西安交大《塞曼效应实验报告》(资料参考)
塞曼效应物理实验报告
塞曼效应物理实验报告引言塞曼效应是指在外磁场存在时，原子或分子谱线发生的能级分裂现象。
它是经典电动力学和量子力学相结合的重要现象，对于理解物质的微观结构和性质具有重要意义。
本实验旨在通过观察氢原子光谱的塞曼效应，验证量子力学理论，并通过实验测定氢原子的g因子。
实验原理当外磁场B存在时，原子或分子的能级会发生塞曼分裂。
设原子核的自旋和电子的轨道角动量平行，则能级分裂的数量为2J+1，其中J表示总角动量。
能级分裂的能量差为ΔE= gμBm B，其中m表示角动量z方向的投影，B为外磁场强度。
对于氢原子来说，g因子g=2，μB为玻尔磁子。
所以，当外磁场B存在时，氢原子谱线会发生分裂，其中一条谱线的波长为λ'=λ+Δλ，另一条谱线的波长为λ''=λ-Δλ，其中λ是无外磁场时的波长，Δλ=(gμB/λ)B。
实验装置- 氢原子气体灯管- 磁铁- 光栅- CCD相机- 电源、电流表等其他实验用具实验步骤1. 将磁铁放置在氢原子气体灯管周围，调整磁场强度B，并确定方向。
2. 开启氢原子气体灯管，使其发出光线。
3. 将氢原子光线通过光栅，使其分散成光谱。
4. 通过CCD相机记录光谱图像。
5. 分析光谱图像，测量不同塞曼分裂的波长差。
数据处理与分析我们测量和记录了不同磁场强度下的氢原子光谱图像，并通过图像处理软件提取出塞曼分裂的主要峰的位置。
然后，通过测量两个峰的波长差Δλ，可以计算出塞曼分裂的能量差ΔE。
为了验证实验结果的准确性，我们对每个磁场强度下的ΔE进行了多次测量，并计算均值和标准差。
通过测量得到的数据，我们绘制了氢原子的塞曼分裂能级示意图，其中能级分裂的数量符合量子力学的预测。
我们还通过线性回归，求得氢原子的g因子，并与理论值进行对比。
结论通过实验观察到氢原子谱线的塞曼效应，验证了量子力学理论的正确性。
实验测得的氢原子的g因子结果与理论值吻合较好，证明了实验的可靠性和准确性。
此外，实验结果还进一步加深了对于塞曼效应和量子力学的理解。
塞曼效应实验资料报告材料完整版
学生： 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 —Ⅲ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（π线和σ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e 的电子绕原子核转动，因此，原子具有一定的磁矩，它在外磁场B 中会获得一定的磁相互作用能E ∆，由于原子的磁矩J μ与总角动量J P 的关系为2J J e g P mμ=（1） 其中g 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个原子态的角动量密切相关。
因此，cos cos 2J J e E B g P B mμαα∆=-=-（2） 其中α是磁矩与外加磁场的夹角。
又由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，cos ,,1,,2J h P M M J J J απ-==--（3）学生： 惠文 学号： 5502210039 专业班级：应物101班实验时间： 教师编号：T017 成绩：式中h 是普朗克常量，J 是电子的总角动量，M 是磁量子数。
设：4B he mμπ=，称为玻尔磁子，0E 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00B E E E E Mg B μ=+∆=+（4）由于朗德因子g 与原子中所有电子角动量的耦合有关，因此，不同的角动量耦合方式其表达式和数值完全不同。
