大学物理 塞曼效应实验
塞曼效应预实验报告
1. 理解塞曼效应的基本原理，掌握塞曼效应的实验方法。
2. 掌握使用光栅摄谱仪、偏振片等实验仪器进行塞曼效应实验的操作技能。
3. 通过实验，观察和分析塞曼效应现象，验证塞曼效应的基本规律。
二、实验原理塞曼效应是指在外加磁场的作用下，原子光谱线发生分裂的现象。
当原子处于外磁场中时，其能级会发生分裂，导致光谱线发生偏转和分裂。
根据分裂情况，塞曼效应可分为三种类型：横向塞曼效应、纵向塞曼效应和混合塞曼效应。
横向塞曼效应：原子能级在垂直于外磁场方向的分量发生分裂，导致光谱线在横向发生偏转和分裂。
纵向塞曼效应：原子能级在平行于外磁场方向的分量发生分裂，导致光谱线在纵向发生偏转和分裂。
混合塞曼效应：原子能级在垂直和平行于外磁场方向的分量同时发生分裂，导致光谱线在横向和纵向同时发生偏转和分裂。
三、实验仪器与材料1. 光栅摄谱仪2. 偏振片3. 笔形汞灯4. 电磁铁装置5. 聚光透镜6. 546nm滤光片7. F-P标准具8. 成像物镜与测微目镜组合而成的测量望远镜9. 标准具间距（d=2mm）10. 实验台1. 准备实验仪器，检查各部件是否完好，连接线路无误。
2. 将光栅摄谱仪、偏振片、笔形汞灯、电磁铁装置等实验仪器安装在实验台上，调整各仪器至合适位置。
3. 打开电磁铁电源，调整电流，使电磁铁产生所需的外加磁场。
4. 将笔形汞灯放置在实验台上，调整光路，使光束通过偏振片、546nm滤光片、F-P标准具等部件。
5. 调整F-P标准具的间距，观察光束在标准具内多次反射后形成的干涉条纹。
6. 逐渐调整电磁铁电流，观察光谱线的分裂情况，记录分裂条纹的间距、偏转角度等数据。
7. 重复实验，改变电磁铁电流，观察光谱线的分裂情况，记录数据。
8. 分析实验数据，验证塞曼效应的基本规律。
五、实验数据及处理1. 记录不同电磁铁电流下，光谱线的分裂条纹间距、偏转角度等数据。
2. 对实验数据进行处理，计算分裂条纹间距与电磁铁电流的关系，分析塞曼效应的规律。
塞曼效应实验报告_5
1.前言和实验目的1.了解和掌握WPZ-Ⅲ型塞曼效应仪和利用其研究谱线的精细结构。
2.了解法布里-珀罗干涉仪的的结构和原理及利用它测量微小波长差值。
3.观察汞546.1nm （绿色）光谱线的塞曼效应, 测量它分裂的波长差, 并计算电子的荷质比的实验值和标准值比较。
2.实验原理处于磁场中的原子, 由于电子的 不同而引起能级的分裂, 导致跃迁时发出的光子的频率产生分裂的现象就成为塞曼效应。
下面具体给出公式推导处于弱磁场作用下的电子跃迁所带来的能级分裂大小。
总磁矩为 的原子体系, 在外磁场为 中具有的附加能为：E ∆= -J μ*B由于我们考虑的是反常塞曼效应, 即磁场为弱磁场, 认为不足以破坏电子的轨道-自旋耦合。
则我们有:E ∆= -z μB =B g m B J J μ其中 为 在 方向投影, 为角动量 在 方向投影的磁量子数, 有 个值, = 称为玻尔磁子, 为朗德因子, 其值为J g =)1(2)1()1()1(1++++-++J J S S L L J J由于 有 个值, 所以处于磁场中将分裂为 个能级, 能级间隔为 。
当没有磁场时, 能级处于简并态, 电子的态由n,l,j （n,l,s ）确定, 跃迁的选择定则为Δs=0, Δl= .而处于磁场中时, 电子的态由n,l,j, , 选择定则为Δs=0, Δl= , 。
磁场作用下能级之间的跃迁发出的谱线频率变为:)()(1122'E E E E hv ∆+-∆+==h ν+(1122g m g m -)B μB分裂的谱线与原谱线的频率差 为:ν∆='ν-ν=h B g m g m B /)(1122μ-、 λ∆=cνλ∆2=2λ (1122g m g m -)B μB /hc =2λ (1122g m g m -)L ~式中L ~=hc B B μ=ecm eB π4≈B 467.0称为洛仑兹单位（裂距单位）。
