近代物理实验报告
塞曼效应实验
学 院 班 级 姓 名 学 号 时 间 2014年3月16日
塞曼效应实验 实验报告
【摘要】：
本实验通过塞曼效应仪与一些观察装置观察汞（Hg）546.1nm谱线（S1→3P2跃迁）的塞
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曼分裂，从理论上解释、分析实验现象，而后给出横效应塞满分裂线的波数增量，最后得出荷质比。
【关键词】：塞曼效应、汞546.1nm、横效应、塞满分裂线、荷质比 【引言】：
塞曼效应是原子的光谱线在外磁场中出现分裂的现象，是1896年由荷兰物理学家塞曼发现的。首先他发现，原子光谱线在外磁场发生了分裂；随后洛仑兹在理论上解释了谱线分裂成3条的原因，这种现象称为“塞曼效应”。在后来进一步研究发现，很多原子的光谱在磁场中的分裂情况有别于前面的分裂情况，更为复杂，称为反常塞曼效应。
塞曼效应的发现使人们对物质光谱、原子、分子有更多了解，塞曼效应证实了原子磁矩的空间量子化，为研究原子结构提供了重要途径，被认为是19世纪末20世纪初物理学最重要的发现之一。利用塞曼效应可以测量电子的荷质比。在天体物理中，塞曼效应可以用来测量天体的磁场。本实验采取Fabry-Perot（以下简称F-P）标准具观察Hg的546.1nm谱线的塞曼效应，同时利用塞满效应测量电子的荷质比。 【正文】：
一、塞曼分裂谱线与原谱线关系 1、磁矩在外磁场中受到的作用 (1)原子总磁矩
在外磁场中受到力矩的作用：
其效果是磁矩绕磁场方向旋进，也就是总角动量（PJ）绕磁场方向旋进。 (2)磁矩
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
2、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
定义为洛仑兹单位：
3、谱线的偏振特征： 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：UΔM= +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}S1→ {6S6P}P2能级跃迁产生
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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）。
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