塞曼效应.doc

塞曼效应一、 实验目的 研究塞曼分裂谱的特征，学习应用塞曼效应测量电子的荷质比和研究原子能级结构的方法。二、 实验原理1.谱线在磁场中的能级分裂旋进所引起的附加能量为，朗德因子g表征原子的总磁矩和总角动量的关系，定义为 磁量子数M只能取J，J-1，J-2，-J，即有（2J+1）个可能值。2.能级E 1和E 2之间的跃迁产生频率为v的光，表示为波数差的形式 塞曼跃迁的选择定则为：，为成为，是振动方向平行于磁场的线偏振光，只在垂直于磁场的方向上才能观察到，平行于磁场的方向上观察不到，但当时，到的跃迁被禁止；，为成分，垂直于磁场观察时为振动垂直于磁场的线偏振光，沿磁场正向观察时，为右旋圆偏振光，为左旋圆偏振光。3. 对F-P标准具，和Hg546.1nm的谱线的一些简单介绍对于F-P标准具的介绍请见纸质预习报告三、 实验内容及现象分析1 调节光路共轴仔细调节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。2 垂直于磁场方向观察塞曼分裂a、点燃汞灯，调节实验装置共轴，用d=2mm的标准具调节其处于最佳分辨状态。b、将电磁铁电流调至1.4A观察546.1nm谱线的塞曼分裂。再用偏振片区分成分和成分。（对应，的跃迁）实验现象：当偏振方向垂直于磁场方向时，只有中央三环消失，两边各有三环出现；当偏振方向平行于磁场方向时，只有中央三环出现，两边各有三环消失。分析：按照实验原理中对Hg546.1nm的谱线的一些简单介绍可知，中央三环为成分，两边六环为成分。由谱线在磁场中的能级分裂遵循塞曼跃迁的选择定则可知，当=0（即偏振方向平行于磁场方向）时，对应的塞曼分裂谱线为成分，是振动方向平行于磁场的线偏振光，只在垂直于磁场的方向才能观察得到；（即偏振方向垂直于磁场方向）时，对应塞曼分裂谱线为成分，垂直磁场观察时为振动方向垂直于磁场的线偏振光。可见，理论与实验现象相吻合。3 平行于磁场方向观察塞曼分裂（迎着磁场方向）将电磁铁电流调至1.4安，观察546.1nm谱线的塞曼分裂，用偏振片和四分之一玻片鉴别同一干涉级内，外环和内环各对应那种跃迁（和）实际操作时为了能够更清晰地观察到谱线出现的情况，加大了电流的值。实验现象：当偏振方向在一、三象限时，只有外环出现；当偏振方向在二、四象限时，只有内环出现；分析： 成分（正负）的谱线的振动方向相互垂直，在+45度（第一象限）的偏振方向与+成分的谱线的振动方向一致，而与-成分的谱线振动方向垂直，因此观测到三条谱线；同理，在-45度（第四象限）方向上观测到三条谱线；而在他们之间则可观测到六条谱线。这也就是内外环交替消失的原因。四、 思考题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：实验时当眼睛上下左右移动时候，圆环无吞吐现象时说明F-P标准具的两反射面基本平行了，当发现不平衡时，利用标准具上的三个旋钮来调节水平。如果当眼睛向某方向移动，观察到干涉纹从中心冒出来时，由干涉公式可得：该处的等倾干涉条纹所对应的厚度较大，此时应调节旋扭减小厚度；相反，若干涉条纹有吞现象，则条纹的级数在减小，那么该处的等倾条纹对应的厚度较小，此时应调节旋扭增加厚度；最后直至干涉条纹稳定，无吞吐现象发生。 也可先向某一方向调节旋钮，若吞吐现象更为明显，则向反方向调节即可。2.沿着磁场方向观察，和的跃迁各产生哪种圆偏振光？试用实验现象说明之。答：沿着磁场方向观测时，=+1为右旋圆偏振光，=-1时为左旋偏振光。在实验中，+成分经四分之一玻片后，当偏振片透振方向在一、三象限时才可观察到，因此为相位差为的线偏振光，所以+成分为右旋偏振光。同理可得-成分为左旋偏振光。