塞曼效应实验报告研究报告商业贸易_高等教育-理学.pdf

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1、塞曼效应实验报告完整版 学生姓名：学号：5502210039专业班级:应物101班 实验时间：教师编号:T017成绩：塞曼效应 一、实验目的 1（观察塞曼效应现象，把实验结果与理论结果进行比较。2（学习观测塞曼效应的实验方法。3（计算电子核质比。二、实验仪器 WPZ?型塞曼效应实验仪 三、实验原理 塞曼效应:在外磁场作用下，由于原子磁矩与磁场相互作用，使原子能级,，产生分裂。垂直于磁场观察时，产生线偏振光（线和线）；平行于磁场观察 时，产生圆偏振光（左旋、右旋）。按照半经典模型，质量为m,电量为的电子e绕原子核转动，因此，原子具 B,E有一定的磁矩，它在外磁场中会获得一定的磁相互作用能，山于原

2、子的磁 厝矩与总角动量的关系为JJ e,gP（1）JJ2m 其中为朗德因子，与原子中所有电子德轨道和自旋角动量如何耦合成整g 个原子态的角动量密切相关。因此,e,coscosEBgPB（2）JJ2m，其中是磁矩与外加磁场的夹角。乂山于电子角动量空间取向的量子化，这种 磁相互作用能只能取有限个分立的值，且电子的磁矩与总角动量的方向相 反，因此在外磁场方向上，学生姓名：刘惠文学号：5502210039专业班级:应物101班 实验时间：教师 编号:T017成绩：heJhM,式中是普朗克常量，是电子的总角动量，是磁量子数。设：，B4m,称为 玻尔磁子，为未加磁场时原子的能量，则原子在外在磁场中的总能量

3、为E0(4)EEEEMgB,00B 由于朗德因子与原子中所有电子角动量的耦合有关，因此，不同的角动呂 LS,量耦合方式其表达式和数值完全不同。在耦合的情况下，设原子中电子轨 道运动和自旋运动的总磁矩、总角动量及其量子数分别为、和、，P,PLLLSSS,它们的关系为 eeh,(1),PLL(5)LL222mm,eeh,(1),PSS(6)SS2mm,PPP,设与和的夹角分别为和，根据矢量合成原理，只要将二者JLSLJSJ,在方向的投影相加即可得到形如(1)式的总电子磁矩和总轨道角动量的关J 系：,coscosJLLJSSJ ePP,(cos2cos),LLJSSJ2m 222222PPPPPP,

4、eJLSJLS(7),(2)222mPPJJ 222PPP,eJLSP,(l)J2Pm22J 现象把实验结果与理论结果进行比较学习观测塞曼效应的实验方法计算电子核质比二实验仪器型塞曼效应实验仪三实验原理塞曼效应在外磁场作用下由于原子磁矩与磁场相互作用使原子能级产生分裂垂直于磁场观察时产生线偏振光一定的磁矩它在外磁场中会获得一定的磁相互作用能山于原子的磁厝矩与总角动量的关系为其中为朗因子与原子中所有电子轨道和自旋角动量如何耦合成整个原子态的角动量密切相关因此其中是磁矩与外加磁场的夹角乂山于电子角场方向上学生姓名刘惠文学号专业班级应物班实验时间教师编号成绩式中是普朗克常量是电子的总角动量是磁量子数

5、设称为玻尔磁子为未加磁场时原子的能量则原子在外在磁场中的总能量为由于朗德因子与原子中所有电子角动量的egP,Jm2 其中朗徳因子为 JJLLSS(l)(1)(1),(8)g,1.2 JJ,JM由(,)式中可以看出，由于共有(2,1)个值，所以原子的这个能级在 学生姓名：刘惠文 学号：5502210039专业班级:应物101班 实验时间：教师编号:T017成绩：g,BJB外磁场作用下将会分裂为(2,1)个能级，相邻两能级间隔为。因为山 g量子态决定，所以不同能级分裂的子能级间隔不同。EE,21设频率为的谱线是山原子的上能级跃迁到下能级所产生的，则 h,E,E21,h,(E,E),(E,E),22

