塞曼效应实验报告.

塞曼效应实验报告. 塞曼效应 【摘要】本实验运用法布里—珀罗 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 具分光，观测Hg绿线(546.1nm)的塞曼分裂现象。先标定磁场的B-I曲线，判断电磁铁的性质，再利用法布里—珀罗标准具进行分光，观察Hg绿线(546.1nm)的塞曼分裂情况，利用测量的数据计算自由光谱区和对应电流下的磁场。 关键词:塞曼效应、法布里—珀罗标准具、能级分裂、量子跃迁 一.引言 1896年荷兰物理学家塞曼发现如果把光源置于足够强的磁场中，光源发出的谱线发生变化，单条谱线分裂为多条，分裂的条数随能级的类别而不同，这种现象被称为塞曼效应。荷兰物理学家洛仑兹应用经典电磁理论对这种现象进行了解释。他认为，由于电子存在轨道磁矩，并且磁矩方向在空间的取向是量子化的，因此在磁场作用下能级发生分裂，谱线分裂成间隔相等的3条谱线。塞曼效应的发现及其解释对研究原子中电子的角动量和反映角动量耦合作用的朗得因子等原子结构信息有重要的作用。塞曼和洛仑兹因为这一发现共同获得了1902年的诺贝尔物理学奖。 二(实验原理 1.塞曼效应 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 ,P矩，它在外磁场B中会获得一定的磁相互作用能，由于原子的磁矩 与总角动量ΔEJJ的关系为 e,,,cos,，,cos,,gP (公式1) JLLJSSJJ2m 其中的朗德因子为: J(J，1),L(L，1)，S(S，1)g,1， (公式2) 2J(J，1) J,0 由于J一定时，M有2J+1个可能的取值，所以，原子在外磁场中，每一个的能 g,B级都分裂为2J+1个子能级，被称为磁能级。同一能级分裂的磁能级间距相等，为。B 1 对于不同的能级来说，如果它们的朗德因子g不同，则磁能级间距不同。 原子能级产生磁分裂后，各磁能级之间的跃迁要准守选择守则: ,J,0，,(1J,0,J,0禁戒) ,M,0，,(1J,0时，M,0,M,0禁戒) ,M,0 时，在垂直于磁场方向上，可观察到电矢量平行于磁场方向的线偏振光;在平 行于磁场方向上，观察不到谱线，观察到的为线 , 时，在垂直于磁场方向上，可观察到电矢量平行于磁场方向的线偏振光;在,M,,1 平行于磁场方向上观察到的都是圆偏振光，观察到的为线 , 能级的跃迁辐射产生塞曼效应分裂后，各跃迁能级与无磁场时跃迁辐射的波E,E12 数之差。 eB, ,,(gM,gM) 1122,4mc ~ (公式3) ,L[(g,g)M,g(M,M)]121221其中 eB~L,,0.467B (公式4) ,4mc ~-1cm 称为洛伦兹单位，习惯上L的单位为 2. Hg绿线(546.1nm)的塞曼分裂现象 图1 Hg绿线(546.1nm)的塞曼分裂谱线 此分裂为反常塞曼效应。 3. 法布里—珀罗标准具 2 塞曼分裂的波长差非常小，普通的棱镜摄谱仪不能胜任，用分辨本领高的光谱仪器，大部分塞曼效应的实验仪器选择法布里—珀罗标准具(简称F-P腔) F-P标准具是由两块玻璃板和夹在中间的一个间隔圈组成。平面玻璃板是平整的。 标准具光路图如下图所示，当单色光束以一小角度入射到标准具的M 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 面上，光束在M和 两表面经过多次反射与透射，分别形成一些列的相互平行的反射光束1,2,3以及透射光,M ,,,1，2，3？？束 图2 F-P标准具的多光束干涉 任何相邻光束的光程差是一样的，即: , ,,2ndcos, (公式5) , 其中d为两平行板之间的间距，大小为2nm，为光束折射角，n为平行板介质的折射 ,,,,率。考虑两束具有微小波长差的单色光和()。和和=的光,,,,,,,,,,12121212 ,,,强极大值对应于不同的入射角和，所有的干涉序形成两套花纹，如果和的波长差,1122 ,,逐渐加大，使得的K序花纹与的(K-1)序花纹重合，当:K,,(K,1), 2121 2d,K,考虑到靠近干涉圆环中央处的都很小，因而 , 2,1~-,,,,,,所以: (公式6) ,,,122d2d ~,,,, 或定义为标准具的色散范围，又称自由光谱区范围，给出了靠近干涉圆环中央处不同波长差的干涉花纹不重序时允许的最大波长差。 3 三(实验 内容 财务内部控制制度的内容财务内部控制制度的内容人员招聘与配置的内容项目成本控制的内容消防安全演练内容 1.计算F-P腔的自由光谱区，计算汞绿线的塞曼分裂间距，用洛伦兹单位L表示 2.