塞曼效应实验
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
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。
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。
实验-塞曼效应
实验三 塞曼效应实验目的：1．观察汞5461埃光谱线的塞曼效应，并测量它分裂的波长差。
2．测定电子的荷质比e/m 值。
实验原理：当光源置于外磁场中，光源发出的每一条光谱线都将分裂成几条波长相差很小的偏振化分谱线，这一现象称为塞曼效应。
设原子某一能级的能量为E 0，在磁感应强度为B 的外磁场的作用下，原子将获得附加的能量∆E ：∆E=Mg B μ BM 为磁量子。
M=J,J-1,…..,-J,共有(2J+1)个值。
因此，原来的一个能级将分裂成(2J+1)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：g=1+)1(2)1()1()1(++-+++J J L L S S J J式中B μ为玻尔磁子，B μ=mheπ4。
设频率为υ的光谱线是由原子的上能级E 2跃迁到下能级E 1所产生（h υ= E 2- E 1），在外磁场的作用下，上下两能级各获得附加能量∆E 2，∆E 1，因此，每个能级各分裂成（2J 2+1）个和（2J 1+1）个子能级。
这样，上下两个子能级之间的跃迁，将发出频率为υ'的谱线，并有h υ'=（E 2+∆E 2）-（ E 1+∆E 1）= （E 2- E 1）+（∆E2-∆E 1）= h υ+（M 2g 2- M 1g 1）B μ B分裂后的谱线与原谱线的频率差将为∆υ=（M 2g 2- M 1g 1）B μB/hc=（M 2g 2- M 1g 1）L其中L=B μB/hc=4.67*105-B(cm 1-)L 称为洛仑兹单位，正是正常塞曼效应所分裂的裂距。
在能级跃迁时，磁量子数受到选择性定则和偏振定则所限制。
1.选择性定则：∆M =M 2- M 1=0（当∆J=0 M 1=0 M 2=0 被禁止） ∆M=±1说明：1.K 为光传播方向矢量，H 为外磁场方向。
2. π成分表示光波的电矢量E 平行于B ，σ成分表示E 垂直于B.3.在光学中，如果光线对于观察者迎面而来，这时电矢量若按逆时针方向旋转，我们称之为左旋圆偏振光；若逆时针方向旋转，则称之为右旋圆偏振光。
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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。
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。
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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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塞曼效应实验作者杨桥英指导老师杨建荣绪论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。
对于教学和学习来说本文所讨论的实验方案的结合使用，不但可以使我们对塞曼实验的原理有更深层次的触动，加深我们对于塞曼效应原理的理解，而且可以使我们对计算机及相应的软件开发在实验中的应用有所了解。
塞曼效应是原子的光谱线在外磁场中出现分裂的现象。
塞曼效应是1896年由荷兰物理学家塞曼发现的。
他发现，原子光谱线在外磁场发生了分裂。
随后洛仑兹在理论上解释了谱线分裂成3条的原因。
这种现象称为“塞曼效应”。
进一步的研究发现，很多原子的光谱在磁场中的分裂情况非常复杂，称为反常塞曼效应。
完整解释塞曼效应需要用到量子力学、电子的轨道磁矩和自旋磁矩耦合成总磁矩，并且空间取向是量子化的，磁场作用下的附加能量不同，引起能级分裂。
在外磁场中，总自旋为零的原子表现出正常塞曼效应，总自旋不为零的原子表现出反常塞曼效应。
塞曼效应是继1845年法拉第效应和1875年克尔效应之后发现的第三个磁场对光有影响的实例。
塞曼效应证实了原子磁矩的空间量子化，为研究原子结构提供了重要途径，被认为是19世纪末20世纪初物理学最重要的发现之一。
利用塞曼效应可以测量电子的荷质比。
