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塞曼效应实验及其拓展 物理 于遥
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目录 塞曼效应简介 实验目的 实验原理 实验步骤及实验器材 结果与讨论 现象分析小结
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塞曼效应简介 荷兰物理学家塞曼在1896年发现把产生光谱的光源置于足够强的磁场中，磁场作用于发光体使光谱发生变化，一条谱线即会分裂成几条偏振化的谱线，这种现象称为塞曼效应。 塞曼效应是继法拉第磁致旋光效应之后发现的又一个磁光效应。这个现象的发现是对光的电磁理论的有力支持，证实了原子具有磁矩和空间取向量子化，使人们对物质光谱、原子、分子结构有更多了解，特别是由于及时得到洛仑兹的理论解释，更受到人们的重视，被誉为继X射线之后物理学最重要的发现之一。
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实验目的 了解塞曼效应在研究原子内部结构方面的应用以及F-P标准具的使用 观测低压汞灯在磁场中塞曼分裂谱线,并测定它们的裂距和偏振态;
从谱线的塞曼裂距确定原子能级的J值及相应的g值，若原子遵从LS藕和，则可由g值确定该能级的L和S值。 分析明确塞曼分裂谱线的具体性质
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实验原理 1 塞曼效应中的能级分裂 原子放在外磁场中时原子的总磁矩将绕外磁场B的方向作旋进，使原子获得了附加的能量
在外磁场作用下，上下两能级分裂为（2J1+1）个和（2J2+1）个子能级，附加能量分别为1、2 ,满足 有磁场时的谱线与原谱线的频率差为
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实验原理 2 选择定则
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实验原理 3. F-P标准具 由平行放置的两块平面板组成的，在两板相对的平面上较高反射系数的薄膜。两平面的间隔是由某些热膨胀系数很小的材料做成的环固定起来，不可以改变。干涉极大值。2hcosθ=Nλ
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实验步骤及实验器材 实验步骤 1 了解实验装置 2开启汞灯，调节各光学元件，使其中心与磁场中心位置等高。（先不放置偏振片）
3自准法调节成像中心位置。 4小孔后用动态扫描观察，调节F-P标准具和平行度。 5加上光电倍增管，打开铜拴，用自准法调节成像中心位置。关闭观察窗口，把铜拴推入。打开计算机Zeeman Lab程序。填写实验设置信息。 6在Ｂ＝０的条件下，扫描记录曲线。 7在纵向磁场下，绘测汞546.1nm谱线的Zeeman分裂曲线；加上偏振片后，记录分析Zeeman分裂的π成分和σ成分 8在横向磁场下，绘测汞546.1nm谱线的Zeeman分裂曲线；加上偏振片后，记录分析Zeeman分裂的π成分和σ成分 9 比较分析，从而进一步了解分裂谱线成分的具体情况
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实验步骤及实验器材 实验器材： 低压汞光源、聚光透镜、偏振片、干涉滤光片、F-P标准具、气压扫描装置、特斯拉计、电脑 电磁铁 光源 电源
成像透镜 平面反射镜 读数显微镜 小孔光阑 光电接收器
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结果与讨论 B=0时，由于本组仪器电流放大器在数值较大时出现了非线性失真，初始图汞峰过于圆钝，在减小增大倍数同时提高U(b)增益后才得到比较好的图像 峰间距平均值 x1=1.216V 半高宽平均值 x2=0.068V 细度 x1 /x2=17.88 精细度较低，估计是电流放大器的内部问题
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结果与讨论 横向B=1.1T 主峰宽L1=1.209 峰间距L2的平均值=（0.12*6+0.13*9）/15=0.126 标准具间隔t=1.998mm 所以故塞曼分裂间隔V= L2/L1*0.25 =26.08m-1
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结果与讨论 加上偏振片后 π成分 σ成分
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结果与讨论 核值比计算 理论值： 误差 ：
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结果与讨论 纵向观察，无法观察到谱线，原因是谱线的偏振方向与磁场是平行的，在不加1/4波片时，无论如何旋转偏振片，观察到的总是6条分谱线，可知和此时是圆偏振；在加入1/4波片后，随着旋转偏振片，和谱线明暗交替出现 度数 45 135 225 315 谱线种类
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现象分析小结 关于调节F-P标准具的平行度 的问题
当气压增高时，空气的折射率会随之变大，导致光程差变大，则条纹移动方向是镜面间距小的方向，调节此方向上的旋钮（逆时针增大）。最初在小孔处观察干涉条纹较细、较清晰。逐渐调节，条纹移动，并变粗，直线性变差最后形成大片亮斑和暗区。移动眼睛观察（消除视察），条纹基本不变位置，说明平行调好，可以开始测绘。
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现象分析小结 外磁场需要为弱磁场的原因： 由于原子的总磁矩不在总角动量J的延长线上，从式子中可见角动量和其对应的磁距并不对称相似。故只有当外磁场较弱时，L和S绕J的旋进不受影响
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现象分析小结 σ和π谱线的探讨 σ谱线为圆偏振，因为一束光的电矢量在波面内运动时，特点是瞬时值大小不变，方向以角速度w匀速旋转，电矢量的轨迹为圆，此即为圆偏振光，它可分解为
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现象分析小结 光迎面来的时候 此时为右旋光，即电矢量顺时针旋转 超前 相位 此时为左旋光，即电矢量逆时针旋转 落后 相位
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现象分析小结 再加入1/4波片后上式中 都被抵消，圆偏振光就成为了线偏振光
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致谢 感谢每一位耐心指导帮助我的老师 感谢愉快合作一学期的张宏伟
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谢谢
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