6、11磁场中新谱线频率变为，则 EE,(MgMg)eB2122U,h4,m 频率差为,，,(MgMg)eB221 T(Mg,Mg)L,4,mc221 IL用波数差表示为,，,其中为洛伦兹 Be,4,cmL 单位，,1.线和线：,M,M,M,021M,1跃迁时的选择定则:,0M当，时，垂直于磁场方向观察时，产生的振动方向平行于磁场的线偏,振光叫线;平行于磁场观察时线成分不出现。M,1当，时，垂直于磁场方向观察时，产生的振动方向垂直于磁场的线,M,1偏振光叫线;平行于磁场观察时，产生圆偏振光，偏振转向是沿磁现象把实验结果与理论结果进行比较学习观测塞曼效应的实验方法计算电子核质比二实验仪器型塞曼效应实

7、验仪三实验原理塞曼效应在外磁场作用下由于原子磁矩与磁场相互作用使原子能级产生分裂垂直于磁场观察时产生线偏振光一定的磁矩它在外磁场中会获得一定的磁相互作用能山于原子的磁厝矩与总角动量的关系为其中为朗因子与原子中所有电子轨道和自旋角动量如何耦合成整个原子态的角动量密切相关因此其中是磁矩与外加磁场的夹角乂山于电子角场方向上学生姓名刘惠文学号专业班级应物班实验时间教师编号成绩式中是普朗克常量是电子的总角动量是磁量子数设称为玻尔磁子为未加磁场时原子的能量则原子在外在磁场中的总能量为由于朗德因子与原子中所有电子角动量的M,1场方向前进的螺旋转动方向，磁场指向观察者时，为左旋圆偏振,光；，偏 振转向是沿磁场

8、方向倒退的螺旋转动方向，磁场指向观察者时，为右旋圆偏振光。2.错序观察法：1 L汞546.lnm谱线在磁场作用下分裂为9条子谱线，其裂距相等为。其2,，中3条线，6条线。采用加大磁场的方法使某些分量错序，并且正好与相邻 B干涉序的另一些分量重叠（即错序观察法），从而测得磁场。强度 学生姓名：刘惠文学号：5502210039专业班级:应物101班 实验时间：教师 编号:T017成绩：对同一干涉序不同波长和的波长差关系为：其波数的关系为 22DD,lkkvv,lkk,22 2dDD,lkk,e m3.计算荷质比：Bellle,LL,2m224,cm因为各子谱线裂距为,所以波数差,，则，、c2,4,

9、8c,0.23359,x,2d,B,四、实验内容 1.调节F-P标准具。2.调整光路。3.观察观察汞绿线546.lnm在加上磁场前后和不断增大磁场时的干涉圆环 的变化情况;转动偏振片确定哪些谱线是八成份，哪些是o成份;描述现象并 加以理论说明。现象把实验结果与理论结果进行比较学习观测塞曼效应的实验方法计算电子核质比二实验仪器型塞曼效应实验仪三实验原理塞曼效应在外磁场作用下由于原子磁矩与磁场相互作用使原子能级产生分裂垂直于磁场观察时产生线偏振光一定的磁矩它在外磁场中会获得一定的磁相互作用能山于原子的磁厝矩与总角动量的关系为其中为朗因子与原子中所有电子轨道和自旋角动量如何耦合成整个原子态的角动量密

10、切相关因此其中是磁矩与外加磁场的夹角乂山于电子角场方向上学生姓名刘惠文学号专业班级应物班实验时间教师编号成绩式中是普朗克常量是电子的总角动量是磁量子数设称为玻尔磁子为未加磁场时原子的能量则原子在外在磁场中的总能量为由于朗德因子与原子中所有电子角动量的4.在励磁电流I二3A（B二1.2T）条件下调出塞曼分裂的n谱线，用软件处理图 片，测岀e/m的值。学生姓名：刘惠文 学号：5502210039专业班级:应物101班 实验时间：教师 编号:T017成绩:五、实验数据处理 e,=1.77/ckg由实验测得数据知：测m ee,理测 1.771.76,mmE,100=100=0.57 所以百分误差 el

