塞曼效应实验及其拓展.doc

塞曼效应实验及其拓展于遥物理摘要:本文简要概括了塞曼效应的历史意义、实验的目的、原理、步骤、注意事项以及不同磁场方向下现象的记录分析和数据处理等;同时介绍F-P标准具在塞曼效应实验中的用法关键字:塞曼效应;F-P标准具;磁场方向引言:塞曼效应是物理学史上一个著名的实验。荷兰物理学家塞曼在1896年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。塞曼效应是继法拉第磁致旋光效应之后发现的又一个磁光效应。这个现象的发现是对光的电磁理论的有力支持,证实了原子具有磁矩和空间取向量子化,使人们对物质光谱、原子、分子结构有更多了解,特别是由于及时得到洛仑兹的理论解释,更受到人们的重视,被誉为继X射线之后物理学最重要的发现之一。1902年,塞曼与洛仑兹因发现塞曼效应而共同获得了诺贝尔物理学奖(以表彰他们研究磁场对光的效应所作的特殊贡献)。理论和实验部分:实验目的:了解塞曼效应在研究原子内部结构方面的应用以及F-P标准具的使用观测低压***灯在磁场中塞曼分裂谱线,并测定它们的裂距和偏振态;从谱线的塞曼裂距确定原子能级的J值及相应的g值,若原子遵从LS藕和,则可由g值确定该能级的L和S值。分析明确塞曼分裂谱线的具体性质实验原理:1塞曼效应中的能级分裂:当原子放在外磁场中时,原子的总磁矩将绕外磁场B的方向作旋进,使原子获得了附加的能量,称为取向势能,同时空间有了一个从优方向,即外磁场方向。则原子的附加能量为(其中Mj可取J到-J共2J+1个值)所以原来的能级将分裂为(2J+1)个能级,此时能级间的跃迁情况为:在外磁场作用下,上下两能级分裂为(2J1+1)个和(2J2+1)个子能级,附加能量分别为DE1、DE2,从上能级各子能级到下能级各子能级的跃迁产生的光谱线频率υ',应满足下式:因此,有磁场时的谱线与原谱线的频率差为:其中L=称为洛仑兹单位。L=,B的单位用T2选择定则对于多电子原子中的能级跃迁要符合如下的两个选择定则:(1)=0,,但和不能同时为零。(2)=0,.,和,分别为跃迁前后的总角动量量子数和磁量子数。当=0,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。其谱线频率为谱线的条数则与和的可能值的个数(2+1)和(2+1)有关,等于这两个数中较小的一个。但是,对于=0的跃迁,由于与不能同时为零,故是禁戒的。因此,沿磁场方向观察时,看不到π谱线。当=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,当==+1时,原子辐射后,它沿磁场方向的角动量减小h,因此发射的光子具有沿磁场方向的角动量+h,以保持原字和光子的整个体系的角动量守恒。由于光子的电矢量是围绕磁场B作右手螺旋的圆偏振波,称为偏振波,相应的谱线称为谱线,其频率为当==-1时,原子辐射后,它沿磁场方向的角动量增加h,因此发射的光子具有沿磁场方向的角动量-h,以保持原子和光子的整个体系的角动量守恒。由于光子的电矢量相当于围绕磁场B作反右手螺旋的圆偏振波,称为偏振波,相应的谱线称为谱线,其频率为F-P标准具法布里-珀***涉仪是一种应用广泛的高分辨率分光仪器。它的应用范围大,在长度计量中也被采用,成为长度基准传递的工具,因此又称为法布里珀卜罗标准具(简称F-