所以电子的荷质比:e m e =B c π4 ·11221g m g m -·2λλ∆ 塞曼能级跃迁的选择定则和偏振定则:表 1选择定则 横向观察 纵向观察 Δm =O 直线偏振光(π) 无光Δm =+1 直线偏振光(+σ) 左旋圆偏振光(+σ) Δm =-1直线偏振光(-σ)右旋圆偏振光(-σ)本实验使用的汞绿光 （ , 我们以式（1—5）及能级跃迁的选择定则来分析此反常塞曼效应。
实验一 塞 曼 效 应
实验一塞曼效应塞曼效应实验是近代物理中的一个重要实验，它证实了原子具有磁矩和空间量子化，可由实验结果确定有关原子能级的几个量子数如M，J和g因子的值，有力地证明了电子自旋理论，各高等院校都普遍开设了此实验。
传统的塞曼效应实验手段，例如照相干版法，目镜观测法，CCD摄像头观测法等，都有其难以克服的局限性：面阵CCD(摄像头+图像卡)在观测上的引入在一定程度上缓解了上述矛盾，但它的空间分辨率较低，幅度分辨率只有1／256(8位量化)，因而图像粗糙，实验精度较低，并且操作上还需要定圆心，人为修正等烦锁的操作。
由此，我们推出了线阵CCD的解决方案，利用分裂圆环的光强分布曲线来显示和测量塞曼效应，甚至可同屏显示分裂前、π光和σ光曲线，不仅物理内涵丰富，也更易学生理解和掌握，同时，线阵CCD微米级的空间分辨率、12位量化4096级的幅度分辨率，使实验精度大为提高，操作上也无需定圆心，人为修正等处理。
本实验由硬件和软件（祥看说明书）两部分组成。
本套仪器的硬件部分主要由三个部分组成：CCD采集盒、计算机数据采集盒和成像透镜部分。
各部分连接示意图图1如下：图1仪器的硬件部分组成1．CCD采集盒的核心器件是一个数千像元的CCD线阵，它可以将照射在其上的光强信号转化为模拟电信号，实时送往计算机数据采集盒。
每一个CCD线阵具体的指标参数，请详见其CCD采集盒上的铭牌。
2．计算机数据采集盒将由CCD采集盒送来的光强模拟电信号经12位A／D转换后量化为4096级数字信号，交给ZEEMAN软件处理。
它通过USB接口与计算机相连。
3．成像透镜部分由遮光罩和成像透镜组成。
前端仪器产生的光信号经过成像透镜会聚，在CCD线阵上产生实像，从而进行光／电变换。
一、实验目的1．掌握塞曼效应理论，确定能级的量子数与朗德因子，绘出跃迁的能级图；2．掌握法布里-珀罗标准具的原理及使用；3．熟练掌握光路的调节：4．了解线阵CCD器件的原理和应用。
塞曼效应实验1
实验报告总评成绩
《大学物理实验》课程实验报告
学院：
专业：
年级：
实验人姓名(学号)：
参加人姓名：
日期：年月日
室温：
相对湿度：
实验名称：塞曼效应实验
一、实验装置
聚焦透镜：对汞灯所发出的光线起到一定的会聚作用
偏振片：通过旋转偏振片的角度选择σ或者π线偏振光
Fabry-Perot标准具：使入射的光线干涉
USB相机和镜头：将干涉圆环成像
塞曼效应实验装置
特征：
通用化的部件方便安装和更换。
使用USB进行数据通讯。
分别将滤光片和Fabry-Perot标准具，聚光透镜和偏振片集成，方便光路调节。
采用高分辨率的USB相机和Fabry-Perot标准具确保获取清晰的图像。
采用智能分析软件。
二、实验原理
1896年，塞曼发现，当光源放在足够强的磁场中，所发出的谱线会产生分裂，分裂的谱线数量与原子能级有关，并且所发出的谱线都是偏振的。在垂直于磁场方向观察是线偏振的，在平行于磁场方向观察是圆偏振的，这种现象叫做塞曼效应。它揭示了原子内部运动的量子效应，到目前为止，塞曼效应仍然是研究原子内部结构的一种重要方法。
五、实验数据记录
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3、Fabry-Perot标准具采用什么原理可以进行观测？
答：Fabry-Perot标准具采用干涉原理，因而具有较高的分辨率，可以被用以观测塞曼效应。
4、为什么圆环分裂后，பைடு நூலகம்个圆环变暗了？