在L S -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L μ、L P 、L 和S μ、S P 、S ，它们的关系为2L L e P m μ==（5）S S e P m μ==（6） 设J P 与L P 和S P 的夹角分别为LJ α和SJ α，根据矢量合成原理，只要将二者在J μ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系：2222222222cos cos (cos 2cos )2(2)222(1)222J L LJ S SJL LJ S SJ J L S J L S J J J L S J J J e P P mP P P P P P e m P P P P P e P P me g P m μμαμααα=+=++--+=+-+=+=（7） 其中朗德因子为(1)(1)(1)1.2(1)J J L L S S g J J +-+++=++（8） 由（＊）式中可以看出，由于M 共有（2J ＋1）个值，所以原子的这个能级在学生： 惠文 学号： 5502210039 专业班级：应物101班实验时间： 教师编号：T017 成绩：外磁场作用下将会分裂为（2J ＋1）个能级，相邻两能级间隔为B g B μ。
塞曼效应的实验报告
塞曼效应一、实验目的1、研究塞曼分裂谱的特征2、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，其中 12E E hv -=在磁场中，若上、下能级都发生分裂，新谱线的频率v ’满足B g M g M hv E E E E E E E E hv B μ)()()()()('112212121122-+=∆-∆+-=∆+-∆+= 即分裂后谱线与原谱线的频率差为 hBg M g M v v v B μ)('1122-=-=∆ （3）代入玻尔磁子mehB πμ4=，得到 B meg 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 mceg M g M πσ4)(1122-=∆ （5） 令 mc eBL π4=则 L g M g M )(1122-=∆σ （6）其中L 称为洛伦兹单位，且 B L 467.0= 塞曼跃迁的选择定则为：1,0±=∆M当0=∆M ，为π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；当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。
塞曼效应实验报告
塞曼效应实验报告塞曼效应实验报告引言：塞曼效应是物理学中的一个重要现象，它揭示了原子和分子在磁场中的行为。
本实验旨在通过观察和分析塞曼效应，深入了解原子和分子的磁性质，并探索其在科学研究和应用领域的潜在价值。
实验装置：本实验所使用的装置主要包括：磁场产生装置、光源、光栅、光电探测器等。
其中，磁场产生装置通过电流在线圈中产生磁场，光源发出一束光线，经过光栅分解成多条光谱线，最后由光电探测器接收并转化为电信号。
实验步骤：1. 首先，将磁场产生装置放置在实验台上，并通过电源调节线圈中的电流，使得磁场强度达到所需的数值。
2. 将光源对准光栅，确保光线垂直入射，并调节光源的亮度，使得光线足够明亮。
3. 调整光栅的角度，使得光线经过光栅后分解成多条光谱线。
4. 将光电探测器放置在光谱线的路径上，并连接到示波器上，以观察电信号的变化。
5. 在无磁场的情况下，记录下光电探测器接收到的电信号的强度，并作为基准值。
6. 开启磁场产生装置，调节电流，使得磁场强度逐渐增大。
观察并记录下光电探测器接收到的电信号的变化情况。
实验结果与分析：在实验中，我们观察到了明显的塞曼效应。
当磁场强度逐渐增大时，光电探测器接收到的电信号发生了明显的变化。
这是因为原子和分子在磁场中会发生能级的分裂，导致光谱线的位置发生变化。
通过对实验数据的分析，我们可以得出以下结论：1. 塞曼效应的大小与磁场强度成正比。
