杭州电子科技大学：《大学物理》课程实验指导（近代物理）实验03 塞曼效应

近代物理实验一一物理实验教学中心 实验03塞曼效应 引言 塞曼效应实验是近代物理中的一个重要实验，它证实了原子具有磁矩和空间量子化，可 由实验结果确定有关原子能级的几个量子数如M,J和g因子的值，有力地证明了电子自 旋理论。 ZM20O0B1/B2型塞曼效应实验仪通过永磁铁的磁场对笔形汞灯中特定波长的光谱 线产生π光和光分裂，并用一套高精度的线阵CCD采集系统（即ZM2000A塞曼效应 微机采集处理系统)对分裂曲线进行接收，借助计算机的强大数据处理能力分析实验数据， 得到实验结果 实验目的 1掌握塞曼效应理论，确定能级的量子数与朗德因子，绘出跃迁的能级图： 2掌握法布里-珀罗标准具的原理及使用： 3熟练掌握光路的调节： 4了解线阵CCD器件的原理和应用。 实验原理 处于电磁场中的发光体，光谱线发生分裂的现象称为塞曼效应，其原理如下： 1原子中的电子一方面绕核作轨道运动（用角动量P表示），一方面本身作自旋运动（用 角动量P表示)，将分别产生轨道磁矩山与自旋磁矩S,它们与角动量的关系是： e P与P合成总角动量P并分别绕P旋进，4L与S合成总磁矩4,4在PJ延长 线上的分量才是一个定向恒量。 对于多电子原子，由于角动量之何的相互作用，有LS锂合与/摆合，但大多数是 LS耦合。对于两个电子，则L1、L2合成L,S1、S2合成S,L、S又合成J。因此4 在PJ延长线上的分量J与P的关系是： g称为朗德因子，在LS耦合情形，它与L、S和J的关系是： 8-1+J+)+S(S+1)-1L+1) 2(J+1) 1

近代物理实验 —— 物理实验教学中心 实验 03    塞曼效应 引言 塞曼效应实验是近代物理中的一个重要实验，它证实了原子具有磁矩和空间量子化，可 由实验结果确定有关原子能级的几个量子数如 M ， 和 因子的值，有力地证明了电子自 旋理论。 J g ZM BB 2000 1/ 2型塞曼效应实验仪通过永磁铁的磁场对笔形汞灯中特定波长的光谱 线产生 光和 光分裂，并用一套高精度的线阵CCD 采集系统（即 ZM 2000A 塞曼效应 微机采集处理系统）对分裂曲线进行接收，借助计算机的强大数据处理能力分析实验数据， 得到实验结果。 实验目的 1 掌握塞曼效应理论，确定能级的量子数与朗德因子，绘出跃迁的能级图； 2 掌握法布里-珀罗标准具的原理及使用； 3 熟练掌握光路的调节； 4 了解线阵CCD 器件的原理和应用。 实验原理 处于电磁场中的发光体，光谱线发生分裂的现象称为塞曼效应，其原理如下： 1 原子中的电子一方面绕核作轨道运动（用角动量 表示），一方面本身作自旋运动（用 角动量 表示），将分别产生轨道磁矩 PL PS L 与自旋磁矩 S ，它们与角动量的关系是： L L e P mc     ， S PS mc e   PL 与 PS 合成总角动量 Pj 并分别绕 Pj 旋进，L 与 S 合成总磁矩  ， 在 延长 线上的分量 PJ J 才是一个定向恒量。 对于多电子原子，由于角动量之间的相互作用，有 耦合与 耦合，但大多数是 LS JJ LS 耦合。对于两个电子，则 、 合成 L1 L2 L , S1、 合成 ， 、 又合成 S2 S L S J 。因此  在 延长线上的分量 PJ J 与 的关系是： Pj j Pj mc e g    g 称为朗德因子，在 耦合情形，它与 、 LS L S 和 J 的关系是： ( 1) ( 1) ( 1 1 2 ( 1) J J SS LL g J J       ) 1

