实验三塞曼效应实验.PDFVIP

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。 通过永磁铁的磁场对笔形汞灯中特定波长的光谱线产生π光和σ光分裂。并用一套高精度的线阵 CCD 采集系统（即 ZM2000A 塞曼效应微机采集处理系统）对分裂曲线进行接收，借助计算机的强大数据 处理能力分析实验数据，得到实验结果。线阵 CCD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。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。 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。 二、 实验原理 1．塞曼效应。处于电磁场中的发光体，光谱线发生分裂的现象称为塞曼效应，其原理如下： （1） 原子中的电子一方面绕核作轨道运动（用角动量PL表示），一方面本身作自旋运动（用角动量P 表 S 示），将分别产生轨道磁矩 μ与自旋磁矩 μ，它们与角动量的关系是： L S e e μ − P ， μ − P L L S S 2mc mc P 与P 合成总角动量P 并分别绕P 旋进， μ与 μ合成总磁矩 μ，μ在P 延长线上的分量 μ才是一个定向 L S j j L S J J 恒量。 对于多电子原子，由于角动量之间的相互作用，有LS耦合与JJ耦合，但大多数是L 耦合。对于两个电 S 子，则L 、L 合成L，S 、S 合成S，L,S又合成J。因此μ在P 延长线上的分量 μ与P 的关系是： 1 2 1 2 J J j e μ − g P j 2mc j g 称为朗德因子，在 LS 耦合情形，它与 L、S 和 J 的关系是： J J S S L L+ + + − + ( 1) ( 1) ( 1) g +1 J J 2 ( 1) + 由于L、S 和 J 只能取整数与半整数，所以得出的 g 是一个简分数。 （2） 在外磁场作用下，产生原子磁矩与外磁场的相