当磁场强度增大时，塞曼效应的程度也随之增加。
这与塞曼效应的理论预测相符。
2. 塞曼效应的方向与磁场方向有关。
根据实验结果，我们可以确定光谱线的分裂方向与磁场方向垂直。
这是因为原子和分子在磁场中会受到洛伦兹力的作用，使得能级分裂成多个子能级。
3. 塞曼效应的大小与原子或分子的性质有关。
不同的原子或分子在磁场中会产生不同程度的塞曼效应。
这是由于不同原子或分子的磁矩不同，从而导致其在磁场中的行为差异。
实验应用：塞曼效应在科学研究和应用领域具有广泛的应用价值。
塞曼效应实验报告完整版
塞曼效应实验报告完整版[实验报告标题][摘要]本实验通过实验测量了在磁场中的谱线分裂现象，即塞曼效应。
利用自制的光学仪器测量了铯原子的谱线分裂，验证了磁场对谱线的影响。
实验结果表明，在磁场存在下，谱线会发生分裂，且分裂数量与磁场的强度正相关。
本实验对于深入理解原子光谱和量子力学有重要的意义。
[引言]塞曼效应是物理学中一个重要的现象，它揭示了磁场对于原子能级结构的影响。
塞曼效应通过分裂原子的光谱线，使我们能够更加准确地研究原子结构和磁场的关系。
塞曼效应的发现对于量子力学和磁学的发展起到了重要的推动作用。
本实验旨在利用自制的光学仪器观察和测量铯原子的塞曼效应，并验证磁场对于谱线分裂的影响。
[实验原理]塞曼效应是指原子在外加磁场作用下，能级发生分裂，不同能级对应的谱线分成多条。
根据塞曼效应的原理，我们可以通过测量分裂后的谱线数量来间接测量磁场的强度。
塞曼效应分为正常塞曼效应和反常塞曼效应。
正常塞曼效应是指能级的劈裂符合朗德因子gJ的规律，而反常塞曼效应则不符合。
根据塞曼效应的原理，我们可以得到塞曼能级的能量差公式为:ΔE=gJμBΔM其中，ΔE是能级的能量差，gJ是朗德因子，μB是玻尔磁子，ΔM是能级的劈裂数。
[实验步骤]1.搭建实验装置：使用自制的光学仪器搭建实验装置，包括光源、单色仪、磁场系统和光电倍增管。
2.调节光源和单色仪：使用准直的光源和单色仪，使光线垂直入射并通过单色仪的狭缝得到单色光。
3.加入磁场：打开磁场系统，通过调节电流和磁场方向，使得磁场垂直于光线传播的方向。
4.观察光谱：在磁场存在下，观察光谱线的变化，记录分裂后的谱线数量。
5.测量磁场强度：通过调节磁场的电流，测量分裂后的谱线数量与磁场强度的关系。
[实验结果]在实验中，我们使用铯原子作为样品，观察了它的谱线在磁场存在下的分裂情况。
通过观察和测量，我们发现在磁场存在下，铯原子的谱线发生了分裂，分裂数量与磁场的强度正相关。
[实验讨论]通过本实验的观察和测量结果，我们得出了塞曼效应对光谱线的影响是存在且可测量的。
塞曼效应实验的报告完整版
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报告标题：塞曼效应实验
I.实验目的
本实验旨在通过模拟和观察塞曼效应，以加深对其机理的理解。
II.实验原理
塞曼效应是一种电磁学效应，能够在一个可逆的非线性系统中产生特殊的振荡行为，并可以在实验中得到观察。
该效应的本质是由于振子实体和振子系统之间存在耦合、反馈所致。
III.实验装置
本实验采用塞曼效应实验装置，由振子、激励电路、检测电路及检测仪组成。
IV.实验步骤
1. 用激励电路给振子施以外力，使振子振荡起来，检测电路会检测振子的振幅和频率，并将数据显示在检测仪上；
2. 逐渐增大激励电路的电流，观察振子振幅和频率的变化；
3. 逐渐减小激励电路的电流，观察振子振幅和频率的变化；
4. 重复上述步骤，观察塞曼效应的变化。
V.实验结果
随着激励电路的电流的增加，振子的振幅和频率也会随之增大，当电流达到一定程度时，振子的振幅和频率开始急剧减小，甚至几乎停止振动，然后再慢慢回升，这正是塞曼效应的表现。
VI.实验总结
本实验通过模拟和观察塞曼效应，加深了对其机理的理解。
实验结果表明，在激励电路的电流达到一定程度时，振子的振幅和频率开始急剧减小，甚至几乎停止振动，然后再慢慢回升，这正是塞曼效应的表现。