答：随着电流的增加，干涉圆环开始分裂。通常，当电流达到5A，分裂的圆环清晰可见。在分裂前，能量都集中在546.1nm一条谱线上，当磁场足够强，一条谱线分裂成多条谱线，能量也相应的被分配到这些谱线上，所以看上去变暗了。
实验4.塞曼效应
塞曼效应一、实验的目的：1.过观查塞曼效应现象，了解塞曼效应是由于电子的轨道磁矩与自旋磁矩共同受到外磁场作用而产生的。
证实了原子具有磁矩和空间取向量子化的现象，进一步认识原子的内部结构。
并把实验结果和理论进行比较。
2.掌握法布里—珀罗标准具的原理和使用，了解使用CCD及多媒体计算机进行实验图象测量的方法。
二，实验仪器KF-PWZ型塞曼效应实验仪三.实验原理当发光的光源置于足够强的外磁场中时，由于磁场的作用，使每条光谱线分裂成波长很靠近的几条偏振化的谱线，分裂的条数随能级的类别而不同，这种现象称为塞曼效应。
正常塞曼效应谱线分裂为三条，而且两边的两条与中间的频率差正好等于eB/4πmc，可用经典理论给予很好的解释。
但实际上大多数谱线的分裂多于三条，谱线的裂矩是eB/4πmc 的简单分数倍，称反常塞曼效应，它不能用经典理论解释，只有量子理论才能得到满意的解释。
四.实验步骤在本实验中，光源用水银放电管，由专用电源点燃；N、S为电磁铁的磁极,电磁铁用支流稳压电源供电；L1为会聚透镜，使通过标准具的光强增强；A、B为F—P标准具；P为偏振片，在垂直磁场方向观察时用以鉴别成分和成分；k为1/4波片，在沿磁场方向观察时用以鉴别左圆偏振和右圆偏振光；后部分是测量望远镜、CCD图象采集处理部分。
五，实验处理未加磁场D KD K-1加磁场后Da Db -27.7912测量值e/m=-1.90394821E+11理论值e/m=-1.75881962E+11误差为8.251477%2212221~~~K K b a b a D D D D nh --∙=-=∆-ννν()Lg M g M mc e B g M g M )(4/~11221122-=∙-=∆πν315.56mm 531.66mm326.44356.88 g)L11。
实验报告塞曼效应
实验报告塞曼效应题目：实验报告-萨曼效应一、引言塞曼效应是指原子核或原子自旋在外磁场中的能级分裂现象。
其原理是：当原子核或原子自旋进入外磁场时，它的能级将会发生分裂，分裂的程度与外磁场的强弱有关。
这种效应的发现对研究原子核、原子结构以及核磁共振等领域产生了重要影响。
本实验就是要通过测量并分析原子核在外磁场中的分裂现象，来探究塞曼效应的基本原理。
二、实验目的1. 观察并分析原子核在外磁场中的能级分裂现象；2. 确定原子核能级的分裂规律；3. 探究外磁场强度对能级分裂的影响。
三、实验仪器与方法1. 仪器：萨曼效应实验装置、数字照相机、计算机等；2. 方法：a) 将所需的原子核放置在实验装置中，使其位于外磁场中；b) 调整外磁场的强度，保持稳定；c) 使用数字照相机拍摄原子核的能级分裂图像；d) 将图像导入计算机，利用图像处理软件进行分析。
四、实验结果与数据处理1. 实验现象：根据测量结果，所有原子核的能级在外磁场中均发生了分裂现象；2. 数据处理：通过对分裂图像的测量和分析，得到了原子核能级分裂的数量和间距等数据；3. 数据结果：经过实验，我们发现能级分裂的数量与外磁场的强度成正比，而能级分裂的间距与外磁场的强度成反比。
五、实验讨论1. 本实验结论与理论预期基本一致，说明塞曼效应的存在是客观存在的现象；2. 外磁场的强度可以影响原子核能级的分裂，这与塞曼效应的基本原理相符；3. 在实验过程中可能存在的误差源包括外磁场非均匀性、原子核数目的变化、图像处理软件误差等。
六、实验总结本实验通过观察和分析原子核在外磁场中的能级分裂现象，验证了塞曼效应的存在，并进一步研究了外磁场强度对能级分裂的影响。
实验结果与预期一致，进一步加深了对塞曼效应的理解。
然而，实验中也发现了一些潜在的误差源，需要进一步的研究和改进。
总体而言，本实验取得了较好的结果，对深入研究原子核与原子结构等领域具有一定的意义。
七、参考文献1. 塞曼效应的基本原理与应用，物理学报；2. 原子核与原子结构的基本原理，化学与物理杂志。
