塞曼效應實驗裝置原理

1. 塞曼效應的原理

塞曼效應證實了原子具有磁距和空間取向量子化的現象，至今塞曼效應仍是研究能級結構的重要方法之一。正常塞曼效應可用經典理論給予很好的解釋；而反常塞曼效應卻不能用經典理論解釋，只有用量子理論才能得到滿意的解釋。
塞曼效應是物理學史上一個著名的實驗。荷蘭物理學家塞曼在1896年發現：把產生光譜的光源置於足夠強的磁場中，磁場作用於發光體使光譜由一條譜線分裂成幾條偏振化譜線的現象稱為塞曼效應。若一條譜線分裂成三條、裂距按波數計算正好等於一個洛侖茲單位（L0=eB/4πmc）的現象稱為正常塞曼效應；而分裂成更多條且裂距大於或小於一個洛侖茲單位的現象稱為反常塞曼效應。
塞曼效應的產生是原子磁矩和外加磁場作用的結果。根據原子理論，原子中的電子既作軌道運動又作自旋運動。原子的總軌道磁矩μL與總軌道角動量pL的關系為：
原子的總自旋磁矩μS與總自旋角動量PS的關系為：
其中：m為電子質量，L為軌道角動量量子數，S為自旋量子數，hbar為普朗克常數除以2π，即hbar=h/(2π)（hbar寫法是在小寫的h上半部分打一橫杠）。
原子的軌道角動量和自旋角動量合成為原子的總角動量pJ，原子的軌道磁矩和自旋磁矩合成為原子的總磁矩μ（見圖1）。由於μS/pS的值不同於μL/pL值，總磁矩矢量μ不在總角動量pJ的延長線上，而是繞pJ進動。由於總磁矩在垂直於pJ方向的分量μ┴與磁場的作用對時間的平均效果為零，所以只有平行於pJ的分量μJ是有效的。μJ稱為原子的有效磁矩，大小由下式確定：
其中，J為總角動量量子數，g為朗德因子。對於LS耦合，存在
當原子處在外磁場中的時候，在力矩N=μ×B的作用下，原子總角動量pJ和磁矩μJ繞磁矩方向進動（見圖2）。原子在磁場中的附加能量ΔE為：
其中，β為pJ與B的夾角。角動量在磁場中取向是量子化的，即：
其中，M為磁量子數。因此，
圖1 原子磁矩與角動量的矢量模型 圖2 μJ和pJ的進動
可見，附加能量不僅與外磁場B有關系，還與朗德因子g有關。磁量子數M共有2J+1個值，因此原子在外磁場中，原來的一個能級將分裂成2J+1個子能級。
未加磁場時，能級E2和E1之間的躍遷產生的光譜線頻率ν為：
(1)外加磁場時，分裂後的譜線頻率ν』為：
(2)分裂後的譜線與原來譜線的頻率差Δν』為：
(3)定義為洛侖茲單位。
用波數間距Δγ表示為：
(4)能級之間的躍遷必須滿足選擇定則，磁量子數M的選擇定則為ΔM=M2-M1=0, ±1；而且當J2=J1時，M2=0 à M1=0的躍遷除外。
當ΔM=0時，產生π線，沿垂直於磁場方向觀察時，π線為光振動方向平行於磁場的線偏振光，沿平行於磁場方向觀察時，光強度為零，觀察不到（見圖3）。
當ΔM=±1時，產生σ線，迎著磁場方向觀察時，σ線為圓偏振光，ΔM=+1時為左旋圓偏振光，ΔM=-1時為右旋圓偏振光。沿垂直於磁場方向觀察時，σ線為線偏振光，其電矢量與磁場垂直（見圖3）。
圖3 π線和σ線
只有自旋是單態，即總自旋為0譜線才表現出正常塞曼效應。非單態譜線在磁場中表現出反常塞曼效應，譜線分裂條數不一定是三條，間隔也不一定為一個洛侖茲單位。
例如鈉原子的589.6nm和589.0nm的譜線，在外磁場中的分裂就是反常塞曼效應。589.6nm的譜線為2P1/2態向2S1/2態躍遷產生的譜線。當外磁場不太強的時候，在外磁場作用之下，2S1/2態能級分裂成2個子能級，2P1/2態也分裂成2個子能級，但由於兩個態朗德因子不同，譜線分裂成4條，中間兩條為π線，外側兩條分別是σ+線與σ-線。589.0nm的譜線為2P3/2態向2S1/2態躍遷產生的，2P3/2態能級在外磁場不太強時分裂成4個子能級，因此589.6nm的譜線分裂成六條。中間兩條π線，外側兩邊各2條σ線。