在天体物理中，塞曼效应可以用来测量天体的磁场[]1。
1．实验原理1．1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，做自旋运动时产生自旋磁矩。
根据量子力学的结果，电子轨道角动量PL和轨道磁矩μL 以及自旋角动量PS和自旋磁矩μS在数值上有下列关系：,, （1-1）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РJ ，轨道磁矩和自旋磁矩合成原子的总磁矩μ，如图1-1所示：图1-1 磁矩和角动量的关系由于μS 和P S 的比值是μL 和P L 比值的两倍，因此合成的原子总磁矩μ不在总角动量РJ 的方向上。
但由于P L 和P S 是绕РJ 旋进的，因此μL ，μS 和μ都绕РJ 的延长线旋进。
把μ分解成两个分量：一个沿РJ 的延长线，称作μJ ，这是有确定方向的恒量；另一个是垂直于РJ 的，它绕着РJ 转动，对外平均效果为零。
对外发生效果的是μJ 。
按照图1进行矢量运算，可以得到μJ 与РJ 数值上的关系为：（1-2）对于LS 耦合，式中 叫做朗德因子，它表征单电子的总有效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。
1．2 外磁场对原子能级及谱线的影响设原子某一能级的能量为Е0，在外磁场（磁场强度为В）的作用下，原子将获得附加的能量ΔE ，则 ：M 为磁量子数，М=J,J-1,……,-J,，共有2J+1个值，J 为角量子数；μB 为玻尔磁子，，h 为普朗克常数；g 为朗德因子；В为磁场强度。
因此，原来的一个能级将分裂为21J +个子能级。
子能级的间隔相等，并正比于В和朗德因子g 。
设频率为ν的光谱线是由原子的上能级E 2跃迁到下能级E 1而产生（即h ν=E 2-E 1）。
在外磁场的作用下，上下两能级各获得附加能量ΔE 1、ΔE 2。
因此，每个能级各分裂成2J 2+1个和2J 1+1个子能级。
这样，上下能级之间的跃迁，将发出频率为`υ的谱线，并有：（1-3）分裂后的谱线与原谱线的频率差将为'ννν∆=-（1-4）以波数表示（1-5）其中L 称为洛仑兹单位，（cm -1）；В用特斯拉（Tesler ）单位。
L 值恰为正常塞曼效应所分裂的裂距。
跃迁时并非所有的都能出现，M 2→ M 1满足一定的选择定则与偏振定则： （1）选择定则：211M M M M M ∆=-∆=±∆=当时，不存在（2）偏振定则如下表：表1-1 偏振定则说明：1、K是沿光波传播的方向，B是沿外磁场的方向。
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，上下两能级的自旋量子数S=0，则g 2=g1=1，从（1-5）式可得：按选择定则：ΔΜ=Μ2－Μ1=0,±1，所以：当垂直于磁场方向〔В⊥K（横向）〕观察时，原来的一条谱线，将分裂成波数为三条线偏振化的谱线，其中一条波数不变，另外两条波数分别为、。
分裂的三条谱线的波数差，恰为一个洛仑兹单位。
按偏振定则波数不变的谱线，电矢量的振动方向平行于磁场方向（为π成分）；分裂的两条谱线的电矢量振动方向垂直于磁场（为σ成分）。
当沿着磁场方向〔В//K（纵向）〕观察时，波数不变的谱线已不存在，只剩和两条左、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，则，将出现复杂的塞曼分裂[]2。
1．3谱线的微小波长差及测量塞曼效应所分裂的谱线与原谱线间的波长差是很小的，应用多光束干涉的分光仪器，如法布里-珀罗（Fabry-Perot）标准具比较适宜。
标准具的光路如图1-2所示：图1-2 F－P标准具光路图自面光源S上任一点发出的光经过透镜L1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Δλ=2ndcosφ，d为标准具两玻璃板内表面在间距，n为玻璃板间介质折射率，空气中n=1，此时一系列平行并有一定光程差的光束在远处发生干涉（或聚焦透镜L 2的焦平面上）。
当光程差为波长λ的整数倍时，产生干涉极大:2dcos φ=K λ （1-6）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φ=0，cos φ=1，级次K 最大，K max =2d/λ。
向外不同半径的亮环依次为K max -1，K max -2，······,形成一套同心的圆环。