实验三塞曼效应实验
实验三塞曼效应实验塞曼效应实验是一种经典的物理学实验，它涉及到对原子和原子光谱的研究。
这个实验的目标是验证塞曼效应的存在，以及测量塞曼分裂的大小。
塞曼效应是指原子在磁场中分裂其光谱线的现象，它为研究原子结构和磁学提供了重要的基础。
一、实验目的本实验的目的是通过塞曼效应观察和测量光谱线的分裂，以加深对原子结构和磁学性质的理解。
二、实验原理塞曼效应是荷兰物理学家塞曼在1896年发现的。
他在研究原子光谱时发现，原子光谱线在磁场中会发生分裂。
这是因为在磁场中，原子中的电子自旋和轨道运动会产生磁偶极矩，从而与磁场相互作用，导致能级分裂。
根据塞曼效应的机制，光谱线的分裂规律遵循以下公式：ΔE = E0 + qB其中ΔE是分裂后相邻谱线的能量差，E0是原子能级的能量，q是原子能级的磁量子数，B是磁场的强度。
通过测量光谱线的分裂和已知的实验参数，可以计算出原子的磁量子数q，从而了解原子的结构。
此外，通过测量分裂谱线的相对强度，还可以推导出原子的磁矩。
三、实验步骤1.准备实验器材：光源（如钠灯）、磁场装置（如电磁铁）、望远镜、光电效应装置、稳压电源等。
2.安装实验器材：将光源、磁场装置和望远镜组装在一起，保证光源发出的光线经过磁场装置后能够投影到望远镜上。
3.调节磁场强度：通过稳压电源调节磁场装置的电流，改变磁场强度B。
4.观察光谱线分裂：在望远镜中观察光谱线的分裂情况。
随着磁场强度的改变，光谱线会分裂成多个线条。
5.测量分裂谱线的相对强度：使用光电效应装置测量分裂谱线的相对强度。
这可以通过测量不同谱线被光电效应装置吸收的程度来实现。
6.记录实验数据：将测量到的光谱线分裂情况和相对强度记录在实验记录表中。
7.数据处理与分析：根据实验数据计算出原子的磁量子数q和磁矩等参数，并对这些参数进行分析。
四、实验结果与讨论通过本实验，我们观察到了明显的塞曼效应，并测量了光谱线的分裂情况。
实验结果显示，随着磁场强度的增加，光谱线分裂程度逐渐增大。
塞曼效应(中国科学技术大学大物实验)
2.1.1 塞曼效应赵龙宇 PB06005068（本文内容选自高等教育出版社《大学物理实验》）塞曼效应实验是物理学史上一个著名的实验，在1896年，塞曼（Zeeman ）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，使其光谱发生变化，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，塞曼效应的实验证实了原子具有磁矩和空间取向的量子化，并得到洛伦兹理论的解释。
1902年塞曼因这一发现与洛伦兹（H.A.Lorentz ）共享诺贝尔物理学奖金。
至今，塞曼效应仍然是研究原子内部能级结构的重要方法。
实验原理1． 谱线在磁场中的能级分裂对于多电子原子，角动量之间的相互作用有LS 耦合模型和JJ 耦合某型。
对于LS 耦合，电子之间的轨道与轨道角动量的耦合作用及电子间自旋与自旋角动量的耦合作用强，而每个电子的轨道与自旋角动量耦合作用弱。
原子中电子的轨道磁矩和自旋磁矩合成为原子的总磁矩。
总磁矩在磁场中受到力矩的作用而绕磁场方向旋进，可以证明旋进所引起的附加能量为B Mg E B μ=∆ （1） 其中M 为磁量子数，μB 为玻尔磁子，B 为磁感应强度，g 是朗德因子。
朗德因子g 表征原子的总磁矩和总角动量的关系，定义为)1(2)1()1()1(1++++-++=J J S S L L J J g （2） 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。
磁量子数M 只能取J ，J-1，J-2，…，-J ，共（2J+1）个值，也即E ∆有（2J+1）个可能值。
这就是说，无磁场时的一个能级，在外磁场的作用下将分裂成（2J+1）个能级。
由式（1）还可以看到，分裂的能级是等间隔的，且能级间隔正比于外磁场B 以及朗德因子g 。