近代物理实验一一物理实验教学中心 由于L、S和J只能取整数与半整数，所以得出的g是一个简分数。 2在外磁场作用下，产生原子磁矩与外磁场的相互耦合，赋予的耦合能量为 B称为波尔磁子。M为磁量子数，是J在磁场方向上的量子化投影。由于J一定 时，M取值为-J、-J+1、J+1、J,即取2J+1个数值，所以在外磁场中的每一个 原子能级（由J表征，称为精细结构能级）都分裂为2J+1个等间距的子能级（亦称磁能 级)，其间距由朗德因子g表征。两精细能级中磁能级之间的跃迁得到塞曼效应，观察到的 分裂光谱线，用波数表示为： A=Y-A52A-(M&:-Mg4ae=M&-Mg eh 式中的L称为洛仑兹单位。M的选择定则是△M=M2-M1=0,士1，脚标2、1分别代表 始、终能级，其中△M=0的跃迁谱线称为π光线，△M=士1的跃迁谱线称为G光线。 3光的偏振与角动量守恒 在微观领域中，光的偏振情况是与角动量相关联的，在跃迁过程中，原子与光子组成的 系统除能量守恒外，还必须满足角动量守恒。△M=0,说明原子跃迁时在磁场方向角动量 不变，因此π光是沿磁场方向振动的线偏振光。△M=+】,说明原子跃迁时在磁场方向角 动量减少一个σ方，则光子获得在磁场方向的一个角动量方，因此沿磁场指向方向观察，为 反时针的左旋圆偏振光σ+，同理，△M=-1可得顺时针的右旋圆偏振光σ~。 当垂直于磁场方向观察时（横效应），如偏振片平行于磁场，将观察到△M=0的π分 支线，如偏振片垂直于磁场，将观察到△M=士1的σ分支线。而沿磁场方向观察时，将只 观察到△M=士1的左右旋圆偏振的σ分支线。如图1所示 磁场光源)A a'o 0 图1 4若原子磁矩完全由轨道磁矩所贡献，即S1=S2=0,81=2=1,得到正常塞曼效应， 波数差为 4标mcH=4.67x10-Hcmr*） e △=

近代物理实验 —— 物理实验教学中心 由于 、 和 只能取整数与半整数，所以得出的 L S J g 是一个简分数。 2 在外磁场作用下，产生原子磁矩与外磁场的相互耦合，赋予的耦合能量为：    E gH Mg BH cos  ， 4 B eh m    B 称为波尔磁子。 M 为磁量子数，是 在磁场方向上的量子化投影。由于 一定 时， J J M 取值为   JJ J J 、 、 、 1  1 ，即取 2J 1个数值，所以在外磁场中的每一个 原子能级（由 表征，称为精细结构能级）都分裂为 J 2J 1个等间距的子能级（亦称磁能 级），其间距由朗德因子 表征。两精细能级中磁能级之间的跃迁得到塞曼效应，观察到的 分裂光谱线，用波数表示为： g 2 1 2 2 11 2 2 11 ( )( ) 4 E E eh M g Mg Mg Mg C hC mc L              式中的 称为洛仑兹单位。 L M 的选择定则是 MM M    2 1 0, 1，脚标 2、1 分别代表 始、终能级，其中 M  0 的跃迁谱线称为π光线， M  1的跃迁谱线称为 光线。 3 光的偏振与角动量守恒 在微观领域中，光的偏振情况是与角动量相关联的，在跃迁过程中，原子与光子组成的 系统除能量守恒外，还必须满足角动量守恒。M  0 ，说明原子跃迁时在磁场方向角动量 不变，因此 光是沿磁场方向振动的线偏振光。 M  1，说明原子跃迁时在磁场方向角 动量减少一个  ，则光子获得在磁场方向的一个角动量 ，因此沿磁场指向方向观察，为 反时针的左旋圆偏振光   ，同理， M  1可得顺时针的右旋圆偏振光 。  当垂直于磁场方向观察时（横效应），如偏振片平行于磁场，将观察到 的   M 0  分 支线，如偏振片垂直于磁场，将观察到 M  1的 分支线。而沿磁场方向观察时，将只 观察到   M 1的左右旋圆偏振的 分支线。如图 1 所示。 磁场 光源     π σ 图 1 4 若原子磁矩完全由轨道磁矩所贡献，即 1 2 S S   0 ，g g 1 2   1，得到正常塞曼效应， 波数差为 5 1 4.67 10 ( ) 4 eh H H mc         cm 2

