塞曼效应实验报告.doc

塞曼效应实验报告一、实验目的与实验仪器1. 实验目的(1)学****观察塞曼效应的方法,通过塞曼效应测量磁感应强度的大小。(2)学****一种测量电子荷质比的方法。***灯+电磁铁装置,聚光透镜,偏振片,546nm滤光片,F-P标准具,标准具间距(d=2mm),成像物镜与测微目镜组合而成的测量望远镜。二、实验原理(要求与提示:限400字以内,实验原理图须用手绘后贴图的方式)(1)原子磁矩和角动量关系用角动量来描述电子的轨道运动和自旋运动,原子中各电子轨道运动角动量的矢量和即原子的轨道角动量PL,考虑L-S耦合(轨道-自旋耦合),原子的角动量PJ=PL+PS。量子力学理论给出各磁矩与角动量的关系:μL=-e2mPL,PL=L(L+1)ћμS=-emPS,PS=S(S+1)ћ由上式可知,原子总磁矩和总角动量不共线。则原子总磁矩在总角动量方向上的分量μJ为:μJ=g-e2mPJ,PJ=J(J+1)ћL为表示原子的轨道角量子数,取值:0,1,2…S为原子的自旋角量子数,取值:0,1/2,1,3/2,2,5/2…J为原子的总角量子数,取值:0,1/2,1,3/2…式中,g=1+JJ+1-LL+1+S(S+1)2J(J+1)为朗德因子。(2)原子在外磁场中的能级分裂外磁场存在时,与角动量平行的磁矩分量μJ与磁场有相互作用,与角动量垂直的磁矩分量与磁场无相互作用。由于角动量的取向是量子化的,PJ在任意方向的投影(如z方向)为:PJ=Mћ,M=-J,-(J-1),-(J-2),…,J-2,J-1,J因此,原子磁矩也是量子化的,在任意方向的投影(如z方向)为:μJ=-MgμB式中,玻尔磁子μB=eћ2m,M为磁量子数。具有磁矩为μJ的原子,在外磁场B中具有的势能(原子在外磁场中获得的附加能量):ΔE=-μJ·B=MgμBB则根据M的取值规律,磁矩在空间有几个量子化取值,则在外场中每一个能级都分裂为等间隔的(2J+1)个塞曼子能级。原子发光过程中,原来两能级之间电子跃迁产生的一条光谱线也分裂成几条光谱线。这个现象叫塞曼效应。(1)选择定则 未加磁场前,能级E2和E1之间跃迁光谱满足:hν=E2-E1 加上磁场后,新谱线频率与能级之间关系满足:hν’=(E2+ΔE2)–(E1+ΔE1)则频率差:hΔν=ΔE2-ΔE1=M2g2μBB-M1g1μBB=(M2g2-M1g1)μBB 跃迁选择定则必须满足:ΔM=0,±1(2)偏振定则 当△M=0时,产生π线,为振动方向平行于磁场的线偏振光,可在垂直磁场方向看到。当△M=±1时,产生σ谱线,为圆偏振光。迎着磁场方向观察时,△M=1的σ线为左旋圆偏振光,△M=-1的σ线为右旋圆偏振光。在垂直于磁场方向观察σ线时,为振动方向垂直于磁场的线偏振光。3.***-1210-1-2Mg20-233/20-3/2-3***,是由高能级{6s7s}3S1到低能级{6s6p}3P2能级之间的跃迁,其上下能级有关的量子数值列在表1。3S1、3P2表示***的原子态,S、P分别表示原子轨道量子数L=0和1,左上角数字由自旋量子数S决定,为(2S+1),右下角数字表示原子的总角动量量子数J。在外磁场中能级分裂如图