塞曼效应
学号：09327052 姓名：陈柱良 班别：光信一班
合作人：肖廷辉 实验日期：12-5、12-12
自我评价
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：优
第一周实验过程记录：
实验时间 实验具体操作
14:40 组装电脑，安装观察塞曼效应软件，并组装仪器。
15:20 开始调节仪器使观察屏中出现圆环，且清晰出现在 CCD摄像头软件上。
17:30 调节宣告失败，经检查
分析
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可知，透镜焦距错误，无法得到相应的图像。
17:40 收拾器材并离开
第二周实验过程记录：
实验时间 实验具体操作
14:30 组装仪器并开始调节仪器使观察屏中出现圆环，且清晰出现在 CCD摄像头软件上。
15:30 在操作界面上能观察到不太清晰的圆环，经多次调节，得不到更清晰的图像。
15:35
在线圈上加上 3-4A的电流，从观测屏上能看到圆环谱线出现分裂，但非常模糊，于是继
续调节仪器，使其得到更清晰的图像。
17:00
无法得到更清晰的图像，因此开始尝试测量，因误差太大，最终分析原因，得出摄像头
规格不合适的结论。
17:30
更换仪器，并开始测量，在线圈上加上 4.31A 的电流，此时 U=21.3V，线圈中心磁场强
度为 1.128T，用软件进行多次测量，并取误差最小的 5次测量，记下数据并截图。
17:40 电流大小改为 5.22A，U=25.7V，B=1.258T，重复上述操作，并记录
17:50 收拾器材并离开。
励磁电流-磁场定标直线数据：
励磁电流/A 0 0.22 0.41 0.59 0.82 0.99 1.21 1.41 1.62
磁场/mT 33 85 125 163 230 262 309 359 417
励磁电流/A 1.82 2 2.19 2.41 2.58 2.82 2.98 3.2 3.38
磁场/mT 468 509 561 600 657 700 733 782 824
励磁电流/A 3.6 3.79 4.01 4.19 4.41 4.61 4.8 4.99 5.21
磁场/mT 860 905 937 967 1015 1040 1067 1087 1110
定标直线：
0 2 4 6
0
600
1200
B
(
m
T
)
I (A)
B (mT)
Linear Fit of B
B(I) = 61.94756+ 215.3774I
数据记录如下：
4.31A/21.3V/1.128T
次数 1 2 3 4 5
e/m/× 1011C/Kg 1.9574 1.8578 1.8424 1.8266 1.6663
误差/% 11.29 5.63 4.75 3.85 5.26
5.22A/25.7V/1.258T
次数 1 2 3 4 5
e/m/× 1011C/Kg 1.8959 1.6465 1.6264 1.8477 1.7885
误差/% 7.8 6.43 7.53 5.05 1.69
取平均值，可得（4.31A/21.3V/1.128T）：
e
m
1
= 1.8301 × 1011C/Kg
误差δ = 4.05%
标准差σ = 0.06692
（5.22A/25.7V/1.258T）：
e
m
2
= 1.761 × 1011C/Kg
误差δ = 0.124%
标准差σ = 0.09964
分析：
第一次实验与第二次进行比较，可以发现第二次实验的误差相对比较小，原因在于第二次实验的电流
值较大，因此塞曼分裂的现象比第一次明显，因此在实际操作中，会相对较容易读取分裂圆环的半径，因
此误差变小。
但两次实验都存在不同程度的误差，原因是什么？可能因为在测量操作中，第一步是先确定 K级圆环
的圆心及半径，而在观察软件上，K级圆环往往不太清晰，界限不清，而且多个圆环，因此误差可能在这
里开始产生，而第二步是标出 3个分裂圆环的半径，也是因为圆环不够清晰，加上鼠标标注时点击不够准
确所致，这是软件方面的原因。
硬件方面原因，在于可能仪器没有精确在同一直线上，因此导致光线到达 CCD摄像头时出现偏差，导
致圆环上的线厚度不均匀；或者偏振片的调节问题。
附数据截图：
（4.31A/21.3V/1.128T）：
（5.22A/25.7V/1.258T）：
思考与讨论题：
1. 在观察横向（纵向）塞曼效应时，当磁场 B由零逐渐增大时，条纹的条数、裂距会发生什么变化？
答：由式子
e
m
=
4πc
dB
Db
2−Da
2
DN−1
2 −DN
2
可知，条纹的条数会增加，裂距会逐渐增大。
2. 计算 d=2mm，R=95%的 F-P标准具在波长 500nm的自由光谱范围、精细度，和可分辨的最小波长差。
答：
∆λF =
λ2
2d
=
5 × 10−7m 2
2 × 2 × 10−3m
= 6.25nm
F =
π R
1− R
= 3.141593×
95%
1− 95%
= 61.24
δλ =
∆λF
F
= 6.25nm ÷ 61.24 = 0.1020nm
3. 怎样用塞曼效应来确定原子能级的 J量子数和 g因子？
答：塞曼分裂的时候，在无外磁场时的一个能级，在外磁场的作用下分裂成 2J+1 个子能级，因此可以通
过观察来确定 J量子数，从而通过式子g = 1 +
J J+1 −L L+1 +S S+1
2J J+1
算出 g因子的大小。
4. 画出汞谱线 404.7nm（6s7s3S1 → 6s6P
3P0）和 435.8nm（6s7s
3S1 → 6s6P
3P1）的塞曼分裂能级图及谱
线的裂距、偏振态。
404.7nm（6s7s3S1 → 6s6P
3P0）:
435.8nm（6s7s3S1 → 6s6P
3P1）
浙公网安备 33021202002483