塞曼效应 石河子大学物理系近代物理实验课程组 20142015第一学期
塞 曼 效 应 石河子大学物理系近代物理实验课程组 2014-2015第一学期
■一、 背景介绍 二、 实验目的 三、实验原理 ▣四、 实验仪器 五、实验内容与步骤 ■ 六、注意事项 ·七、思考题
一、背景介绍 二、实验目的 三、实验原理 四、实验仪器 五、实验内容与步骤 六、注意事项 七、思考题
一、背景介绍 1896年开始，塞曼逐步发现，当光源 放在足够强的磁场中时，所发出的光谱线分 裂成若干条。条数随能级的类别而不同。而 分裂后的谱线成份是偏振的。这种现象称为 塞曼效应
一、背景介绍 1896年开始，塞曼逐步发现，当光源 放在足够强的磁场中时，所发出的光谱线分 裂成若干条。条数随能级的类别而不同。而 分裂后的谱线成份是偏振的。这种现象称为 塞曼效应
塞曼研究磁场对光谱的作用，是受著名 英国物理学家法拉第的启示。 NBS 塞曼(Pieter Zeeman)1865~1943 诺贝尔物理学奖(1902年)
➢ 塞曼研究磁场对光谱的作用，是受著名 英国物理学家法拉第的启示。 塞曼( Pieter Zeeman ) 1865～1943 诺贝尔物理学奖 (1902年)
1845年法拉第发现了平面偏振光通过在 强磁场作用下的玻璃偏振面会旋转的事实。 后来又发现，不只是玻璃，许多物质都具有 这一特性。法拉第认为：“磁力和光彼此是 有联系的。” 1875年，物理学家John kerr?在法拉第思想的 激励下，注意到玻璃片在强电场下对光有双 折射作用，次年又发现平面偏振光经电磁铁 的磁极反射后，变成了椭圆偏振光
1845年法拉第发现了平面偏振光通过在 强磁场作用下的玻璃偏振面会旋转的事实。 后来又发现，不只是玻璃，许多物质都具有 这一特性。法拉第认为：“磁力和光彼此是 有联系的。” 1875年，物理学家John kerr在法拉第思想的 激励下，注意到玻璃片在强电场下对光有双 折射作用，次年又发现平面偏振光经电磁铁 的磁极反射后，变成了椭圆偏振光
1895年前后，塞曼放下ke11效应的研究，想试一试磁场 对钠焰的光谱有没有影响，却都没成功但他坚持作了下去。 他根据法拉第的想法，用罗兰凹面光栅和强大的电磁铁， 发现钠黄线在磁场的作用下变宽，后来又观察到镉兰线在磁 场的作用下分裂成两根与三根；不久洛仑兹根据经典电子论 解释了分裂为三条的正常塞曼效应。这一发现引起了很多物 理学家开展广泛研究，然而，大多数情况却与经典电子论的 理论结果不符，这叫反常塞曼效应。促使1921年朗德提出g因 子概念，1925年泡利提出不相容原理，同年乌伦贝克和哥德 斯密特提出电子自旋，从而推动量子理论的发展。 塞曼效应证实了原子具有磁距和空间量子化，至今仍是 研究能级结构的重要方法之一
1895年前后，塞曼放下kell效应的研究，想试一试磁场 对钠焰的光谱有没有影响，却都没成功但他坚持作了下去。 他根据法拉第的想法，用罗兰凹面光栅和强大的电磁铁， 发现钠黄线在磁场的作用下变宽，后来又观察到镉兰线在磁 场的作用下分裂成两根与三根；不久洛仑兹根据经典电子论 解释了分裂为三条的正常塞曼效应。这一发现引起了很多物 理学家开展广泛研究，然而，大多数情况却与经典电子论的 理论结果不符，这叫反常塞曼效应。促使1921年朗德提出g因 子概念，1925年泡利提出不相容原理，同年乌伦贝克和哥德 斯密特提出电子自旋，从而推动量子理论的发展。 塞曼效应证实了原子具有磁距和空间量子化，至今仍是 研究能级结构的重要方法之一