近代物理实验一一物理实验教学中心 通常情况两种磁矩同时存在，即S1=S2≠0,81≠1,82≠1，称为反常塞曼效 应波数差为：AP=(-M8m” eh 5塞曼效应是中等磁场(H≈1特斯拉)对原子作用产生的效应。这样的场强不足以破坏 原子的S耦合，当磁场较强(H为几个特斯拉)时将产生帕刑-拜克效应，弱磁场(H<0.01 特斯拉)时则应考虑核自旋参与耦合。赛曼效应证实了原子具有破矩与空间量子化。实验观 测与理论分析的一致性是对磁量数选择定则的有效性的最好的实验证明，也是光子的角动量 纵向分量有三个可能值（，0，方）的最好证明。由赛曼效应的实验结果确定有关原子能 级的量子数M、J与g因子值，可判断跃迁能级哪一个是上能级和另一个是下能级，并可 计算出L与S的数值，这些确定均与实验所用原子无关，因而是考察原子结构的最有效的 办法。 测量原理和方法 将干涉条纹投在CCD线阵上，则光强分布曲线如下图所示： CCD线阵 由于(D-D)的不变性（证明从略），我们可用D,D,D的值求出分裂波数值。 而D的值就可以用光强分布曲线对应的左右两个峰的位置差求得。由于线阵是一维的，所 以圆环状的条纹很难准确地通过圆心，因此，现作以下推导，证明无论CCD线阵位于圆环 的何处，对应的两个峰的位置差仍满足不变性的原理： (412)2=(D,12)2-h, 3

近代物理实验 —— 物理实验教学中心 通常情况两种磁矩同时存在，即 1 2 S S   0 ， 1g  1， 2 g  1，称为反常塞曼效 应，波数差为： 2 2 11 ( ) 4 eh M g Mg H mc      5 塞曼效应是中等磁场（ 特斯拉）对原子作用产生的效应。这样的场强不足以破坏 原子的 耦合，当磁场较强（ 为几个特斯拉）时将产生帕刑-拜克效应。弱磁场（ 特斯拉）时则应考虑核自旋参与耦合。赛曼效应证实了原子具有磁矩与空间量子化。实验观 测与理论分析的一致性是对磁量数选择定则的有效性的最好的实验证明，也是光子的角动量 纵向分量有三个可能值（ ，0，-  ）的最好证明。由赛曼效应的实验结果确定有关原子能 级的量子数 H 1 LS H H  0.01 M 、 与 因子值，可判断跃迁能级哪一个是上能级和另一个是下能级，并可 计算出 与 的数值，这些确定均与实验所用原子无关，因而是考察原子结构的最有效的 办法。 J g L S 测量原理和方法 将干涉条纹投在CCD 线阵上，则光强分布曲线如下图所示： 由于 的不变性（证明从略），我们可用 的值求出分裂波数值。 而 的值就可以用光强分布曲线对应的左右两个峰的位置差求得。由于线阵是一维的，所 以圆环状的条纹很难准确地通过圆心，因此，现作以下推导，证明无论CCD 线阵位于圆环 的何处，对应的两个峰的位置差仍满足不变性的原理： )( 2 2 k1  DD k ' 1 ,  DDD kkk D ∵ , 2 22 Ak  k )2/()2/(  hD CCD 线阵 h A A CCD 线阵 Dk+1 3

