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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（?线和?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与总角动量PJ的关系为 ?J?gePJ（1） 2m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，

e???gPJBco?s（2） ?E???JBcos2m其中?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，

??M ?PJcosh,M?J,J?1,2??,（J3）

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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，设：?B?M是磁量子数。

he，4?m称为玻尔磁子，E0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 E?E0??E?E0?Mg?BB（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、PL、L和?S、PS、

S，它们的关系为

eeh ?L?（PL?L(L?1),5）

2m2m2?eeh ?S?PS?（S(S?1),6）

mm2?设PJ与PL和PS的夹角分别为?LJ和?SJ，根据矢量合成原理，只要将二者在

?J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：

?J??Lcos?LJ??Sco?sSJe(PLco?sLJ?P2c?oSJs)S2m22PL?PS2ePJ2?PL2?PS2PJ??(?2)（7） 2m2PJ2PJ?PJ2?PL2?PS2e?(1?)PJ22PJ2m?gePJ2m

其中朗德因子为 g?1?J(J?1)?LL(?1)?SS?(1).（8）

2J(J?1)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

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南昌大学物理实验报告

由量子态决定，所以不同能级分裂的子能级间隔不同。

设频率为?的谱线是由原子的上能级E2跃迁到下能级E1所产生的，则

h??E2?E1

磁场中新谱线频率变为??，则h???(E2??E2)?(E1??E1)

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g?BB。因为g?E2??E1(M2g2?M1g1)eBh4?m频率差为??＝??－?＝＝

(M2g2?M1g1)eB~4?mc用波数差表示为??＝＝(M2g2?M1g1)L，其中L为洛伦兹单

Be?4?cm 位，L＝

1. ?线和?线：

跃迁时M的选择定则：?M?M2?M1?0，?1，

当M＝0时，垂直于磁场方向观察时，产生的振动方向平行于磁场的线偏振光叫?线；平行于磁场观察时?线成分不出现。

当M＝?1时，垂直于磁场方向观察时，产生的振动方向垂直于磁场的线偏振光叫?线；平行于磁场观察时，产生圆偏振光，M＝?1，偏振转向是沿磁场方向前进的螺旋转动方向，磁场指向观察者时，为左旋圆偏振光；M＝?1，偏振转向是沿磁场方向倒退的螺旋转动方向，磁场指向观察者时，为右旋圆偏振光。 2. 错序观察法：

汞546.1nm谱线在磁场作用下分裂为9条子谱线，其裂距相等为

1L2。其

中3条?线，6条?线。采用加大磁场的方法使某些分量错序，并且正好与相邻干涉序的另一些分量重叠（即错序观察法），从而测得磁场强度B。

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