塞曼效应实验报告
塞曼效应实验报告引言：塞曼效应是量子力学中的一个重要现象，它揭示了原子和分子能级结构与外部磁场之间的相互作用关系。
本实验旨在通过观察塞曼效应，验证这一理论。
实验装置与方法：实验装置包括磁场源、光源、光栅和光谱仪。
首先，将磁场源置于实验室中心位置，并接通电源使其产生稳定的磁场。
然后，通过光源产生一束具有特定频率的光线，该光线通过光栅，经过一定的光学系统，形成光谱。
观察现象与数据记录：在实验过程中，我们注意到光谱线在磁场的作用下出现了细微的分裂，这就是塞曼效应的表现。
我们记录下这些分裂的光谱线的位置和强度。
数据处理与结果分析：根据数据和观察结果，我们将光谱线的位置和强度分别绘制在坐标图上。
通过分析图形，我们发现光谱线的分裂符合一定的规律。
具体来说，对于不同的能级结构，塞曼效应产生的分裂方式可以分为三种：正常塞曼效应、反常塞曼效应和正常塞曼效应的反转。
正常塞曼效应是指，当原子或分子具有奇数个价电子时，塞曼效应造成的光谱线分裂的间距随磁场强度的增加而增加。
反常塞曼效应则是指，当原子或分子具有偶数个价电子时，光谱线的分裂间距随磁场强度的增加而减小。
而正常塞曼效应的反转是指在特定条件下，正常塞曼效应和反常塞曼效应的特征同时出现。
根据观测到的现象，我们可以通过分析光谱线的位置和强度来获取有关原子和分子能级结构的信息。
通过计算分裂的间距和角度，我们可以确定材料的磁矩和磁量子数等参数。
结论：通过本实验，我们成功观测到了塞曼效应并记录了相关数据。
分析数据后，我们得出了关于正常塞曼效应、反常塞曼效应和正常塞曼效应的反转的结论。
这些结果不仅验证了塞曼效应的存在，还揭示了原子和分子能级结构与外部磁场之间的复杂关系。
实验中的一些限制因素：尽管本实验取得了一些有意义的结果，但也存在一些限制因素需要考虑。
首先，实验中使用的光源和光学系统的精度可能会影响到数据的准确性。
其次，磁场强度和方向的控制也对结果产生了一定的影响。
因此，为了获得更精确的结果，进一步的研究和改进是必要的。
塞曼效应实验报告范文
一、实验目的1. 深入理解原子磁矩及其空间取向量子化等原子物理学概念。
2. 学习法布里-珀罗标准具（F-P标准具）的使用及其在光谱学中的应用。
3. 掌握利用塞曼效应实验测量电子荷质比的方法。
二、实验原理1. 塞曼效应简介塞曼效应是指在外加磁场作用下，原子光谱线发生分裂的现象。
该效应最早由荷兰物理学家塞曼于1896年发现，并在1902年与洛伦兹一起获得诺贝尔物理学奖。
塞曼效应的发现为研究原子结构、电子角动量和量子力学等领域提供了重要依据。
2. 原子磁矩和角动量关系原子中的电子具有轨道运动和自旋运动，相应地产生轨道磁矩和自旋磁矩。
原子磁矩与总角动量J的关系为：μ = gμB J其中，μ为磁矩，gμB为朗德因子，J为总角动量。
3. 原子在外磁场中的能级分裂在外磁场作用下，原子能级发生分裂。
能级分裂情况取决于外磁场强度、朗德因子以及总角动量量子数。
分裂后的能级频率与原能级频率之间的关系为：ν' = (gμB M) / h其中，ν'为分裂后能级频率，M为磁量子数，h为普朗克常数。
4. 塞曼效应实验原理本实验采用法布里-珀罗标准具观察汞原子546.1nm谱线的塞曼效应。
当汞原子受到外磁场作用时，其546.1nm谱线发生分裂，形成多条光谱线。
通过测量这些光谱线的频率和波长，可以计算出磁感应强度B。
三、实验仪器与设备1. 汞灯：提供实验所需的汞原子光源。
2. 聚光透镜：将汞灯发出的光聚焦到F-P标准具上。
3. F-P标准具：用于观察汞原子546.1nm谱线的塞曼效应。
4. 偏振片：用于调节光线的偏振方向。
5. 滤光片：用于选择汞原子546.1nm谱线。
6. 成像透镜：将F-P标准具成像到望远镜中。
7. 望远镜：用于观察和测量光谱线。
8. 特斯拉计：用于测量磁感应强度。
四、实验步骤1. 调节实验装置，使汞灯发出的光通过聚光透镜、F-P标准具、偏振片、滤光片后成像到望远镜中。
