中国石油大学（华东）：《近代物理实验》课程教学资源（讲义）实验3-1 塞曼效应（PPT）

中国石油大学（华东） 近代物理实验 实验3-1塞曼效应 周丽霞 理学院物理与光电工程系

周丽霞 理学院 物理与光电工程系 中国石油大学（华东）——近代物理实验 实验3-1 塞曼效应

实验背景 实验目的 实验原理 实验仪器 实验内容 注意事项 思考题

1 实验背景 2 实验目的 3 实验原理 4 实验仪器 5 实验内容 6 注意事项 7 思考题

一、实验背景 ·1896年，荷兰物理学家塞曼发现，当把钠光源置于磁场中 时，钠光的谱线发生了加宽的现象。 磁场中钠光的谱线加宽 塞曼 (1865-1943)

⚫ 1896年，荷兰物理学家塞曼发现，当把钠光源置于磁场中 时，钠光的谱线发生了加宽的现象。 一、实验背景 磁场中钠光的谱线加宽 塞曼 (1865-1943)

●荷兰物理学家洛仑兹对塞曼效应做出了解释：电子的轨道磁矩 与外磁场相互作用造成谱线分裂为3条，塞曼观察到的钠光的谱 线变宽其实是谱线发生了分裂； ●塞曼和洛仑兹获得了1902年的诺贝尔物理学奖。 m 0 洛仑兹 (a)无外磁场 (b)在外磁场作用下 (1853-1928)

⚫荷兰物理学家洛仑兹对塞曼效应做出了解释：电子的轨道磁矩 与外磁场相互作用造成谱线分裂为3条，塞曼观察到的钠光的谱 线变宽其实是谱线发生了分裂； ⚫塞曼和洛仑兹获得了1902年的诺贝尔物理学奖。 洛仑兹 （1853~1928） (a) 无外磁场 l 1 0 m 1 1 0 0 (b) 在外磁场作用下

·1897年，有些光谱线在磁场中的分裂多于3条（反常塞曼效应) ●1925年，荷兰乌仑贝克和古兹米特提出了电子自旋的假设，从 量子力学上很好地解释了反常塞曼效应。 精细结构 磁场中钠光的谱线分裂

⚫1897年，有些光谱线在磁场中的分裂多于3条（反常塞曼效应）。 ⚫1925年，荷兰乌仑贝克和古兹米特提出了电子自旋的假设，从 量子力学上很好地解释了反常塞曼效应。 磁场中钠光的谱线分裂 精细结构

塞曼效应在物理史上的重要地位 ●塞曼效应是实验物理学家的重要成就之一，有力地支持了光 的电磁理论； ·根据塞曼效应知道了电子有自旋运动和自旋磁矩； ●使我们对物质的光谱、原子和分子的结构有了更多的了解

⚫塞曼效应是实验物理学家的重要成就之一，有力地支持了光 的电磁理论； ⚫根据塞曼效应知道了电子有自旋运动和自旋磁矩； ⚫使我们对物质的光谱、原子和分子的结构有了更多的了解。 塞曼效应在物理史上的重要地位

利用太阳光谱的塞曼效应测量太阳磁场

利用太阳光谱的塞曼效应测量太阳磁场

二、实验目的 掌握塞曼效应的基本原理 学习测量塞曼效应的实验方法 测量磁场中谱线裂距并计算电子荷质比

二、实验目的 掌握塞曼效应的基本原理 学习测量塞曼效应的实验方法 测量磁场中谱线裂距并计算电子荷质比

三、实验原理 j=l+s 1.原子的总磁矩 ·电子轨道运动与自旋运动耦合 有效磁矩：484，名无 g=1+0+)-LL+1)+SS+1) 2jU+1) he 玻尔磁子：4。 4πm a=4,+4, =9.27400968(20)×10-24JT-1 原子的总磁矩

三、实验原理 1. 原子的总磁矩 • 电子轨道运动与自旋运动耦合 原子的总磁矩 , 2 B j j j e g g j m  有效磁矩：  = −  =  P  ( 1) ( 1) ( 1) 1 2 ( 1) j j L L S S g j j + − + + + = + + = 4 B he m   =9.27400968(20)×10−24J·T−1 玻尔磁子：

2.原子总磁矩与磁场的相互作用 磁矩与外磁场相互作用使原子能级 B 产生附加能量 AE=-4·B LB j 82卫。丛28 y 正=8PB=8共18 h .j.=Mh M=j,j-1,j-2,.-j 磁矩在磁场中的进动 .△E=Mg4BB

2. 原子总磁矩与磁场的相互作用  = −  E  j B 磁矩在磁场中的进动 磁矩与外磁场相互作用使原子能级 产生附加能量 , 2 B j j j e g g j m   = −  =  P  2 B j z e E g g j B m   =    P B = 1 2 z j M M j j j j = = − −  − ， ， ， ，  = E Mg B  B