近代物理实验一一物理实验教学中心 (4/2)2-(D/2y2-h A-A民=D2-D 由上述推导可得，无论CCD线阵位于条纹何处，用曲线峰值位置求得的位置差都能 代替直径进行计算。鉴于条纹可见度方面的考虑，我们仍建议尽量使狭缝靠近圆心，以求最 佳效果。 实验内容 1调节光路和各光学器件 2透镜调焦：旋转成像透镜调焦，并调整ZM2000A采集系统在光具座上的位置，使接 收到的曲线幅度最大，细节最清晰（即投在线阵CCD器件上的像最清晰）： 3测量π光分裂 实验步廉： 1)进入ZEEMAN,选定采样点长度及增益值（一般取默认值），点击‘开始采集'，根 据接收到的图像调整光路。正确的光路应使图像类似于上文曲线对比图例中的最上一 条 2)加磁场，进行π光分裂，根据需要微调光路，应得到类似于上文曲线对比图例中的中 间一条曲线： 3引点击‘停止采集'，将得到的曲线冻结以利于稳定测量。将鼠标移到局部视窗中（或 点击‘局部视窗放大'以扩大局部视窗的观察范围)，用鼠标、左右键（适用于微调〉 或PageUp/PageDown将拾取线压在待测点上，单击鼠标左键或回车键（较单击凤标左 键稳定)，在弹出的对话框里输入数据。重复此操作以完成全部的数据录入： 4)点击‘参数预设'，填入各项参数： 5引选择‘查看数据表格内容’里的‘π光直径'，在实验数据表格里检查直径数据，无 误后点击‘计算”： 6)选择‘查看数据表格内容'里的‘π光结果'，在实验数据表格里查看最后的计算结 果：同时，可选择‘查看分裂圆环’里的‘π环'，看一看直观的图像。 4测量σ光分裂 步骤：由于。光的计算过程中要用到未分裂前的直径位置数据，因此在数据录入过程中， 除了要录入。光的直径外，还需录入未分裂前的原直径数据

近代物理实验 —— 物理实验教学中心 22 1 2 1 Ak  Dk  )2/()2/(  h ∴ 2 1 2 2 1 2 kk   DDAA kk  由上述推导可得，无论 线阵位于条纹何处，用曲线峰值位置求得的位置差都能 代替直径进行计算。鉴于条纹可见度方面的考虑，我们仍建议尽量使狭缝靠近圆心，以求最 佳效果。 CCD 实验内容 1 调节光路和各光学器件 2 透镜调焦：旋转成像透镜调焦，并调整 ZM 2000A采集系统在光具座上的位置，使接 收到的曲线幅度最大，细节最清晰（即投在线阵CCD 器件上的像最清晰）； 3 测量 光分裂 实验步骤： 1) 进入 ZEEMAN ，选定采样点长度及增益值（一般取默认值），点击‘开始采集’，根 据接收到的图像调整光路。正确的光路应使图像类似于上文曲线对比图例中的最上一 条； 2) 加磁场，进行 光分裂，根据需要微调光路，应得到类似于上文曲线对比图例中的中 间一条曲线； 3) 点击‘停止采集’，将得到的曲线冻结以利于稳定测量。将鼠标移到局部视窗中（或 点击‘局部视窗放大’以扩大局部视窗的观察范围），用鼠标、左右键（适用于微调） 或 PageUp/PageDown 将拾取线压在待测点上，单击鼠标左键或回车键（较单击鼠标左 键稳定），在弹出的对话框里输入数据。重复此操作以完成全部的数据录入； 4) 点击‘参数预设’，填入各项参数； 5) 选择‘查看数据表格内容’里的‘ 光直径’，在实验数据表格里检查直径数据，无 误后点击‘计算’； 6) 选择‘查看数据表格内容’里的‘ 光结果’，在实验数据表格里查看最后的计算结 果；同时，可选择‘查看分裂圆环’里的‘ 环’，看一看直观的图像。 4 测量 光分裂 步骤：由于 光的计算过程中要用到未分裂前的直径位置数据，因此在数据录入过程中， 除了要录入 光的直径外，还需录入未分裂前的原直径数据。 4

