掌握法布里-珀罗标准具的原理及应用。熟练掌握光路的调节。了解线阵CCD器件的原理及应用。1、实验目的32、实验仪器仪器说明（1）汞光源（2）强的磁场，本试验采用永磁磁场。（3）特斯拉计（测量磁场强度）（4）消色差透镜L1（5）滤波片（6）法布里－玻罗标准具（7）成像透镜（望远镜）（8）CCD成像（9）计算机数据采集及分析系统4F-P标准具（法布里—珀罗标准具）透镜

2、：增强光强5滤波片：根据实验选择所观察的波长，实验中通过滤光片得到Hg-546.1nm的谱线：63、实验原理塞曼效应实验是研究原子的光谱在磁场中受磁场影响而变化的实验。根据原子所处的磁场强度不同谱线分裂的条数不同，塞曼效应由于历史的习惯可分为正常塞曼效应和反常塞曼效应。通常一条谱线分裂条数为三条的效应叫正常塞曼效应(可以用经典理论加以解释)，多于三条的叫反常塞曼效应（只能用量子理论解释）。反常塞曼效应通常发生在磁场很弱或者磁场很强的条件下。塞曼效应的产生源于原子具有磁矩和空间量子化这两个微观属性。原子的磁矩分为电子的磁矩和原子核的磁矩。电

3、子的磁矩主要分为电子在核外运动所产生的轨道磁矩和电子本身所具有的自旋磁矩。塞曼效应主要是磁场和原子内电子的磁矩相互作用后的效应，不涉及原子核的磁矩问题（原子核磁矩比电子的磁矩要小三个数量级）。7正常塞曼效应的产生是由于原子电子的轨道磁矩与磁场作用的结果。而反常塞曼效应则是原子的电子总磁矩（轨道磁矩加自旋磁矩）和磁场相互作用的结果，在磁场较弱时，原子的轨道磁矩与自旋磁矩首先耦合后再和外磁场作用，产生所谓的一般的反常塞曼效应；如果磁场极强时，则原子的轨道磁矩与自旋磁矩分别和磁场相互作用，从而产生所谓的帕刑－巴克效应。下面就原子磁矩和磁场相互作

4、用原理来定量分析原子谱线分裂行为：8电子的角动量和磁矩电子具有轨道角动量和自旋角动量，其值是量子化的，分别为其中L为总轨道角动量量子数，S为总自旋角动量量子数。电子的轨道磁矩和自旋磁矩与轨道磁矩和自旋磁矩的关系为：ri-enLS9原子的总角动量为轨道角动量和自旋角动量的和,即其取值也是量子化的其中J为总角动量量子数。相应的原子的总磁矩为轨道磁矩和自旋磁矩的矢量和原子的有效磁矩为：10其中g为朗德因子，它表征原子总磁矩和总角动量的关系，其值决定于轨道角动量和自旋角动量的耦合形式，g随耦合类型不同（LS耦合和jj耦合）有两种解法。在LS耦合下

5、：原子所受到的力矩和在磁场中的能量移动原子由于磁矩的存在，在磁场中就会受到磁场的力矩作用，原子的总磁矩在外磁场中受到的力矩为：11力矩使原子的总磁矩绕磁场方向旋进，也就是总角动量绕磁场方向旋进,旋进会引起原子能级的附加能量为：其中，为玻尔磁子。由于原子总角动量在磁场中的取向是量子化的，即M称为磁量子数，只能取共2J+1个值。代入上式有其中称为玻尔磁子。上式告诉我们，ΔE有(2J+1)个可能值，也就是说无外磁场时的一个能级，在外磁场作用下将分裂成（2J+1）个能级，其分裂的能级是等间隔的，且能级间隔为。12例：分裂为四条能级有它的g因子设频

6、率为的光谱线是由原子的上能级E2跃迁到下能级E1所产生的，则此谱线的频率满足在外磁场中，上下能级都将获得一个附加能量原子在磁场中的能级分裂因此，每个能级各分裂成个2J2＋1和2J1＋1个子能级.13这样上下两个能级之间的跃迁将产生频率为的谱线,满足：跃迁选择定则:14本实验的光源为汞放电管，研究Hg的5460埃谱线的塞曼分裂。Hg5461Å谱线是{6S7S}3S1→{6S6P}3P2能级跃迁产生的。MMg120-1-22313/200-1-3/2-2-33S13P2151．用特斯拉计测量永磁体中央的磁场多次测量后取平均值。装上汞灯，严格装

7、在中央测量处。2．调整光路（1）接通汞灯电源，调节各个光学元件，使得光束通过各个元件中心。（2）打开计算机塞曼分析软件，调整透镜L1使光聚焦于F-P标准具的中心，调整L2使得在CCD上成像最清晰。3．用软件进行数据采集和分析，给出标准具参数（d）和磁场强度，算出电子的荷质比。实验步骤：16实验将利用塞曼分析软件。数据多次采集后保存在数据文件中，对得到的数据文件做以下处理：（1）载入数据，采用自动和手动法得到圆环的半径数据。（2）由所得数据做出分裂的圆环图。（3）利用软件，输入磁场强度，算出朗德因子。5.数据处理176.思考题在使用F-P具

8、观察塞曼分裂时，你是如何识别属于同一干涉级次的光谱的?实验中如何观察和鉴别塞曼分裂的光和光？18结束！19