对出射角φ的某一圆环，其直径为D ，如图1-3所示：图1-3 出射角为φ的某一圆环由图可知，tan 2Df φ=，对于近中心的圆环，φ角很小，则tg φ≈sin φ≈φ，得2D f φ=和cos φ=1－φ2/2=1－D 2/8f 2。
代入式（1-6）中得： 222cos 218D d d K f φλ⎛⎫=-= ⎪⎝⎭（1-7）由上式可见，级次K 与圆环直径D 的平方成线性关系：即随着亮环直径的增大， 圆环将越来越密集。
设入射光包含有两种波长λ1和λ2（λ1>λ2），同一级次对应着二个同心圆环，直径各为D 1和D 2(D 2<D 1)。
由式（7）得：,所以波长差为：（1-8）式中24d Kf为常数，因而Δλ正比于D 12-D 22。
将（1-8）式应用于单一波长λ的相邻两级次（K 级，K-1级），设其直径分别为D K 和D K-1，有：,两式相减得：（1-9）上式表示确定的d和f，对波长λ的光，任意相邻两环的直径平方差为一常数，即任意相邻两环间的面积都相等。
将（1-9）式和近中心圆环的K=2d/λ式代入（1-8）式中得：（1-10）上式即为测量波长差Δλ的公式。
1．4 电子的荷质比（e/m）测量[]3对于一般塞曼效应，由式（1-5），以波长差表示，则将它代入波长差的公式（1-10）中得（1-11）已知d和В，计算M2g2－M1g1的大小，从塞曼分裂的照片中测出各环直径，就可计算e/m的数值，式（1-11）即是实验测量的理论公式。
1．5 Hg546.1nm谱线的塞曼分裂Hg546.1nm谱线是由6s7s3S1到3166s p P跃迁而产生的。
塞曼分裂过程中谱线上能级3S1分裂为三个子能级，下能级3P2分裂为五个能级，选择定则允许的跃迁共有九种。
因此，原来的一条谱线将分裂成九条谱线。
分裂后的九条谱线是等距的，间距都为二分之一的洛仑兹单位，九条谱线的光谱范围为4个洛仑兹单位。
分裂的情况和相应的参数如下表1-1和图1-4所示[]4。
表1-1 谱线分裂3S 13P 2无磁场图1-4 Hg546.1nm 谱线的塞曼分裂2． 用 FD-FZ-I 塞曼效应仪进行的塞曼效应实验2．1 实验仪器FD-FZ-I 塞曼效应仪如图2-1所示：σ- π σ+M 2g 2 M 2 2 1 0-2 -1M 1g 1 M 1 3 23/2 1 0 0 -3/2 -1 -3 -2图2-1 FD-FZ-I塞曼效应仪2．2 实验步骤2．2．1 调节F-P标准具点燃汞灯，不加磁场，将标准具放在导轨上，使光轴与汞灯在同一水平线上，聚光透镜与汞灯之间的距离要大于透镜的焦距80mm，直接用肉眼去看干涉环，应该整个视野充满绿色圆环。
如果标准具有三颗螺丝压力不均，即两反射面未达到平行，圆环并不圆。
将肉眼上下左右移动观看，会看到干涉环在某一方向上扩张，在另一方向上收缩。
如果在环扩张的方向旋紧螺丝，加大压力，或在环收缩方向放松螺丝，减少压力，就能调节在这方向上的反射面平行。
同法，调节其他螺丝，直至三颗螺丝方向上均达到圆环既不扩张又不收缩时为止。
注意要轻微调整，不可用力过猛。
2．2．2 垂直于磁场方向观察塞曼分裂用调好目镜的读数望远镜观看圆环，会看到放大的清晰圆环像。
逐渐增加电磁铁的电流，会看到干涉圆环逐渐变粗，最后原来的一个环向内和向外各分出4个环，为便于测量，加入偏振片并旋转偏振片，直到每级干涉条纹只剩下π成分的3条条纹，记下此时的B值。
从读数望远镜中测量干涉圆环直径值 a,b,c并记录。
使偏振片转动900 只能看到6个外环，从读数望远镜中测量干涉圆环直径值并记录。
实验结束，要及时减小电磁铁电流为零。
2．3 实验数据和处理使用数据及处理结果如下：表2-1π光干涉圆环直径及处理结果B=0.82T , d=5.0mm111230.01990.01830.02330.020433mm mm νννν--∆+∆+∆++∴∆===()83112121443100.020410 1.876100.50.82e c c kg m Bg g M M πνπ∆⨯⨯⨯⨯===⨯⨯+⋅由标准值 1911311.60210 1.761109.11010e c kg m --⨯==⨯⨯ 计算相对误差：110000111.876 1.76110100 6.521.76110η-⨯=⨯=⨯表2-2 σ光干涉圆环直径数据及处理结果 B=0.78T ,d=0.50mm由标准值1911311.60210 1.761109.11010e c kg m --⨯==⨯⨯ 可得不确定度1110e ckgm σ⎛⎫ ⎪⎝⎭110.0384510ckg=⨯则()111.7610.03810ec kg m=±⨯2．4 注意事项1．实验中要尽量使各光学器件的光轴保持一致。