近代物理实验一一物理实验教学中心 首先得到未分裂时的曲线，将这些未分裂的直径数据录入为π光的中圈直径（这样处 -光一者值 -外围左 1-外一左 一光一者 级-果-左值 左图演示了如何录入σ光的数据 右图演示了如何录入江光的数据 理是因为π光的中圈位置就是分裂前的原位置)，π光的其余直径数据忽略不管。然后，参 照测量π光的步理进行σ光的测量。基于上述原因，可先做π光实验，再做同一条件下的σ 光实验，这样可免去对未分裂曲线的处理。 5需注意以下几点 )各光学器件的光轴必须保持一致。调节时，第一，要使各器件的轴心等高，第二，注 意各器件之间要保持平行，第三，注意对光具座的调节，不要让各器件的横向位置相 互错开： 2)F-P标准具的两品片要严格调节平行： 3)会聚透镜的位置要正确。 4)成像透镜的位置要怡当，要缓慢地调节透镜直至采集到的曲线幅值最大、细节最清晰 为止： 5)如果曲线的幅度较小，可以考虑如下两种方法：一是将CCD采集盒的积分时间D 作适当的调整，一是将软件的增益加大，有时也可以考虑减小FP标准具与CCD成 像透镜的距离： 6)如果采集到的曲线为幅度很高的一条直线，这是环境光过强所致，请减弱环境光 6关于实验器件，需注意以下几点 )除了FP标准具的质量以外，滤色片的质量也很重要。如果得到的采样曲线有些缭乱 (比如有太多的碎小波峰)，请检查滤色片（主要是镀膜）是否已发花变质 2)各光学器件的质量与大小也关系到成像曲线的幅度强弱，我们应选取对光衰减较小 镜面积较大的光学器件来完成实验： 3)如果使用手持式的磁场强度测量仪，请注意测量时手的抖动应尽可能小，探针的位置 应尽可能与光源的位置吻合

近代物理实验 —— 物理实验教学中心 首先得到未分裂时的曲线，将这些未分裂的直径数据录入为 光的中圈直径（这样处 理是因为 光的中圈位置就是分裂前的原位置）， 光的其余直径数据忽略不管。然后，参 照测量 光的步骤进行 光的测量。基于上述原因，可先做 光实验，再做同一条件下的 光实验，这样可免去对未分裂曲线的处理。 5 需注意以下几点 1) 各光学器件的光轴必须保持一致。调节时，第一，要使各器件的轴心等高，第二，注 意各器件之间要保持平行，第三，注意对光具座的调节，不要让各器件的横向位置相 互错开； 2) F-P 标准具的两晶片要严格调节平行； 3) 会聚透镜的位置要正确。 4) 成像透镜的位置要恰当，要缓慢地调节透镜直至采集到的曲线幅值最大、细节最清晰 为止； 5) 如果曲线的幅度较小，可以考虑如下两种方法：一是将CCD 采集盒的积分时间 作适当的调整，一是将软件的增益加大，有时也可以考虑减小 FP 标准具与CCD 成 像透镜的距离； DIP 6) 如果采集到的曲线为幅度很高的一条直线，这是环境光过强所致，请减弱环境光； 6 关于实验器件，需注意以下几点 1) 除了 F-P 标准具的质量以外，滤色片的质量也很重要。如果得到的采样曲线有些缭乱 （比如有太多的碎小波峰），请检查滤色片（主要是镀膜）是否已发花变质； 2) 各光学器件的质量与大小也关系到成像曲线的幅度强弱，我们应选取对光衰减较小、 镜面积较大的光学器件来完成实验； 3) 如果使用手持式的磁场强度测量仪，请注意测量时手的抖动应尽可能小，探针的位置 应尽可能与光源的位置吻合。 左图演示了如何录入 光的数据 右图演示了如何录入 光的数据 5