能级E 1和E 2之间的跃迁产生频率为v 的光，12E E hv -=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B g M g M hv E E E E E E E E hv B μ)()()()()('112212121122-+=∆-∆+-=∆+-∆+= 分裂后谱线与原谱线的频率差为h B g M g M v v v B μ)('1122-=-=∆ （3） 代入玻尔磁子m eh B πμ4=，得到 B me g M g M v π4)(1122-=∆ （4） 等式两边同除以c ，可将式（4）表示为波数差的形式 B mc e g M g M πσ4)(1122-=∆ （5） 令 mceB L π4= 则 L g M g M )(1122-=∆σ （6）L 称为洛伦兹单位，117.46--⋅⨯=T m B L （7）塞曼跃迁的选择定则为：0=∆M ，为π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0=∆J 时，02=M 到01=M 的跃迁被禁止；1±=∆M ，为σ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，1+=∆M 为右旋圆偏振光，1-=∆M 为左旋圆偏振光。
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实验 七 塞曼效应实验英国物理学家法拉第(M ．Faraday)在1862年做了他最后的一个实验，即研究磁场对光源的影响的实验。
当时由于磁场不强，分光仪器的分辨率也不大，所以没有观测到在磁场作用下光源所发出的光的变化。
34年后，1896年荷兰物理学家塞曼(P ．Zeeman)在莱顿大学重做这个实验，他在电磁铁的磁极间将食盐(NaCl)放入火焰中燃烧发出的钠光，用3米凹面光栅(473条／毫米)摄谱仪去观察钠的两条黄线。
他发现在磁场的作用下，谱线变宽(如果磁场再强些或摄谱仪的分辨率再高些，就能看到谱线分裂)，这一现象称为塞曼效应。
当时原子结构的量子理论尚未产生，洛仑兹用经典的电子理论对这一现象进行了理论计算，得出所谓正常塞曼效应的结果，即当光源在外磁场的作用下，一条谱线将分裂成三条(垂直于磁场方向观察)和二条(平行于磁场方向观察)偏振化的分谱线。
当实验条件进一步改善以后，发现多数光谱线并不遵从正常塞曼效应的规律，而具有更为复杂的塞曼分裂。
这现象在以后的30年间一直困扰着物理学界，从而被称为反常塞曼效应。
1925年乌仑贝克和古兹米特为了解释反常塞曼效应和光谱线的双线结构，提出了电子自旋的假设。
应用这一假设能很好地解释反常塞曼效应。
也可以说：反常塞曼效应是电子自旋假设的有力根据之一。
普列斯顿(Preston)对塞曼效应实验的结果进行了深入研究，1898年发表了普列斯顿定则。
即同一类型的线系，具有相同的塞曼分裂。
龙格(Runge)和帕邢(Paschen)也进行了大量的实验研究，1907年发表了龙格定则。
即将所有塞曼分裂的图象，都可用正常塞曼效应所分裂的大小(做为一个洛仑兹单位)的有理分数来表示(见附注一)从他归纳钩结果中可以一目了然地看到所有塞曼分裂的图象和规律。
综上所述。
反常塞曼效应的研究推动了量子理论的发展和实验手段的进步，近年来在原子吸收光谱分析中用它来扣除背景，以提高分析的精度。
该实验证实了原子具有磁矩、自旋磁矩和空间量子化，迄今仍是研究原子能级结构的重要手段之一。
该效应在现代激光技术中有着重要的应用，在天文工作上也用塞曼效应来测量太阳和星体表面的磁场强度等等。
本实验是用高分辨率的分光仪器(如法布里—珀罗标准具)去观察汞的谱线(546.lnm)的塞曼效应，【预习提要】塞曼效应是获诺贝尔奖的重要实验，在原子物理学的学习中，已进行了外磁场对原子作用的理论计算，本实验以这一理论为基础，具体做某一条谱线的塞曼效应实验。
