塞曼效应实验报告
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
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j m 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J μ 的原子体系，在外磁场为B 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z μ为J μ在z 方向投影，J m 为角动量J 在z 方向投影的磁量子数，有12+J 个值，B μ=em ehπ4称为玻尔磁子，J g 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J m 有12+J 个值，所以处于磁场中将分裂为12+J 个能级，能级间隔为B g B J μ。
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=1±.而处于磁场中时，电子的态由n,l,j,J m ，选择定则为Δs=0，Δl=1±，1±=∆j m 。
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ν∆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）。
塞曼效应实验报告(完整版)
南昌大学物理实验报告学生姓名： 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 egP 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 eE 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 hP MM J J J απ-==--（3）南昌大学物理实验报告学生姓名： 刘惠文 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 hemμπ=，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(1),222L L e e hP L L m m μπ==+（5）(1),2S S e e hP S S m m μπ==+（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 JJ J eP P mP P P P P P e m P P P P P e P P m e gP mμμαμααα=+=++--+=+-+=+=（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南昌大学物理实验报告学生姓名： 刘惠文 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
实验原理
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：
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
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：）
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：⊙B
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。
标准具在空气中使用时，干涉方程（干涉极大值）为
实验容
1.分析在垂直于磁场与平行于磁场方向观察Hg 546.1nm谱线在磁场中的分裂，区分π，σ+，σ-谱线，并确定磁场方向。
2.设计方案，选用合适的F—P标准具和改变磁感应强度，验证塞曼分裂的裂距与磁感应强度B的关系。
3.设计方案用塞曼分裂的波数差计算电子的荷质比。
4.讨论塞曼效应研究原子部能级结构的方法和应用。
实验仪器
F-P标准、汞灯、棱镜摄谱仪、毫特斯拉计、滤波片、1/4波片、[线]偏振片、[凸]透镜、实验操作
数据处理
谱线
读数
1()mm 读数2()mm 读数3()mm 读数4()mm 读数平均值
()mm
Fe 标准谱线（左右两条）
71.8250 71.8345 71.8182 71.8320 71.82742 79.9100
79.9168
79.9200
79.9200 79.91670 无磁场时Hg 待测谱线
76.8258 76.83040 76.8278 76.8330 76.82920 Hg 在磁场中的分裂待测谱线
（从左至右）
76.6073 76.6260 76.6010 76.6208 76.61378 76.6775
76.6730 76.6771 76.6890 76.67915 76.7822 76.7830 76.7760 76.7770 76.77955 76.8971 76.9104 76.8792 76.9080 76.89868 77.0180 77.0065 77.0080 77.0080 77.01012 77.0572
77.0630
77.0551
77.0655
77.06020
表格 1各谱线位置在阿贝比长仪下的读数
5.2由得到的各谱线的位置运用插法计算各谱线的波长
计算各谱线运用插法，即公式（13），为了计算方便，将其写成以下形式：
21
1121
()x x x x x λλλλ-=+
⋅--（14）
在公式（14）中，1
x 、
2
x 和x 分别表示波长为
1
λ、
2
λ和
x
λ的谱线的位置。
计算结果见表
谱线
谱线位置
()mm
波长实验测得值
()A
备注
Fe 标准谱线（左
右两条）
71.82742 4367.5811 已知
79.91670
4352.7371
表格 2用插法计算各谱线的波长
5.3由已测得的Hg 在磁场中的分裂光谱线估算磁感应强度，见表格4：
4358.79804 1.5L L
L L
L
表格 3磁感应强度的估算
取其平均值为对磁感应强度的估测值，即
2.35B T
估＝，而实际所加磁感应强度为
2.2B T
实＝，相对误差为
100% 6.89%
B B B η-=
⨯=估
实实。
误差分析：
1）实验室给出的磁感应强度B 与实验仪器得到的实际磁场有差异，即B 并不严格等于2.2T ； 2）用阿贝比长仪测量谱线位置时，由于谱线粗细不同，导致测量误差；
结论
本次实验运用光栅摄谱法观察到了在外磁场下Hg 谱线的分裂情况，直接验证了塞曼效应；还以Fe 谱线作为标准谱，用插法测得了各谱线的波长，并以此故测了外加磁感应强度B ，基本实现了定量验证和分析。