塞曼效应实验
实验目的
1、观察汞光在磁场中的塞曼分裂现象2、测量塞曼分裂相邻能级的波数差3、学习法布里珀罗标准具的调节。
实验仪器
塞曼效应仪 实验原理
（1）能级分裂：原子中的电子作自旋与轨道运动，使得原子具有一定的磁矩?J?gePJ，其中2mPJ?J?J?1??为总角动量，在
g?1?L—S耦合的情况下朗德因子为
J?J?1??L?L?1??S?S?1?。原子磁矩在外磁场中受到力矩L??J?B的作用使?J绕磁场
2J?J?1?ee?PJBcos??MgB，由于PJ?J在外磁场2m2m中的取向量子化，即磁量子数M=J，J-1…..-J 有2J?1个可能值，因而有外磁场时原来的一个能级分
方向作旋进，产生附加能量?E???JBcos??g裂为2J+1个能级。
（2）光谱分裂：一光谱线在B=0时，h??E2?E1；B?0时，新的谱线
h????E2??E2???E1??E1??h???M2g2?M1g1?ｎｍ的谱线跃迁的两能级（Ｓ１
３
３
e?B（选择定则?M?0,?1）以汞光546.12mＰ２）为例，在有磁场时看能级的塞曼分裂与跃迁：
（3）本实验观测波长为546.1ｎｍ的谱线的塞曼分裂跃迁为Ｓ１ ３
３Ｐ２，在磁场中将发生反常塞曼
效应，塞曼裂距为????M2g2?M1g1?e对于如图所示的分裂有 4?mc
1Dk(?1)?Dk??2?~~~?v?vb?va??2dD2k?1?D2k Db?k?1??22???M2g2?M1g2?Be(d?2.7mm) （1）
4?mcDa?k?1? 分别为相邻的b谱线a谱线的k-1级干涉环直径，Db?k?为b谱线的第k级干涉环直径，
d为标准具内两夹板玻璃内表面的距离。
实验内容与步骤
1 按图调节光路。汞灯与磁极的距离保持１ｍｍ左右，各光学元件共轴，使光源在会聚透镜焦平面上，光
均匀照射到标准具上；调节标准具两平行面严格平行，调整测微目镜使之观察到清晰明锐的干涉园环。（此时不加磁场，调节标准具时，望远镜远离标准具才能成清晰的像的部分，调节时要压紧原来不清晰部分方向的螺丝，望远镜靠近标准具才能成清晰的像的部分，调节时要放松原来不清晰部分方向的螺丝，直至眼睛上下左右移动，均无干涉环吐出或吞进。） ２、观察有磁场及无磁场时的谱线情况
（1）在无磁场时观察谱线的情况。（2）加上磁场，观察谱线分裂的情况，即谱线的条数，亮度、区分谱线的?成份和?成份。在标准具与观察望远镜间加入偏振片，转动偏振片观察谱线的偏振情况。 ３、测出Db?k?1?~（要求每测量三次取平均值）。 Da?k?1?及Db?k?，代入（1）式中计算?v实验注意与思考
1． 电磁铁长时间通较长时间电流（1A以上）线圈会发热，故在观察和测量完以后，要及时减少电流为零。
2． 从塞曼分裂谱中如何确定能级的J量子数，如何确定能级的g因子？
塞曼效应原理及实验方法
? 塞曼分裂谱线与原谱线关系? 磁矩在外磁场中受到的作用 (1) 原子总磁矩
外磁场中受到力矩的作用也就是总角动量（PJ）绕磁场方向旋进。 (2) 磁矩
在
其效果是磁矩绕磁场方向旋进，在外磁场中的磁能
由于
或
在磁场中的取向量子化，所以其在磁场方向分量也量子化：
∴ 原子受磁场作用而旋进引起的附加能量
M为磁量子数，g为朗道因子，表征原子总磁矩和总角动量的关系，g随耦合类型不同（LS耦合和jj耦合）有两种解法。在LS耦合下：
其中： L为总轨道角动量量子数 S为总自旋角动量量子数 J为总角动量量子数 M只能取J，J-1，J-2 …… -J（共2J+1）个值 即ΔE有(2J+1)个可能值。无外磁场时的一个能级，在外磁场作用下将分裂成（2J+1）个能级，其分裂的能级是等间隔的，且能级间隔
? 塞曼分裂谱线与原谱线关系
(1) 基本出发点：
∴分裂后谱线与原谱线频率差
由于
为方便起见，常表示为波数差
定义
? 塞曼分裂谱线的偏振特征
称为洛仑兹单位
? 塞曼跃迁的选择定则为：ΔM=0 时为π成份（π型偏振）是振动方向平行于磁场的
线偏振光，只有在垂直于磁场方向才能观察到，平行于磁场方向观察不到；但当ΔJ=0时，M2=0到M1=0的跃迁被禁止。当ΔM=±1时，为σ成份，σ型偏振垂直于磁场，观察时为振动垂直于磁场的线偏振光。平行于磁场观察时，其偏振性与磁场方向及观察方向都有关：沿磁场正向观察时（即磁场方向离开观察者：?
）
ΔM= +1为右旋圆偏振光（σ+偏振）ΔM= -1为左旋圆偏振光（σ-偏振）也即，磁场指向观察者时：⊙
ΔM= +1为左旋圆偏振光 ΔM= -1为右旋圆偏振光
? 分析的总思路和总原则：在辐射的过程中，原子和发出的光子作为整体的角动量是
守恒的。原子在磁场方向角动量为
∴在磁场指向观察者时：⊙
当ΔM= +1时，光子角动量为
，与同向 电磁
，
波电矢量绕逆时针方向转动，在光学上称为左旋圆偏振光。ΔM= -1时，光子角动量为与
反向 电磁波电矢量绕顺时针方向转动，在光学上称为右旋圆偏振光。 例：Hg 5461?谱线，{6S7S}3S1→ {6S6P}3P2能级跃迁产生
分裂后，相邻两谱线的波数差
? 实验方法 ? 观察塞曼分裂的方法 塞曼分裂的波长差很小由于
以Hg 5461 ?谱线为例 当处于B=1T的磁场中
要观察如此小的波长差，用一般的棱镜摄谱仪是不可能的，需要
用高分辨率的仪器，如法布里—珀罗标准器（F—P标准具）。
F—P标准具由平行放置的两块平面板组成的，在两板相对的平面上镀薄银膜和其他