标定磁场的B-I曲线 (1)电流上升和下降时各标定一次，电流的取值范围为0-5A (2)画出实验B-I曲线，确定实验线性范围，确定实验中B的取值范围 3.调节光路 (1)测量两个凸透镜的焦距，选择其一作为会聚透镜，另一个为成像透镜，并说明理由 (2)调整导轨位置，放入准直透镜，调节透镜与光源的距离，以获得准直光 (3)放入其他光学元件，调节光路 当在目镜中观察到清晰的，圆环状干涉条纹后，说明光路已满足要求。 图3 光路图 F-P腔的平行度条件:用眼睛直接观察F-P腔的出光面，上下、左右移动眼睛，如果有明显的干涉条纹从中心环冒出或吞没说明标准具表面不平行，请老师帮助调节。 4.光谱测量 (1)设计测量表格 (2)加磁场，观察谱线的分裂，确定电磁铁电流的取值范围 (3)在目镜中观察偏振特性(记录偏振角)，可用手机拍照 (4)选取3-5给的磁场电流值，记录各分裂谱线位置(可选1-2个K值)，利用公式计算各谱线的分裂间距，计算得到磁场B (5)做B-I图，并与上面的标定曲线比较并 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 原因。 4 四、实验结果分析讨论 1.B-I测量 图4 磁场在电流上升和下降时的B-I曲线 分析:电磁铁在电流上升的B-I曲线与电流下降时的B-I曲线基本重合，据此判断此电磁铁为软磁，可利用图线和测得的数据计算B。在0-3.4A的范围内B-I成线性关系。 2. 图5 无磁场时视野内条纹 分析:当I=0A时，视野内呈现多个绿色的同心圆环。圆环的直径差随着圆环序列的增大而减小。 5 图6 I=2.2A时仅显示线 , ~23.测量并计算,D、L和B -12~电流 1(mm) 2(mm) 3(mm) 圆心(mm) B(T) 2cm,D() mm() L 0A 26.51 0.490 1.940 5.060 3.500 2.4A 25.6 0.36 0.770 0.915 2.35 5.38 3.865 3.2A 25.75 0.477 1.020 0.350 1.82 4.83 3.3 2分析:不论磁场多大，自由光谱区都在25-27mm之间，由此可认为在误差允许范围内，自由光谱区不变，符合公式推导结果，自由光谱区与磁场无关是由标准具本身决定的。 分析:可以看出磁场计算值误差较大，但上升趋势相近。 误差原因:1.条纹有一定宽度，且边缘不清晰，测量存在误差。2.观察者本身视力不佳，测量时视野较暗，可能存在较严重的测量误差。3.仪器本身存在一定测量误差。 6 五、结论和建议 结论:本实验通过本实验运用法布里—珀罗标准具，测量Hg绿线(546.1nm)的塞曼分裂现象。通过实验观察到的谱线分裂现象较为明显，通过改变电流改变电磁铁的磁场强度，可明显的观察到谱线的分裂。并通过测量谱线可以计算出磁场的大小，但本次实验结果误差较大。 建议:在测量时先把视野调亮，确定谱线和坐标的大体位置，再调暗使谱线较为清晰。测量时，测微目镜刻度较难辨别，可能造成较大误差。本次实验使用手机拍照，手机镜头很难找到拍摄清晰的角度，并且手稍抖动，就拍不到图了。建议增加辅助的比较稳固的拍照设备。 六、参考文献 [1]熊俊.近代物理实验.北京.北京师范大学出版社.2007年3月 [2]近代物理实验补充讲义.北京. 北京师范大学物理学系实验教学中心 [2].姚启钧.光学..北京.高等教育出版社.2002 古今名言 敏而好学，不耻下问——孔子 业精于勤，荒于嬉;行成于思，毁于随——韩愈 兴于《诗》，立于礼，成于乐——孔子 己所不欲，勿施于人——孔子 读书破万卷，下笔如有神——杜甫 读书有三到，谓心到，眼到，口到——朱熹 立身以立学为先，立学以读书为本——欧阳修 读万卷书，行万里路——刘彝 黑发不知勤学早，白首方悔读书迟——颜真卿 7 书卷多情似故人，晨昏忧乐每相亲——于谦 书犹药也，善读之可以医愚——刘向 莫等闲，白了少年头，空悲切——岳飞 发奋识遍天下字，立志读尽人间书——苏轼 鸟欲高飞先振翅，人求上进先读书——李苦禅 立志宜思真品格，读书须尽苦功夫——阮元 非淡泊无以明志，非宁静无以致远——诸葛亮 熟读唐诗三百首，不会作诗也会吟——孙洙《唐诗三百首序》 书到用时方恨少，事非经过不知难——陆游 问渠那得清如许，为有源头活水来——朱熹 旧书不厌百回读，熟读精思子自知——苏轼 书痴者文必工，艺痴者技必良——蒲松龄 声明 访问者可将本资料提供的内容用于个人学习、研究或欣赏，以及其他非商业性或非盈利性用途，但同时应遵守著作权法及其他相关法律的 规定 关于下班后关闭电源的规定党章中关于入党时间的规定公务员考核规定下载规定办法文件下载宁波关于闷顶的规定 ，不得侵犯本文档及相关权利人的合法权利。谢谢合作～ 8