2. 塞曼效應是怎樣的

塞曼(Pieter Zeeman)是荷蘭著名的實驗物理學家、「塞曼效應」的發現者，1865年5月25日出生於荷蘭澤蘭省斯科威島的小村莊宗內邁爾—名路德教教長的家裡。

1896年8月，塞曼在用半徑為10英寸(1英寸=2.54厘米)的凹形羅蘭光柵觀察強磁場中鈉火焰的光譜時，發現在垂直於磁場方向黃色D線變寬。10月，他在平行於磁場方向同樣觀察到這種現象，另外，吸收光譜的情況與此類似。爾後塞曼使用了比鈉D線更細的由鎘產生的深綠譜線，加大了磁場(由幾千高斯到幾萬高斯)，提高了探測的精度，證實光譜線不是單純地增寬，而是如洛倫茲所預言的分裂為兩條或三條分線，且各分線是偏振的。這種光源在強磁場中譜線分裂成二、三條偏振化分線的現象，稱為「塞曼效應」。

「塞曼效應」是探索原子內部精細結構和各組成部分性質的有用工具。利用它可算出電子的磁矩，可算出原子的角動量從而確定原子的能級。它對泡利不相容原理的提出和電子自旋的發現均起過重大作用。它與量子力學原理完全符合，成為量子力學的重要實驗證明。它為研究電子順磁共振現象和原子核性質(核能態、核磁矩等)提供了一種有效的手段。「塞曼效應」還可用來測量等離子體的磁場，並可將它與用磁探針法測得的結果相比較。在天文學中，應用它來測量太陽和其他恆星表面的磁場。

為表彰塞曼和他的老師——經典電子論的創立者——洛倫茲在研究磁場對光的效應領域所做出的卓越貢獻，瑞典皇家科學院給他們頒發了1902年諾貝爾物理學獎。

3. 2. 塞曼效應 1). 什麼叫塞曼效應、正常塞曼效應、反常塞曼效應 2). 試畫出汞的435.8nm光譜線（3s1-3p1）

當發光的光源置於足夠強的外磁場中時，由於磁場的作用，使每條光譜線分裂成波長很靠近的幾條偏振化的譜線，分裂的條數隨能級的類別而不同，這種現象稱為塞曼效應。1、由於歷史原因，當光源置於外磁場中，其一條譜線分裂成三條譜線，稱為正常塞曼效應。出現此效應的有二種情況：外磁場雖然為弱磁場，原子體系的電子總自旋為零時（即電子的數目為偶數並形成獨態的原子），一條譜線只分裂成三條譜線；另一種是外磁場是強磁場，已足以破壞電子耦合，耦合可以忽略，電子磁矩和軌道磁矩分別單獨和外磁場作用，觀察到一條譜線分裂成三條譜線，稱為帕邢—巴克效應，其效果趨於正常塞曼效應。

2、外磁場為弱磁場，原子體系的電子總自旋不為零，一條譜線分裂成更多條，稱為反常塞曼效應。本實驗使用的汞綠光（，我們以式（1—5）及能級躍遷的選擇定則來分析此反常塞曼效應。