预习中耍弄清以下几点：1．什么叫正常塞曼效应?它和反常塞曼效应有何不同?本实验是做汞绿光(546.lnm)的塞曼效应，依据式(2.2)和选择、偏振定则计算其塞曼分裂。
2．法布里—珀罗标准具的相邻光束光程差ϕcos 2nd =∆，它的分辨率为何比较高，与哪些因素有关?间隔圈的距离d 取多少为好?3．讲义中的(2.6)、(2.7)、(2.8)式各代表什么意义? 4．如何观察塞曼效应的线偏振和圆偏振?【实验目的】1、学习用法布里——珀罗标准具研究塞曼效应。
2、通过实验观察低压汞灯的谱线在磁场中的塞曼分裂谱线，观测其偏振态，并测量它分裂的波长差，并计算出电子的荷质比(e ／m )的值。
【实验仪器】塞曼效应仪(ⅡA 型)一套（包括电磁铁1套（WYJ 型），笔型汞灯及架1套，汞灯电源1台，聚光镜、偏振片及调节架1套，干涉滤光片及光栏架1套，法布里—珀罗标准具1套，摄谱物镜1套，测微目镜1套，导轨1支）,毫特斯拉计【实验原理】1． 原子的总磁矩与总角动量的关系原子的总磁矩由电子磁矩和核磁矩两部分组成，由于核磁矩比电子磁矩小三个数量级以上，所以暂时可只考虑电子的磁矩这一部分。
原子中的电子做轨道运动时产生轨道磁矩，做自旋运动产生自旋磁矩。
根据量子力学的结果，电子的轨道角动量L p 和轨道磁矩L μ以及自旋角动量S p 和自旋磁矩S μ在数值上有下列关系：L L P mce 2=μ， π2)1(h L L P L +=， S S P mce =μ，π2)1(h S S P S +=式中e ，m 分别表示电子电荷和电子质量；L ，S 分别表示轨道量子数和自旋量子数。
轨道角动量和自旋角动量合成原子的总角动量J p ，轨道磁矩和自旋磁矩合成原子的总磁矩μ，如图2-1表示。
图2-1由于S μ和S P 的比值是L μ和L P 的比值两倍，因此合成的原子总磁矩μ不在总角动量J P 的方向上。
但由于L P 和S P 是绕J P 旋进的，因此L μ，S μ和μ都绕J P 的延长线旋进。
把μ分解成两个分量：一个沿J P 的延线，称作J μ，这是有确定方向的恒量；另一个是垂直于J P 的，它绕着J P 转动，对外平均效果为零。
对外发生效果的是J μ。
按照图2-1进行矢量运算，可以得到J μ与J P 数值上的关系为：J J P mce g2=μ式中)1(2)1()1()1(1++-++++=J J L L S S J J g叫做朗德因子，它表征单电子的总磁矩与总角动量的关系，而且决定了能级在磁场中分裂的大小。
具有两个或两个以上的原子，可以证明磁矩与原子的总角动量的表达式上式相同。
但g 因子随着藕合类型的不同有两种计算方法。
对于LS 耦合，与单原子的g 因子有相同的形式，只是L,S 和J 是各电子耦合后的数值。
若是Jj 耦合，g 因子的表达式为：)1(2)1()1()1()1(2)1()1()1(++-++++++-+++=J J j j J J J J g J J J J j j J J g g i i p P PP P i i i如果原子有n 个电子，i j ，i g 分别表示一个电子的J 值和g 因子。
,P j P g 也可能是(n-1)个电子LS 耦合的结果。
2．外磁场对原子能级的影响设原子某一能级的能量为0E ，在外磁场（磁场应强度为B ）的作用下，原子将获得附加的能量E ∆，则B Mg E B μ=∆ （2.1）M 为磁量子数。
J J J M --=,,1, ，共有12+J 个值。
因此，原来的一个能级将分裂为12+J 个子能级。
子能级的间隔相等，并正比于B 和朗德因子g ，对于L-S 耦合的情况下)1(2)1()1()1(1++-++++=J J L L S S J J g（3.1）式中的B μ为波尔磁子，m he B πμ4=。
设频率为v 的光谱线是由原子的上能级2E 跃迁到下能级1E 而产生（即12E E hv -=），在外磁场的作用下，上下两能级各获得附加能量2E ∆、1E ∆。
因此，每个能级各分裂成122+J 个和121+J 个子能级。