近代物理实验一一物理实验教学中心 仪器简介 8 ZM2000B1型塞曼效应实验仪 1笔形汞灯2光具座3永磁铁4聚光透镜5偏振片6固体F-P标准具7滤光片 8虚线框内为ZM2000ACCD采集分析系统9空气隙F-P标准具10磁铁移动手轮 1系统组成 2技术指标 永磁铁： 磁场强度B=12T 下P标准具： 间隙d=2.09mm(固体F-P标准具) 间隙d=2.00mm(空气隙F-P标准具) 分辨能力x1d,≥2×10 滤光片： 透过率≥60% 峰值波长546.1nm 仪器使用方法 请按以下步骤将全套设备安装好： 1参照上面的结构图将各个器件安装好，ZM2000A的安装请参阅《ZM2000ACCD 塞曼效应微机采集处理系统硬件指南/软件指南/实验指南》一书： 2打开笔形汞灯的电源，打开计算机的电源，运行ZEEMAN软件： 3调节光路，使各光学器件同轴、等高，并使光线能完全进入ZM2000A的透镜：空气 隙F-P标准具的调节：眼晴通过标准具观察汞灯时，仔细调节三个微调螺丝，直至眼晴移动 时，同心圆环保持不动。 4转动ZM2000A的镜头以调节焦距，使软件得到幅度最大，细节最清楚的曲线： 5转动磁铁移动手轮，将汞灯置于破场两极的中间，此时磁场强度最大，转动偏振片，分 别得到π光和σ光分裂曲线： 6参阅《ZM2000ACCD塞曼效应微机采集处理系统硬件指南/依件指南/实验指南》 一书完成实验数据的测量

近代物理实验 —— 物理实验教学中心 仪器简介 4 6 1 1 系统组成 2 技术指标 永磁铁： 磁场强度 B = 1.2T F-P 标准具： 间隙 d = 2.09mm（固体 F-P 标准具） 间隙 d = 2.00mm（空气隙 F-P 标准具） 分辨能力λ/ ≥ 2 × d  5 10 滤光片： 透过率 ≥ 60% 峰值波长 546.1nm 仪器使用方法 请按以下步骤将全套设备安装好： 1 参照上面的结构图将各个器件安装好，ZM 2000A的安装请参阅《 ZM A 2000 塞曼效应微机采集处理系统 硬件指南/软件指南/实验指南》一书； CCD 2 打开笔形汞灯的电源，打开计算机的电源，运行 ZEEMAN 软件； 3 调节光路，使各光学器件同轴、等高，并使光线能完全进入 ZM 2000A 的透镜；空气 隙 F-P 标准具的调节：眼睛通过标准具观察汞灯时，仔细调节三个微调螺丝，直至眼睛移动 时，同心圆环保持不动。 4 转动 ZM 2000A的镜头以调节焦距，使软件得到幅度最大，细节最清楚的曲线； 5 转动磁铁移动手轮，将汞灯置于磁场两极的中间，此时磁场强度最大，转动偏振片，分 别得到 光和 光分裂曲线； 6 参阅《 ZM A 2000 塞曼效应微机采集处理系统 硬件指南/软件指南/实验指南》 一书完成实验数据的测量。 CCD 2 3 5 7 8 10 ZM2000 B1 型塞曼效应实验仪 1 笔形汞灯 2 光具座 3 永磁铁 4 聚光透镜 5 偏振片 6 固体 F-P 标准具 7 滤光片 8 虚线框内为 ZM2000A CCD 采集分析系统 9 空气隙 F-P 标准具 10 磁铁移动手轮 6