2. 在无外磁场的情况下，观察并记录汞原子546.1nm谱线的位置和强度。
塞曼实验报告
一、实验目的1. 通过实验观察塞曼效应现象，加深对原子物理中塞曼效应理论的理解。
2. 掌握使用光栅摄谱仪、偏振片等实验仪器的操作方法。
3. 通过实验测定电子的荷质比，验证量子力学的基本原理。
二、实验原理塞曼效应是指当原子处于外磁场中时，其能级发生分裂的现象。
根据量子力学理论，电子在外磁场中的运动受到磁矩与磁场相互作用的约束，导致能级分裂。
实验中，通过观察汞谱线的塞曼分裂，可以测定电子的荷质比，并验证量子力学的基本原理。
三、实验仪器1. 光栅摄谱仪2. 偏振片3. 汞灯4. 电磁铁5. 聚光透镜6. 546nm滤光片7. 记录仪四、实验步骤1. 将汞灯放置在光栅摄谱仪的入射光路中，调节光栅和汞灯的位置，使汞灯发出的光通过光栅。
2. 在光栅摄谱仪的出射光路中，放置偏振片，调节其角度，观察偏振光的性质。
3. 将汞灯放置在电磁铁的磁场中，调节电磁铁的电流，使磁场强度逐渐增大。
4. 观察汞灯发出的光谱线，记录其位置和亮度变化。
5. 改变电磁铁的电流，重复上述步骤，观察光谱线的分裂情况。
6. 利用记录仪记录光谱线的位置和亮度变化，绘制塞曼分裂谱线图。
五、实验结果与分析1. 观察到汞灯发出的光谱线在电磁铁的磁场中发生分裂，分裂的条数随磁场强度的增大而增加。
2. 根据塞曼效应理论，分裂的条数与能级分裂的数目相等。
通过计算分裂的条数，可以推算出电子的荷质比。
3. 通过实验测定的电子荷质比与理论值相符，验证了量子力学的基本原理。
六、实验讨论1. 实验过程中，电磁铁的磁场强度对塞曼效应的影响较大。
在实验过程中，应严格控制电磁铁的电流，以保证实验结果的准确性。
2. 在实验过程中，观察光谱线时，应注意观察其位置和亮度变化，以便准确记录实验数据。
3. 实验过程中，应保持实验环境的清洁和稳定，以减小外界因素对实验结果的影响。
七、结论通过本次实验，我们成功观察到了塞曼效应现象，并利用实验数据测定了电子的荷质比。
实验结果表明，量子力学的基本原理在原子物理中得到了验证。
塞曼效应实验报告模板
一、实验目的1. 理解塞曼效应的原理和现象。
2. 探究原子光谱线在磁场中的分裂情况。
3. 测量塞曼效应中光谱线的分裂间距，验证塞曼效应的规律。
二、实验原理塞曼效应是指在外加磁场作用下，原子光谱线发生分裂的现象。
根据量子力学理论，当原子处于磁场中时，其能级将发生分裂，导致光谱线发生分裂。
根据分裂规律，可推导出光谱线的分裂间距与磁场强度之间的关系。
三、实验仪器与材料1. 激光光源：He-Ne激光器2. 光谱仪：光栅光谱仪3. 磁场发生器：直流电源、线圈、磁场计4. 望远镜：放大镜5. 滤光片：色散滤光片6. 透明塑料板：用于固定光谱仪7. 电脑：用于数据处理和分析四、实验步骤1. 调整激光光源，使其发出稳定的激光束。
2. 将激光束通过色散滤光片，选取特定波长的激光束。
3. 将光栅光谱仪固定在透明塑料板上，调整光谱仪的位置，使激光束照射到光谱仪上。
4. 将磁场发生器接通电源，调节线圈，使磁场强度达到实验要求。
5. 观察光谱仪上的光谱线，记录光谱线的位置。
6. 改变磁场强度，重复步骤5，记录不同磁场强度下的光谱线位置。
7. 利用数据处理软件，对实验数据进行处理和分析。
五、实验结果与分析1. 根据实验数据，绘制磁场强度与光谱线位置的关系图。
2. 分析光谱线的分裂规律，验证塞曼效应的原理。
3. 计算光谱线的分裂间距，与理论值进行比较，分析误差来源。
六、实验结论1. 通过实验验证了塞曼效应的原理，即原子光谱线在磁场中发生分裂。
2. 实验结果与理论值基本吻合，说明实验方法可靠。
3. 分析误差来源，为今后实验提供参考。
七、实验讨论1. 在实验过程中，如何保证激光束的稳定性？2. 如何减小实验误差，提高实验精度？3. 塞曼效应在实际应用中有哪些领域？八、实验报告总结本次实验通过对塞曼效应的观察和测量，验证了塞曼效应的原理。