11、.76,理 m 晌叫晌时mwiai I E 1 0窃匕0入：六、实验误差分析 现象把实验结果与理论结果进行比较学习观测塞曼效应的实验方法计算电子核质比二实验仪器型塞曼效应实验仪三实验原理塞曼效应在外磁场作用下由于原子磁矩与磁场相互作用使原子能级产生分裂垂直于磁场观察时产生线偏振光一定的磁矩它在外磁场中会获得一定的磁相互作用能山于原子的磁厝矩与总角动量的关系为其中为朗因子与原子中所有电子轨道和自旋角动量如何耦合成整个原子态的角动量密切相关因此其中是磁矩与外加磁场的夹角乂山于电子角场方向上学生姓名刘惠文学号专业班级应物班实验时间教师编号成绩式中是普朗克常量是电子的总角动量是磁量子数设称为玻尔磁子为

12、未加磁场时原子的能量则原子在外在磁场中的总能量为由于朗德因子与原子中所有电子角动量的1.实验仪器的精准度不高 2.实验过程中画圈测圆的半径时，III于是LI测的，导致无法精确 3.实验过程中有部分光线的干扰等等 七、实验总结及体会 1 通过实验，是自己了解并掌握了塞满效应的基本原理。2.由该实验的操作，乂学会了测量荷质比的另一种方法。3掌握了 WPZ?型塞曼效应实验仪的基本的使用操作。未加磁场的曲线图 现象把实验结果与理论结果进行比较学习观测塞曼效应的实验方法计算电子核质比二实验仪器型塞曼效应实验仪三实验原理塞曼效应在外磁场作用下由于原子磁矩与磁场相互作用使原子能级产生分裂垂直于磁场观察时产生

13、线偏振光一定的磁矩它在外磁场中会获得一定的磁相互作用能山于原子的磁厝矩与总角动量的关系为其中为朗因子与原子中所有电子轨道和自旋角动量如何耦合成整个原子态的角动量密切相关因此其中是磁矩与外加磁场的夹角乂山于电子角场方向上学生姓名刘惠文学号专业班级应物班实验时间教师编号成绩式中是普朗克常量是电子的总角动量是磁量子数设称为玻尔磁子为未加磁场时原子的能量则原子在外在磁场中的总能量为由于朗德因子与原子中所有电子角动量的，曲线图 曲线图,现象把实验结果与理论结果进行比较学习观测塞曼效应的实验方法计算电子核质比二实验仪器型塞曼效应实验仪三实验原理塞曼效应在外磁场作用下由于原子磁矩与磁场相互作用使原子能级产生

14、分裂垂直于磁场观察时产生线偏振光一定的磁矩它在外磁场中会获得一定的磁相互作用能山于原子的磁厝矩与总角动量的关系为其中为朗因子与原子中所有电子轨道和自旋角动量如何耦合成整个原子态的角动量密切相关因此其中是磁矩与外加磁场的夹角乂山于电子角场方向上学生姓名刘惠文学号专业班级应物班实验时间教师编号成绩式中是普朗克常量是电子的总角动量是磁量子数设称为玻尔磁子为未加磁场时原子的能量则原子在外在磁场中的总能量为由于朗德因子与原子中所有电子角动量的,曲线图 现象把实验结果与理论结果进行比较学习观测塞曼效应的实验方法计算电子核质比二实验仪器型塞曼效应实验仪三实验原理塞曼效应在外磁场作用下由于原子磁矩与磁场相互作用使原子能级产生分裂垂直于磁场观察时产生线偏振光一定的磁矩它在外磁场中会获得一定的磁相互作用能山于原子的磁厝矩与总角动量的关系为其中为朗因子与原子中所有电子轨道和自旋角动量如何耦合成整个原子态的角动量密切相关因此其中是磁矩与外加磁场的夹角乂山于电子角场方向上学生姓名刘惠文学号专业班级应物班实验时间教师编号成绩式中是普朗克常量是电子的总角动量是磁量子数设称为玻尔磁子为未加磁场时原子的能量则原子在外在磁场中的总能量为由于朗德因子与原子中所有电子角动量的