近代物理实验一一物理实验教学中心 *注：如果配有目视测量望远镜，则可先用目视测量望远镜取代ZM2000A的位置，调节光 路，直至用眼晴在望远镜里看到各分裂圆环后再换上ZM2000A进行精确测量。 。受玫亚分系统业.0 回☒ ZEEMAN软件的外观风格如上图所示，大致可分为以下五个部分： 1)曲线全貌区域（主视窗），即上图中所占面积最大的红色曲线区域。ZEEMAN会动 态地将所有采样点或来自文件的数据压缩显示在这一区域内，但这也不可避免地引起了一 些数据的暂时不可见。它的横坐标指示了采样点的范围，右边的纵坐标指示了信号AD转 换结果的幅度，100%处对应者最大值4096。此处有一个蓝色的选择框，它所覆盖的曲线范 围在局部放大区域里精确地显示。选择框的大小会动态地自行调整。要移动它，用键盘的 左/佑方向键、PageUp/PageDown或将鼠标置于框内按下鼠标左键拖动即可. 2)局部放大区域局部视窗)，即右上部以绿色绘制曲线的区域。这一部分提供了对曲线 某一段的可以精确到每一个采样点的观测。当鼠标落在这个区间时，会弹出一条拾取线，它 所对应的采样点的序号、D转换值、原模拟电压值、放大倍率（在下文中介绍）将显示 在此部分下的横条里。左边的纵坐标指示了输入信号在A)D转换前的模拟电压值，最高为 10伏。另外，出于实验需要，也可将局部视窗放大而压缩主视窗，详见下述。 引图形区域（图形视窗），即上图中绘有同心圆（赛曼分裂圆环）的区域。此处可以选 择显示π光或。光的分裂圆环。 4)AD转换数据表格区域，即上图中的竖置表格。其中显示了当前每个采样点的AD 转换结果。 5)实验数据表格区域，即上图中的横置表格。其中可以选择性地显示四种数据：π光

近代物理实验 —— 物理实验教学中心 *注：如果配有目视测量望远镜，则可先用目视测量望远镜取代 ZM 2000 2000 A的位置，调节光 路，直至用眼睛在望远镜里看到各分裂圆环后再换上 ZM A进行精确测量。 ZEEMAN 软件的外观风格如上图所示，大致可分为以下五个部分： 1) 曲线全貌区域(主视窗)，即上图中所占面积最大的红色曲线区域。 ZEEMAN 会动 态地将所有采样点或来自文件的数据压缩显示在这一区域内，但这也不可避免地引起了一 些数据的暂时不可见。它的横坐标指示了采样点的范围，右边的纵坐标指示了信号 A D 转 换结果的幅度，100%处对应着最大值 4096。此处有一个蓝色的选择框，它所覆盖的曲线范 围在局部放大区域里精确地显示。选择框的大小会动态地自行调整。要移动它，用键盘的 左/右方向键、PageUp/PageDown 或将鼠标置于框内按下鼠标左键拖动即可。 2) 局部放大区域(局部视窗)，即右上部以绿色绘制曲线的区域。这一部分提供了对曲线 某一段的可以精确到每一个采样点的观测。当鼠标落在这个区间时，会弹出一条拾取线，它 所对应的采样点的序号、 A D 转换值、原模拟电压值、放大倍率（在下文中介绍）将显示 在此部分下的横条里。左边的纵坐标指示了输入信号在 A D 转换前的模拟电压值，最高为 10 伏。另外，出于实验需要，也可将局部视窗放大而压缩主视窗，详见下述。    3) 图形区域(图形视窗)，即上图中绘有同心圆（赛曼分裂圆环）的区域。此处可以选 择显示 光或 光的分裂圆环。 4) A D 转换数据表格区域，即上图中的竖置表格。其中显示了当前每个采样点的 A D 转换结果。 5) 实验数据表格区域，即上图中的横置表格。其中可以选择性地显示四种数据： 光 7