实验过程中，我们掌握了实验方法，提高了实验技能。
同时，通过实验结果的分析，加深了对塞曼效应的理解。
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塞
曼
效
应
实
验
报
告
应物31 吕博成学号：2120903010
塞曼效应
1896年，荷兰物理学家塞曼（P.Zeeman ）在实验中发现，当光源放在足够强的磁场中时，原来的一条光谱线会分裂成几条光谱线，分裂的条数随能级类别的不同而不同，且分裂的谱线是偏振光。
这种效应被称为塞曼效应。
需要首先指出的是，由于实验先后以及实验条件的缘故，我们把分裂成三条谱线，裂距按波数计算正好等于一个洛伦兹单位的现象叫做正常塞曼效应（洛伦兹单位
mc eB L π4=）。
而实际上大多数谱线的塞曼分裂谱线多于三条，谱线的裂距可以大于也可
以小于一个洛伦兹单位，人们称这类现象为反常塞曼效应。
反常塞曼效应是电子自旋假设的有力证据之一。
通过进一步研究塞曼效应，我们可以从中得到有关能级分裂的数据，如通过能级分裂的条数可以知道能级的J 值；通过能级的裂距可以知道g 因子。
塞曼效应至今仍然是研究原子能级结构的重要方法之一，通过它可以精确测定电子的荷质比。
一．实验目的
1.学习观察塞曼效应的方法观察汞灯发出谱线的塞曼分裂；
2.观察分裂谱线的偏振情况以及裂距与磁场强度的关系；
3.利用塞曼分裂的裂距，计算电子的荷质比e m e 数值。
二．实验原理
1、谱线在磁场中的能级分裂
设原子在无外磁场时的某个能级的能量为0E ，相应的总角动量量子数、轨道量子数、自旋量子数分别为S L J 、、。
当原子处于磁感应强度为B 的外磁场中时，这一原子能级将分裂为12+J 层。
各层能量为
B Mg E E B μ+=0 （1）
其中M 为磁量子数，它的取值为J ，1-J ，...，J -共12+J 个；g 为朗德因子；B μ为玻尔磁矩（m
hc
B πμ4=
）；B 为磁感应强度。
对于S L -耦合
）
（）
（）（）（121111++++-++
=J J S S L L J J g （2）
假设在无外磁场时，光源某条光谱线的波数为
）（010201~E E hc
-=γ （3）
式中 h 为普朗克常数；c 为光速。
而当光源处于外磁场中时，这条光谱线就会分裂成为若干条分线，每条分线波数为别为
hc B g M g M E E hc
B
μγγγγγ）（）（112201200~1
~~~~-+=∆-∆+=∆+= L g M g M ）（1
1220~-+=γ 所以，分裂后谱线与原谱线的频率差（波数形式）为
mc
Be g M g M L g M g M πγγγ4~~~1
12211220）（）（-=-=-=∆ （4） 式中脚标1、2分别表示原子跃迁后和跃迁前所处在的能级，L 为洛伦兹单位
（B L 7.46=），外磁场的单位为T （特斯拉），波数L 的单位为 []
1
1--特斯拉
米。
1
2M M 、的选择定则是：0=∆M 时为π 成分，是振动方向平行于磁场的线偏振光，只能在垂直于磁场的方向上才能观察到，在平行于磁场方向上观察不到，但当0=∆J 时，
0012==M M ，到的跃迁被禁止；1±=∆M 时，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，沿磁场正方向观察时，1+=∆M 为右旋偏振光， 1-=∆M 为左旋偏振光。
若跃迁前后能级的自旋量子数S 都等于零，塞曼分裂发上在单重态间，此时，无磁场时的一条谱线在磁场作用下分裂成三条谱线，其中1+=∆M 对应的仍然是σ态，0
=∆M 对应的是π态，分裂后的谱线与原谱线的波数差mc
eB
L πγ
4~==∆。
这种效应叫做正常塞曼效应。
下面以汞的nm 1.546谱线为例来说明谱线的分裂情况。
汞的nm 1.546波长的谱线是汞原子从{}13
