塞曼效应试验报告Word格式.docx
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∴分裂后谱线与原谱线频率差
由于
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:
)
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:
⊙B
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。
标准具在空气中使用时,干涉方程(干涉极大值)为
实验容
1.分析在垂直于磁场与平行于磁场方向观察Hg546.1nm谱线在磁场中的分裂,区分
π,σ+,σ-谱线,并确定磁场方向。
2.设计方案,选用合适的F—P标准具和改变磁感应强度,验证塞曼分裂的裂距与磁感应强度B的关系
3.设计方案用塞曼分裂的波数差计算电子的荷质比。
4.讨论塞曼效应研究原子部能级结构的方法和应用。
实验仪器
F-P标准、汞灯、棱镜摄谱仪、毫特斯拉计、滤波片、1/4波片、[线]偏振片、[凸]透镜、
o
数据处理
读数
读数平均值
谱线
1(mm)
2(mm)
3(mm)
4(mm)
(mm)
71.8250
71.8345
71.8182
71.8320
71.82742
Fe标准谱线(左右两条)
79.9100
79.9168
79.9200
79.91670
无磁场时Hg待测谱线
76.8258
76.83040
76.8278
76.8330
76.82920
76.6073
76.6260
76.6010
76.6208
76.61378
76.6775
76.6730
76.6771
76.6890
76.67915
Hg在磁场中的分裂待测谱线
76.7822
76.7830
76.7760
76.7770
76.77955
(从左至右)
76.8971
76.9104
76.8792
76.9080
76.89868
77.0180
77.0065
77.0080
77.01012
77.0572
77.0630
77.0551
77.0655
77.06020
表格1各谱线位置在阿贝比长仪下的读数
5.2由得到的各谱线的位置运用插法计算各谱线的波长
计算各谱线运用插法,即公式(13),为了计算方便,将其写成以下形式:
21
x1
x2
(xx1)(14)x1
在公式(14)中,x1、x2和x分别表示波长为1、2和x的谱线的位置。
计算结果见表
格3:
谱线位置
波长实验测得值o
(A)
备注
Fe标准谱线(左
右两条)
4367.5811
已知
4352.7371
无磁场时Hg待测
76.82925
4358.40264
波长实验测得值由插法公式(14)得出。
Hg在磁场中的分裂待测谱线(从左至右)
4358.79804
4358.67808
4358.49384
4358.27524
4358.07073
4357.97884
表格2用插法计算各谱线的波长
5.3由已测得的Hg在磁场中的分裂光谱线估算磁感应强度,见表格4:
Hg在磁场中的
分裂谱线波长o
与无磁场时Hg谱线的理论波数差
洛伦兹单位L%的计算值(cm1)
计算出的磁感应强度值
B(T)
2L%
1.04067
2.23
无磁场时Hg谱
线的波长已测得是
4358.40264A;
磁感应强度由公式(12)计算得出
1.5L%
0.966604
2.07
0.5L%
0.960205
2.06
1.34136
2.87
1.16495
2.49
1.11562
2.39
表格3磁感应强度的估算
取其平均值为对磁感应强度的估测值,即B估=2.35T,而实际所加磁感应强度为B实B估
B=2.2T实估100%6.89%
B实=2.2T,相对误差为B实。
误差分析:
1)实验室给出的磁感应强度B与实验仪器得到的实际磁场有差异,即B并不严格等于2.2T;
2)用阿贝比长仪测量谱线位置时,由于谱线粗细不同,导致测量误差;
结论
本次实验运用光栅摄谱法观察到了在外磁场下Hg谱线的分裂情况,直接验证了塞曼效应;
B,基
还以Fe谱线作为标准谱,用插法测得了各谱线的波长,并以此故测了外加磁感应强度本实现了定量验证和分析。
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