塞曼效应6.docx
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塞曼效应6
塞曼效应
实验目的
实验原理
数据处理
思考题
原始数据
实验目的（回目录）
通过观察并拍摄Hg（546.1nm）谱线在磁场中的分裂情况，测
e
量其裂距并计算荷质比m
实验原理（回目录）
1.谱线在磁场中的能级分裂
能级E1和E2之间的跃迁产生频率为v的光，
hvE2E1
在磁场中，若上、下能级都发生分裂，新谱线的频率v'与能级
的关系为
hv'（E2E2）（E1E1）（E2E1）（E2E1）hv（M2g2M1g1）BB
分裂后谱线与原谱线的频率差为
eh
B
代入玻尔磁子B4m，得到
e
v（M2g2M1g1）B
4m
等式两边同除以c，可将式表示为波数差的形式
e
（M2g2M1g1）4emcB
eB
4mc，则
（M2g2M1g1）L
L称为洛伦兹单位，
LB46.7m1T1
2.实验方法
a）
1，因此，干涉极
1，所以上式中
观察塞曼分裂的方法一般情况下标准具反射膜间是空气介质，n大值为
2dcosK
i.自由光谱范围
2dcosm1（m1）2
2
21
则21m
由于F-P标准具中，在大多数情况下，cos
2d
m
1
因此
12
2d
22
近似可认为121222，
2
则2d
用波数差表示
2d
KN
R
N
1R
K2d
将K与N代入得
KN2d（1RR）
b）测量塞曼分裂谱线波长差的方法
代入得
2d
代入，得波长差
2d
1
2d
22
DbDa
22
DK21DK2
波数差
22
Db2Da2
22
DK21DK2
c）用塞曼分裂计算荷质比m
对于正常塞曼效应，分裂的波数差为
eB
4mc
代入测量波数差公式得
22
e2cDb2Da2
22
mdBDK21DK2
已知d和B，从塞曼分裂的照片测出各环直径，就可计算e/m
数据处理（回目录）
1.调节光路共轴
调节两个透镜的位置使成像最清晰，并调节2㎜的F-P标准具到最佳分辨状态，即要求两个镀膜面完全平行。
此时用眼睛直接观察F-P标准具，当眼睛上、下、左、右移动时，圆环中心没有吞吐现象。
操作时应注意，由d=sinθkλ，d越大级次越高。
一次向某方向眼睛移动时，若吐出圆环，说明该方向上的d较大，则应拧紧相应的螺钉。
2.用2mm的F-P标准具观察Hg546.1nm谱线的塞曼分裂π成分振向与磁场平行，σ成分与磁场垂直。
理论上把偏振片调至铅垂时为σ成分，水平是为π成分。
实验时，调至水平时，观察到中间3条亮线，说明为π成分。
调至铅垂时，观察到只剩6条亮线，中间3条消失。
3.用5mm的F-P标准具观察Hg546.1nm谱线的塞曼分裂光谱重
叠现象
a）测量值
I/A
1.20
1.37
1.60
2.23
3.30
B测/mT
550
630
710
850
1000
b）理论值
BTm2dn46.7
d4.995mm
n
4
3.5
3
2.5
2
B理/mT
536
612
714
857
1072
c）误差分析
B测/mT
550
630
710
850
1000
B理/mT
536
612
714
857
1072
误差
2.6%
2.9%
0.6%
0.9%
6.7%
在允许的范围内，实验值与理论值基本相符。
产生误差的原因有：
i.裂纹重叠时由于太细密，很难辨认。
ii.读数仪器精确度不高。
思考题（回目录）
1.如何鉴别F-P标准具的两反射面是否严格平行，如发现不平行应该如何调节？
例如，当眼睛向某方向移动，观察到干涉纹从中心冒出来，应如何调节？
答：
实际观察时，当眼睛上下左右移动时候，圆环无吞吐现象。
操作时应注意，由d=sinθkλ，d越大级次越高。
一次向某方向眼睛移动时，若吐出圆环，说明该方向上的d较大，则应拧紧相应的螺钉。
2.已知标准具间隔圈厚度d=5mm，该标准具的自由光谱范围是多大？
根据标准具自由光谱范围及546.1nm谱线在磁场中的分裂情况，对磁感应强度B有何要求？
若磁感应强度B达到0.62T，分裂谱线中哪几条将会发生重叠？
答：
自由光谱范围1d100m1
2
为使得相邻两级不重叠，应使4L1d，
2
B1Tm535T
2d446.7
3.沿着磁场方向观察，M1和M1的跃迁各产生哪种圆偏振光？
答：
M1为右旋圆偏振光，M1为左旋圆偏振光。
原始数据（回目录）
1.
N
1
2
3
4
5
I/A
1.20
1.37
1.60
2.23
3.30
B/mT
550
630
710
850
1000
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