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1、2018/2/16 南华大学核科学技术学院毕业设计（论文）第 1 页，共 55 页毕业设计(论文)题 目 塞曼效应测量电子荷质比 学院名称 核科学技术学院 指导教师 谢安平 职 称 副教授 班 级 核技 065 学 号 20064530511 学生姓名 韩楷 2010 年 5 月 29 日2018/2/16 南华大学核科学技术学院毕业设计（论文）第 2 页，共 55 页南 华 大 学毕业设计（论文）任务书学 院：核科学技术学院题 目：塞曼效应测量电子荷质比起 止 时 间： 2009.12 至 2010.5学 生 姓 名： 韩楷 专 业 班 级： 核技 065 指 导 教 师： 谢安平 教 研
2、室 主 任 ： 院 长： 肖德涛 2009 年 11 月 25 日2018/2/16 南华大学核科学技术学院毕业设计（论文）第 3 页，共 55 页设计（论文）内容及要求：内容：1、塞曼效应有关知识；2、国内外塞曼效应实验测量技术应用现状；3、反常塞曼效应分析；4、塞曼效应测量电子荷质比实验。要求：1、调研并做出设计进度安排，写出开题报告；2、收集查找足够多的资料；3、翻译一篇英文资料；4、完成实验的测量计算，整理和分析实验数据5、按格式、字数等要求撰写论文；6、将答辩论文制作成 PPT 文件。主要参考：1、原子及原子核相关书籍、论文；2、塞曼效应实验讲义及相关书籍、论文；3、数据处理的相关书
3、籍、论文。指导教师：谢安平2009 年 11 月 25 日2018/2/16 南华大学核科学技术学院毕业设计（论文）第 4 页，共 55 页摘要：1896 年发现的塞曼效应被誉为是物理学上继 X 射线之后的一大发现，科学家塞曼也因关于这一现象的研究而荣获 1902 年度的诺贝尔物理学奖，塞曼效应分为正常塞曼效应和反常塞曼效应，我们利用塞曼效应的原理测量电子荷质比，在现实中，塞曼效应主要应用于光谱背景的校正。本文回顾了塞曼效应的发现背景，介绍了正常塞曼效应和反常塞曼效应的实验现象和理论解释，并对二者进行了深入的比较，调查了塞曼效应在光谱背景校正领域的应用。最后，本文着重记录了利用塞曼效应测量电子
4、荷质比的实验的全过程关键词：正常塞曼效应 反常塞曼效应 荷质比 光谱校正Summary：the Zeeman effect found in 1896 is known as another big discovery after the discovery of X-ray , scientist Zeeman who researches on this phenomenon won the 1902 Nobel Prize in Physics, Zeeman effect include normal Zeeman effect and the anomalous Zeeman eff
5、ect, we use the Zeeman effect in the measurement of electronic charge to mass ratio, in reality, the Zeeman effect mainly used in background correction.This paper reviews the discovery background of the Zeeman effect , describes the normal Zeeman effect and the anomalous Zeeman effect of the experim
6、ental results and theoretical interpretation, and show the comparison of the two in-depth 。investigaten the Zeeman effect using in background correction .Finally, This article focuses on the use of Zeeman effect measurements recorded electronic charge to mass ratio of the whole process of experiment
