塞曼效应-B实验报告

1塞曼效应1. Hg 灯 546.1nm 谱线（ 3S13P2的跃迁）（1） 3S1 和 3P2 能级的个各项量子数：3S1（ 2s+1Lj） 3P2（ 2s+1Lj）L 0 1s 1 1J（l + s） 1 2g 2 3/2M（0，1，j） 1，0 ，1 2，1，0，1，2Mg 2，0 ， 2 3， 3/2，0，3/2， 3（2） 跃迁算式：M2 1 0 1 M1 2 1 0 1 2M2g2M1g1 1/2 0 1/2 （ 成分）4/2 3/2 2/2 2/2 3/2 4/2（ 成分）( 1 2 3 4 5 6 7 8 9 )裂距 1234,L“分裂”为 9 条子谱线，9 条线的裂距相等，为 1/2 个洛仑兹单位（3） 能级跃迁图：75 100 7512.5 37.5 75 75 37.5 12.5塞曼谱线相对强度成分（3 条）成分 (6 条)3P2H=0 H0 M Mg1 20 0-1 -22 31 3/20 0-1 -3/2-2 -3能级分裂能级跃迁3S11 2 3 4 5 6 7 8 9E2E13 2 14 5 6 9 8 7 22. 法布里—珀罗（Fabry-Perot）标准具的作用:获得光谱线的精细结构(1) F—P 标准具的结构F—P 标准具是由两块内表面镀有高反射膜的平行玻璃板构成的。

注意：实验要求两玻璃板平行）(2) 原理利用扩展光源多光束干涉（等倾干涉）形成干涉圆环，i. 产生干涉极大的条件：2dcos  = k， 其中，d 为标准具间距，为入射角，为波长，k 为干涉级，干涉级别以圆心为最高ii. 自由光谱范围：当波长分别为 1 和 2（ 12）的两光以相同的方向入射到 F-P 标准具上，对于不同的级次，它们将分别产生两个同心干涉环，若 ，则21)(k1 的 k 级与 2 的 k-1 级重合，此时 即为 F-P 标准d212具的自由光谱范围其意义是在 到 的波长范围内，干涉环不会重1叠iii. 测量谱线波数差（波长差）的公式：(d＝5.0 mm )~122dDabkkS 2 1 P 2dcos 1= k 2dcos2=(k-1) S 2 1 P 2dcos 1= k 2dcos2=(k-1) F—P 标准具 成像透镜干涉圆环K K-1  1 2  1 2  1 233．加大磁场，加大裂距（错序法测磁场）由于各子谱线相对强度差别较大，不容易把 9 条线同时清楚地拍摄出来，我们采用加大磁场的方法，使各级干涉序某些子谱线位置发生变化，并且正好使 k 级与相临干涉序（k 1 级）的另一些子谱线重合，这使得在一个干涉序的色散范围内子谱线的数目减少、裂距加大，谱线之间的强度差减小，使谱线比较清晰，测量比较方便。

本实验要求调节磁场强度，在出现 k 级和 k-1 级的三条完全重叠的情形下拍摄参见附图）4．塞曼效应实验装置及操作规程1．本实验装置可用来研究 Hg 光谱 546.1nm 谱线的塞曼分裂实验仪器己连接, 自己调整光路系统（F-P 标准具的平行已调好）, 使各光学器件共轴2．调节成像透镜的位置反射镜位置, 至到能够观察到最清晰的干涉圆环3．调节 F-P 标准具和反射镜的方位, 使干涉圆环中心落在底片中心附近4．电磁铁用 WYJ 型稳压电源供电, 调整电流大小，观察干涉圆环的变化加入偏振片, 观察 π 分量、σ 分量5．确定底片相对于拍摄狭缝的位置，实验要求在同一底片上拍三组干涉圆环特别注意:(1)加磁场时电流要从零开始,撤磁场时要先将电流调至零 ,然后再关电源,以免烧毁稳压源,切记!(2)底片药膜面要面对光源，底片的装卸及显影须在黑暗条件下进行6．拍摄计划表：曝光时间 暗盒位置 偏振片 磁场 磁铁电流成分 σ 8 分 10mm 加 加 约 1.4A成分 π 7 分 30mm 旋转 90 度 加 约 1.4A1 分 50mm 不加 不加 0.0A7．冲洗:温度：20ºC, 显影(D72): 4 分，定影(F-5): 10 分，水洗：4 分。

8．用自己洗出的底片，用投影仪测量干涉环直径测量时，底片必须放正，测量三遍，填入自己设计的表内9．根据测量结果及公式,计算各环直径,4求出(1) 和，以及电子的荷质比 e/m(2)计算 e/m 的标准误差(假设为直接测量量)10．计算机数据采集(1) 启动分析软件:双击“塞曼效应分析软件”2) 连接 CCD：单击左上角“连接（即摄像机图象框）”(3) 设置工作制式：单击“操作”－“显示系统对话框”－“视频属性”－“Viedeo Standad”：选择“PAL_B”(4) 调整光路及 CCD 的聚焦透镜等，得到清晰的干涉圆环（自己想办法）5) 保存图形：点击“文件”，保存 BMP 格式文件到 D 盘的“实验”目录下分别保存有无磁场时的干涉图磁场与励磁电流的关系为：I（A）3.0 3.2 3.6 3.8 4.0 4.2 4.4 4.6 4.8B（T）0.9693 0.9927 1.0160 1.0332 1.0756 1.0976 1.1080 1.1288 1.1464(6) 数据处理：a) 打开无磁场时的图形文件b) 打开放大镜c) 确定圆心：先后点击同一圆环上的三个点，点击“”形成一圆环，重复 2次，共作出 3 个圆环，即可定出圆心。

d) 当显示“是否打开分量图”时，选择“是”，调入加磁场时的图形（注意：拍摄时，改变磁场前后不能改变 CCD 的镜头）e) 依照 c)的操作，分别确定 K 及 K-1 等级的三个圆环直径，即可得出：相邻两级中间圆环直径平方差： 21KDd同级中相邻两个圆环直径平方差： ,,2同级中相邻两个圆环直径平方差： 2,3,522112183937.582..4041082baKDecmBdMg 预习思考题1·本实验研究汞灯的绿色谱线（546.1nm）在磁场中的塞曼分裂情况，试问：该谱线对应的跃迁能级是哪两个？各量子数为多少？2·请画出在磁场中，546.1nm 谱线的塞曼分裂能级图及对应的谱线分布说明裂距有多大，谱线的偏振状态如何3·实验中如何判断、及无磁场的干涉谱线？4·滤色片、偏振片及 F—P 标准具的作用是什么？5·已知 F-P 标准具二平行玻璃板内表面之间的间距 d=5mm，本实验怎样得到磁感应强度 B？这样做科学吗？6-500501015012.. 2.K-1K10107575757512.5-50 0 15087.587.587.5K-K101075757575758.-50 0 1505050K-K101075 75777750-50 50 150K-K1010 252537.37..75 757753.25-50 50 150K-K1010 12.512.5. 3737.37.75 75555753.125。