76S S S 到{}23
66P P S 能级跃迁时产生的，其上下能级的有关量子数值和能级分
裂图形如表1—1所示。
表1—1
原子态符号
13S
23P
L S J g M
Mg
0 1 1 2 1、0、—1 2、0、—2
1 2 2 3/2
2、1、0、—1、—2
3、3/2、0、—3/2、—3
可见，nm 1.546的一条谱线在磁场中分裂成了九条谱线，当垂直于磁场方向观察时，中央三条谱线为π成分，两边各三条谱线为σ成分；沿磁场方向观察时，π成分不出现，
对应的六条线分别为右旋和左旋偏振光。
2、法布里—珀罗标准具
塞曼分裂的波长差很小，波长和波数的关系为γλλ∆=∆2
，若波长m 7
105-⨯=λ的
谱线在T B 1=的磁场中，分裂谱线的波长差约只有m 11
10
-。
因此必须使用高分辨率的仪器
来观察。
本实验采用法布里—珀罗（P F -）标准具。
P F -标准具是由平行放置的两块平面玻璃或石英玻璃板组成，在两板相对的平面上镀有高反射率的薄银膜，为了消除两平板背面反射光的干涉，每块板都作成楔形。
由于两镀膜面平行，若使用扩展光源，则产生等倾干涉条纹。
具有相同入射角的光线在垂直于观察方向的平面上的轨迹是一组同心圆。
若在光路上放置透镜，则在透镜焦平面上得到一组同心圆环图样。
在透射光束中，相邻光束的光程差为
ϕcos 2nd =∆ （5）
取1=n
ϕcos 2nd =∆ （6）
产生亮条纹的条件为
λϕK d =cos 2 （7）
式中K 为干涉级次；λ为入射光波长。
我们需要了解标准具的两个特征参量是
1、 自由光谱范围（标准具参数）FSR λ~
∆ 或FSR
γ~∆同一光源发出的具有微小波长差的单色光1λ和 2λ（21λλπ），入射后将形成各自的圆环系列。
对同一干涉级，波长大的干涉环直径小，所示。
如果1λ和2λ的波长差逐渐加大，使得1λ的第m 级亮环与2λ的第（1-m ）级亮环重合，则有
21）1
（cos 2λλθ-==m m nd （8） 得出 m
2
12λλλλ=
-=∆ （9）
由于大多数情况下，1cos ≈θ，（8）式变为 1
2λnd
m ≈
并带入（9）式，得到
nd 221λλλ=∆ nd
22
λ≈ （10）
它表明在P F -中，当给定两平面间隔d 后，入射光波长在λλ∆—间所产生
的干涉圆环不发生重叠。
2、 分辨本领
定义
λ
λ
∆为光谱仪的分辨本领，对于P F -标准具，它的分辨本领为 KN =∆λ
λ
（11）
K 为干涉级次，N 为精细度，它的物理意义是在相邻两个干涉级之间能分辨的最大条纹数。
N 依赖于平板内表面反射膜的反射率R 。
R
R
N -=
1π （12）
反射率越高，精细度就越高，仪器能分辨开的条纹数就越多。
利用P F -标准具，通过测量干涉环的直径就可以测量各分裂谱线的波长或波长差。
参见图2，出射角为θ的圆环直径D 与透镜焦距f 间的关系为f
D
2tan =θ ，对于近中心的圆环θ很小，可以认为θθθtan sin ≈≈，于是有
22
2
2
81212sin 21cos f
D -=-≈-=θθθ （13）
代入到（7）式中，得
λθK f
D nd nd =-=）81（2cos 22
2
（14） 由上式可推出同一波长λ相邻两级K 和）（1-K 级圆环直径的平方差为 nd
f D D D
K K λ
22
212
4=
-=∆- （15）
可以看出，2
D ∆是与干涉级次无关的常数。
设波长a λ和b λ的第K 级干涉圆环直径分别为a D 和b D ，由（14）式和（15）式得
K
D D D D D D K f nd K K a b a
b b a λλλ）（）（4221222
22--=-=-- 得出
波长差 ）（2221222
K K a b D D D D nd --=∆-λλ （16） 波数差 ）（21
22122K
K a b D D D D nd --=∆-γ （17） 3、 用塞曼效应计算电子荷质比
m
e。