文档介绍：近代物理实验报告塞曼效应实验学院班级姓名学号时间2014年3月16日塞曼效应实验实验报告【摘要】:本实验通过塞曼效应仪与一些观察装置观察***(Hg)(3S1→3P2跃迁)的塞曼分裂,从理论上解释、分析实验现象,而后给出横效应塞满分裂线的波数增量,最后得出荷质比。【关键词】:塞曼效应、***、横效应、塞满分裂线、荷质比【引言】:塞曼效应是原子的光谱线在外磁场中出现分裂的现象,是1896年由荷兰物理学家塞曼发现的。首先他发现,原子光谱线在外磁场发生了分裂;随后洛仑兹在理论上解释了谱线分裂成3条的原因,这种现象称为“塞曼效应”。在后来进一步研究发现,很多原子的光谱在磁场中的分裂情况有别于前面的分裂情况,更为复杂,称为反常塞曼效应。塞曼效应的发现使人们对物质光谱、原子、分子有更多了解,塞曼效应证实了原子磁矩的空间量子化,为研究原子结构提供了重要途径,被认为是19世纪末20世纪初物理学最重要的发现之一。利用塞曼效应可以测量电子的荷质比。在天体物理中,塞曼效应可以用来测量天体的磁场。本实验采取Fabry-Perot(以下简称F-P),同时利用塞满效应测量电子的荷质比。【正文】:一、塞曼分裂谱线与原谱线关系1、磁矩在外磁场中受到的作用(1)原子总磁矩在外磁场中受到力矩的作用:其效果是磁矩绕磁场方向旋进,也就是总角动量(PJ)绕磁场方向旋进。(2)磁矩在外磁场中的磁能:由于或在磁场中的取向量子化,所以其在磁场方向分量也量子化:∴原子受磁场作用而旋进引起的附加能量M为磁量子数g为朗道因子,表征原子总磁矩和总角动量的关系,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:其中:L为总轨道角动量量子数S为总自旋角动量量子数J为总角动量量子数M只能取J,J-1,J-2……-J(共2J+1)个值,即ΔE有(2J+1)个可能值。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2、塞曼分裂谱线与原谱线关系:(1)基本出发点:∴分裂后谱线与原谱线频率差由于为方便起见,常表示为波数差定义为洛仑兹单位:3、谱线的偏振特征:塞曼跃迁的选择定则为:ΔM=0时为π成份(π型偏振)是振动方向平行于磁场的线偏振光,只有在垂直于磁场方向才能观察到,平行于磁场方向观察不到;但当ΔJ=0时,M2=0到M1=0的跃迁被禁止。当ΔM=±1时,为σ成份,σ型偏振垂直于磁场,观察时为振动垂直于磁场的线偏振光。平行于磁场观察时,其偏振性与磁场方向及观察方向都有关:沿磁场正向观察时(即磁场方向离开观察者:U)ΔM=+1为右旋圆偏振光(σ+偏振)ΔM=-1为左旋圆偏振光(σ-偏振)也即,磁场指向观察者时:⊙ΔM=+1为左旋圆偏振光ΔM=-1为右旋圆偏振光分析的总思路和总原则:在辐射的过程中,原子和发出的光子作为整体的角动量是守恒的。原子在磁场方向角动量为:∴在磁场指向观察者时:⊙当ΔM=+1时,光子角动量为,与同向电磁波电矢量绕逆时针方向转动,在光学上称为左旋圆偏振光。ΔM=-1时,光子角动量为,与反向电磁波电矢量绕顺时针方向转动,在光学上称为右旋圆偏振光。例:Hg5461Å谱线,{6S7S}3S1→{6S6P}3P2能级跃迁产生分裂后,相邻两谱线的波数差实验方法:观察塞曼分裂的方法