7、Keywords：Normal Zeeman Effect Anomalous Zeeman effect Charge-mass ratio Spectral correction2018/2/16 南华大学核科学技术学院毕业设计（论文）第 5 页，共 55 页目录一、 塞曼效应的发现过程.2二、 正常塞曼效应的现象与理论解.5正常塞曼效应的实验现象.5正常塞曼效应的理论解释.5三、 反常塞曼效应的实验与理论解释.6反常塞曼效应的实验现象.7反常塞曼效应的理论解释.7四、 正常塞曼效应与反常塞曼效应的比较.9磁场相对强弱来比较正常塞曼效应和反常塞曼效应.10朗德 g 因子来比较正常塞曼效应和
8、反常塞曼效应.11从量子力学微扰论来比较正常塞曼效应和反常塞曼效应. 11 五、 塞曼效应的应用与发展.12背景介绍.12塞曼效应校正背景的物理原理.13仪器结构及其工作原理.14磁场强度对校正背景的影响.14塞曼应校正背景的优点及展望.16六、 塞曼效应测量电子荷质比实验.16塞曼效应实验原理解释.16法布里珀罗标准具镜片平行度的调整方法.21实验装置.22实验过程.26注意事项.27实验数据收集.28误差分析.30七、 论文翻译.302018/2/16 南华大学核科学技术学院毕业设计（论文）第 6 页，共 55 页1、塞曼效应的发现过程塞曼效应的发现过程彼德塞曼是一位着名的实验物理学家，1
9、865 年 5 月 25 出生于荷兰泽兰境内的宗尼玛利，1885 年进入莱顿大学，在洛仑兹教授和昂尼斯教授的指导下学习物理学。1890 年以优异的成绩毕业，并被母校聘为物理系助教，成为洛仑兹教授的助手。塞曼对麦克斯韦的电磁理论非常熟悉，而且实验技术也很精湛他对克尔效应作了仔细的测量，因而荣获 1892 年荷兰科学学会的金质奖章，并于 1893 年获得博士学位，塞曼对克尔效应的深入研究成为他发现光谱线在磁场中产生分裂这一磁光相互作用效应的直接先导。早在 1845 年，法拉弟就发现，当一束平面偏振光穿过处于强磁场中的玻璃时，其偏孤面发生旋转。这是人类认识到的第一个磁光相互炸用效应。1862 年，法
10、拉弟又做了另一个磁光实验，他把钠焰置于磁铁的两极之间，试图用磁场去影响钠蒸气的光发射，但没有成功，1876 年，苏格兰物理学家克尔继 1875 年发现玻璃在强电场的作用下对光具有双折射作用之后，又发现当平面偏振光从磨光了的磁体极面上反射后 光束成为椭园偏振光。很多物理学家在不同的磁化方向不同的入射兔和不同的光波波长之下，仔细地观察了这个现象。1890 年柏林的杜.博伊斯 、1906 年威斯康星的英格索尔及 1912 年伦贝格的洛里亚对这个效应于颜色的依赖关系作了特别的考察，1880 年斐兹杰惹、1893 年拉莫尔等人对克尔实验作出了理论解释。法拉弟效应和克尔效应揭示了磁场对传插着的光的影晌，由
11、此出发进而研究磁场对光源的影响则，是十分自然的。1895 年前后 塞曼停止了对克尔效应的测量转而研究磁场对钠焰光错的作用。他在一篇论文中写道“在作了克尔磁光现象的测量之后，我产生了一个想法，究竟磁力作用于火焰时火焰发出的光周期会不会改变” ，但是这次实验并米发现任何现象。大约一年之后塞曼得知法拉弟曾于 1862 年亲 自做过这一实验。他的反应是，法拉弟这样伟大的实验天才都2018/2/16 南华大学核科学技术学院毕业设计（论文）第 7 页，共 55 页认为这个实验值得做有价值，那么这个实验就值得用更好的仪器再做一遍，而且塞曼认识到他拥有比法拉弟好得多的仪器，因为法拉弟用的是低分辨率的棱镜分光镜
12、，而他却能使用衍射光栅，这样也许能发现法拉弟所没有觉到的微弱效应。于是，塞曼就用当时最好的分光仪器即罗兰光栅和特别设计的电磁铁再次实验。这一次他观察到了由磁场引起的谱线的略微增宽，塞曼在论文中写道：“这样的事情果然发生了我用石棉条沾以食盐放在电磁铁磁极间的氢氧焰中，用罗兰光栅检验火焰光，当电磁铁电路接通时 D 的两根谱线（即钠黄光谱线 D1和 D2）都看到增宽的现象.”1896 年 10 月 31 日，塞曼把上述结果报告给阿姆斯特丹科学院这一现象发表后，有一些物理学家试图从理论上子以说明，但塞曼认为，真正的解释可以从洛仑兹的电学理论中得到。四周之后他在阿姆斯特丹科学院的另一次会议上报告说，洛仑兹理论不仅很好地解释了最初的实验结果，而且还预言加宽的谱线边缘发出的光应当是偏振光并且由此可求得离子（即电子）的荷质比，塞曼宣布，他用四