二、实验目的 1、观察汞的546.074nm谱线在磁场中分裂 的情况，加深对原子结构的认识： 2、测量上述谱线在磁场中分裂的裂距，求 出e/m值； 3、学习法布里一珀罗标准具的原理、调 节和使用
二、实验目的 1、观察汞的546.074nm谱线在磁场中分裂 的情况，加深对原子结构的认识； 2、测量上述谱线在磁场中分裂的裂距，求 出e/m值； 3、学习法布里——珀罗标准具的原理、调 节和使用
三、实验原理 塞曼效应是由于电子的轨道磁矩与自旋磁矩共同受 外磁场的作用而产生的。 电子从高能级向低能级跃迁时会发光。一定的光谱 线对应于一定的能级间的跃迁。例如汞的 546.074nm谱线是6S7S3S1到6S6P3P2跃迁的结果。 谱线在磁场中分裂这一事实，反映了能级在磁场中 发生了分裂，也即原子在磁场中获得了附加能量。 ▣运用量子力学。可以对塞曼效应作出满意的解释
三、实验原理 塞曼效应是由于电子的轨道磁矩与自旋磁矩共同受 外磁场的作用而产生的。 电子从高能级向低能级跃迁时会发光。一定的光谱 线对应于一定的能级间的跃迁。例如汞的 546.074nm谱线是6S7S³Sı到6S6P³P2跃迁的结果。 谱线在磁场中分裂这一事实，反映了能级在磁场中 发生了分裂，也即原子在磁场中获得了附加能量。 运用量子力学。可以对塞曼效应作出满意的解释
1,原子的总磁矩 原子中的电子在作自旋运动的同时还作轨道运动。因此它具 有 自旋角动量P和自旋磁矩4，以及轨道角动量P和轨道磁 矩4 =s(s+1)h 山。= m P=√L(L+1)h 2m 图8-1
1．原子的总磁矩 原子中的电子在作自旋运动的同时还作轨道运动。因此它具 有自旋角动量 和自旋磁矩 ,以及轨道角动量 和轨道磁 矩 Ps s s h ~ = ( +1) s Ps m e = PL L L h ~ = ( +1) L PL m e 2 = Ps s PL L
总磁矩“则是4与弘，的合成。由于4，与的比值不同于用的 比值，所μ不在总角动量的延长线上。但是，P耶都是绕 着旋进的，因此、4和也都是绕着的延长线旋进的。如 果把分解成方向在钯，延长线的分量弘和与之垂直的另外一 个分量，则后者在绕？转动时，对外的平均效果完全抵消。这 样，对外发生效果的只是。因此，人们就将称之为“原子 总磁矩” ■进行矢量迭加运算后得： 4=8 2m ▣.其中的g称为朗德因子。对于LS耦合 J(J+1)-L(L+1)+S(S+1) J(J+1) =S+L 所以只要知道原子态性质，就可以算出原子总磁矩；反之，从 对原子磁性的研究，也可以提供有关原子态的线索
总磁矩 则是 与 的合成。由于 与 的比值不同于 与 的 比值,所以 不在总角动量 的延长线上。但是, 和 都是绕 着 旋进的,因此 、 和 也都是绕着 的延长线旋进的。如 果把 分解成方向在 延长线的分量 和与之垂直的另外一 个分量,则后者在绕 转动时,对外的平均效果完全抵消。这 样,对外发生效果的只是 。因此,人们就将 称之为“原子 总磁矩”。 进行矢量迭加运算后得： 其中的g称为朗德因子。对于LS耦合 所以只要知道原子态性质,就可以算出原子总磁矩;反之,从 对原子磁性的研究,也可以提供有关原子态的线索。 j Pj m e g 2 = 1 ( 1) ( 1) ( 1) ( 1) + + + − + + + = sJ J J J L L S S g J = S + L s L s Ps L PJ PL PJ s L PJ PJ J PJ J J PL Ps