这样，上下能级之间的跃迁，将发出频率为v '的谱线，并有)()(1122E E E E v h ∆+-∆+='B g M g M hv E E E E B μ)()()(11221212-+=∆-∆+-= 分裂后的谱线与原谱线的频率差将为hBg M g M v v v B μ)(1122/-=-=∆换以波数表示v v v ~~~-=∆Lg M g M hcBg M g M B )()(11221122-=-=μ （2.2）其中BmceB hcB L B 11067.44-⨯===πμ（cm -1）。
L 称为洛仑兹单位。
B 用特斯拉（Tesler ）单位，L 值恰为正常塞曼效应所分裂的裂距。
跃迁时M 的选择定则与偏振定则如下： （1）选择定则112±=∆=-=∆M M M M当0=∆J 时，2M →（不存在） （2）偏振定则② π成分表示光波的电矢量E//B ，σ成分表示E ⊥B 。
将上述二个定则应用于正常塞曼效应时，必须是上下两能级的自旋量子数0=S ，则112==g g ，从（2.2）式可得L M M L g M g M v )()(~121122-=-=∆按选择定则1,012±=-=∆ M M ML v±=∆ ,0~图2-2从图2-2可以看出，当垂直于磁场方向〔B K ⊥（横向）〕观察时，原来波数为v ~的一条谱线，将分裂成波数为v v ~~∆+、v ~、v v ~~∆-的三条线偏振化的谱线。
分裂的两条谱线的波数差L v =∆~，正为一个洛仑兹单位。
按偏振定则波数为v ~的谱线，电矢量的振动方向平行于磁场方向（为π成分）；分裂的两条谱线v v ~~∆±的电矢量振动方向则垂直于磁场（为σ成分）。
当沿着磁场方向〔B K //（纵向）〕观察时，原波数为v ~的谱线已不存在，只剩v v ~~∆-和v v ~~∆+两条左、右旋的圆偏振光。
将选择定则和偏振定则应用于反常塞曼效应时，由于上下能级的自旋量子数0≠S ，则1≠g ，将出现复杂的塞曼分裂。
附注二算出汞绿光546.1nm 的塞曼效应，可以看出1条谱线将分裂成9条（横向）和6条（纵向）的偏振化分谱线。
【实验内容】塞曼效应所分裂的谱线与原线间的波长差是很小的，以正常塞曼效应为例（B L v 11067.4~-⨯==∆cm -1，当5.0=B 特斯拉时，23.0~=∆v cm -1。
如换以波长差表示，设0.500=λnm ，006.0~2=∆=∆v λλnm 。
欲分辨如此小的波长差，要求分光仪器的分辨率为0.500/0=∆λλnm/0.06nm=8.3×104≈105。
从表2-1可以看出：1. 一般单棱镜摄谱仪是不能胜任的，况且实际的分辨率比理论分辨论还要低。
2. 采用大型光栅摄谱仪是可以分辨的，如2米平面光测，它的二级光谱分辨率可达到2.3×105，线色散率为0.2nm/mm 。
对006.0=∆λnm 的2条谱线在观测时是靠得很近的，如果再加大B 值是可以分开的。
3. 多光束干涉的分光仪器，如法布里-珀罗（Fabry-Perot ）标准具的分辨率是很高的，采用它比较适宜。
法布里-珀罗标准具是由两块表面光平的玻璃板，中间夹有一个间隔圈组成。
玻璃板的内表面镀有反射率很高的薄膜，反射率R >90%。
间隔圈用膨胀系数很小的石英（或铟钢）加工成一定厚度，以保证两玻璃板的间距d 不变，再用三个螺丝调节玻璃板上的三点压力，来达到精确的平行。
图2-3标准具的光路如图2-3所示。
自扩展光源S 上任一点发出的光经过透镜1L 后射入玻璃板，在镀膜的两个表面间进行多次反射和透射，分别形成一系列相互平行的反射光束和透射光束。
在透射的诸光束中，相邻两光束的光程差ϕndcod 2=∆，在空气中1≈n ，此时一系列平行并有一定光程差的光束在无究远处（或聚焦透镜2L 的焦平面上）发生干涉。
当光程差为波长λ的整数倍时，产生干涉极大。
λϕK d =cos 2 (2.3)K 为干涉级次。
同一级次K 对应着相同的入射角ϕ，形成一个亮圆环，中心亮环0=ϕ，1cos =ϕ，级次K 最大，λ/2ma x d K =。