近代物理实验一一物理实验教学中心 直径、σ光直径、π光结果和。光结果。 软件中的曲线所代表的物理内涵如下图所示： 分裂后 请注意，以上图示只表现了CCD线阵切制分裂圆环的某一级所得到的曲线的半边，请参考 实验内容中图示的完整曲线。分裂曲线以光强的形式表示，曲线上每一点的分辨率为T4m, 这个精度是非常高的。 注意事项 使用中有以下问题需要注意： 】ZM2000A的镜头筒上有一道细刻线，转动镜头与之平齐，就可大致调到焦距的位置， 再略做细调即可： 2偏振片的圆框上和标准具外壳上刻有划线，对齐时是观察π光分裂的位置，转动90度 即是观察σ光分裂的位置： 3磁铁两极中间强度最大，越远离此位置，磁场强度越小，但均匀性也变差： 4ZM20O0A中的线阵CCD器件沿竖直方向安装，故对左右位置敏感，要仔细调节： 5用Z2000A采集测量时，如无暗室环境，请用遮光罩连接标准具座和ZAM2000A的 镜头座，否则信号会饱和，曲线一直呈现为计算机屏幕顶部的一条直线： 6聚光透镜的位置对分裂曲线的影响很大，建议将聚光透镜安放在横向可调的马鞍坐上 7各器件在光具座上的位置可参考以下值： 1)汞灯与聚光透镜立杆的距离一般在180mm左右，此值如减小，则观察到的分裂级次 减少而信号较强如增大，则相反： 2)汞灯与标准具立杆的距离一般在390mm左右： 3) ZM2000A的镜头紧靠标准具（加遮光罩）： 8汞灯通电后，亮度会逐步提高，此稳定过程约需一两分钟 9汞灯对人眼有害，实验中请勿直视汞灯： 10实验中请勿将手表等易受磁场影响的物品靠近永磁铁：

近代物理实验 —— 物理实验教学中心 直径、 光直径、 光结果和 光结果。 软件中的曲线所代表的物理内涵如下图所示：     π光 分裂后 σ光 请注意，以上图示只表现了CCD 线阵切割分裂圆环的某一级所得到的曲线的半边，请参考 实验内容中图示的完整曲线。分裂曲线以光强的形式表示，曲线上每一点的分辨率为7m ， 这个精度是非常高的。 注意事项 使用中有以下问题需要注意： 1 ZM 2000A的镜头筒上有一道细刻线，转动镜头与之平齐，就可大致调到焦距的位置， 再略做细调即可； 2 偏振片的圆框上和标准具外壳上刻有划线，对齐时是观察 光分裂的位置，转动 90 度， 即是观察 光分裂的位置； 3 磁铁两极中间强度最大，越远离此位置，磁场强度越小，但均匀性也变差； 4 ZM 2000A中的线阵CCD 器件沿竖直方向安装，故对左右位置敏感，要仔细调节； 5 用 ZM 2000A采集测量时，如无暗室环境，请用遮光罩连接标准具座和 ZM A 2000 的 镜头座，否则信号会饱和，曲线一直呈现为计算机屏幕顶部的一条直线； 6 聚光透镜的位置对分裂曲线的影响很大，建议将聚光透镜安放在横向可调的马鞍坐上； 7 各器件在光具座上的位置可参考以下值： 1) 汞灯与聚光透镜立杆的距离一般在180mm 左右，此值如减小,则观察到的分裂级次 减少而信号较强,如增大,则相反； 2) 汞灯与标准具立杆的距离一般在390mm 左右； 3) ZM 2000A的镜头紧靠标准具（加遮光罩）； 8 汞灯通电后，亮度会逐步提高，此稳定过程约需一两分钟； 9 汞灯对人眼有害，实验中请勿直视汞灯； 10 实验中请勿将手表等易受磁场影响的物品靠近永磁铁； 8

近代物理实验一一物理实验教学中心 11仪器的保养请注意如下： )实验结束后，请将各光学器件用套子罩好，以免落灰： 2)各光学器件镜面不要用手触摸，如需清洁，可用洁净的脱脂棉球越上酒精轻轻擦拭： 3)避免频繁开关笔形汞灯以提高使用寿命

近代物理实验 —— 物理实验教学中心 9 11 仪器的保养请注意如下： 1) 实验结束后，请将各光学器件用套子罩好，以免落灰； 2) 各光学器件镜面不要用手触摸，如需清洁，可用洁净的脱脂棉球蘸上酒精轻轻擦拭； 3) 避免频繁开关笔形汞灯以提高使用寿命