4. 能力之間的轉化需要一定的裝置,這種裝置是什麼

讀了《責任勝於能力》這本書，認我對「責任」這個詞有了更深的認識。「責任」是最基本的職業精神，它可以讓一個人在所有的員工中脫穎而出，責任是一種擔當，是一種約束，是做人、做事的基礎。

作為教師的我們從事的是培養人、塑造人的職業。如果在我們工作中不負責任，沒能使自己的學生成人、成材，這不僅僅貽害了一個人、一個家庭，更是危害了國家和社會。因此我們必須負責任地工作，用心去愛護、去培養自己的學生。良好的聽課習慣、作業習慣、書寫習慣、讀書習慣、路隊、紀律、衛生等常規習慣的養成，以及孩子們日常的生活事務處理工作，這些無不得付出愛心與真心，才能讓孩子們買你的帳，從而順利圓滿的完成各項教育教學工作，為把他們培養成將來的棟梁之才打好堅實的基礎。

沒有做不好的工作，只有不付責任的人，責任承載著能力，一個充滿則熱感的人才有機會充分展現自己的能力。

受責任，從本質上說，是一種與生俱來的使命，它伴隨著每一個生命的始終。事實上，只有眼那些能夠勇於承擔責任的人，才有可能被賦予更多的使命，才有資格獲得更大的榮譽。一個缺乏責任感的人，或者一個不付責任的人，首先失去的是對自己的基本認可，其次失去對自己的基本認可。失去別人對自己的信任與尊重，甚至也失去了自身的致命之本——信譽與尊嚴。

無論你做什麼樣的工作，只要你能認真地、勇敢地、擔負起責任，你所能做的就是有價值的，你就會活動尊重和敬意。有的責任擔負起來很難，有的卻很容易，不在於工的類別，而在於做事的人。只要你想、你願意，你就會做的很好。

我們每一個人生活中扮演不同的角色。無論一個人但任何職務，做什麼樣的工作，他都對他熱付有責任，這就是社會法則。

當你在為公司工作時，無論老闆安排你在哪個位置上，都不要輕視自己的工作，都要擔負起責任來。那些在工作中推委的人，老是埋願環境，尋找各種借口，為自己開脫。他們往往是職業的被動者，即使工作一輩子都不會出色。自身的能力只有通過奮斗。

一個人是不是人才固然很關鍵，但最關鍵的付則人的態度。責任勝於能力不容否認。責任需要靠業績來證明，業績是靠責任去創造。

5. 請問塞曼效應詳細

所謂塞曼效應就是光源發射的譜線在一定強度的磁場中發生多重分裂的偏振分量的現象，塞曼調制方式主要有2種，一種是將磁場加與光源的，另一種是將磁場加於原子話器的，所謂的縱橫向塞曼調制主要是指所加磁場方向與輻射光方向的關系，當成平行時為縱向，當成垂直時為橫向，由於磁場又可以分為可變和固定的，有多種組合方式，因此扣背景方式也各有所不同。

塞曼效應
Zeeman effect

原子在磁場中能級和光譜發生分裂的現象。1896年D.塞曼發現原子在足夠強的磁場中光譜線發生分裂，在垂直磁場方向觀察到分裂為3條，裂距與磁場大小成正比。中間的譜線與不存在磁場時的波長相同，但它是線偏振光，振動方向與磁場平行；兩邊的兩條譜線是振動方向與磁場垂直的線偏振光。在平行磁場方向觀察，只能看到兩邊的兩條譜線，它們是圓偏振光(見光的偏振)。H.A.洛倫茲用經典電磁理論作了解釋。後來進一步研究發現許多原子的光譜線在磁場中分裂更為復雜。人們把塞曼原來發現的現象稱為正常塞曼效應，更為復雜的稱為反常塞曼效應。全面解釋塞曼效應須用量子理論，並須考慮電子自旋，電子自旋磁矩與軌道磁矩耦合為總磁矩，它們是空間量子化的，在外磁場作用下引起的附加能量不同，造成能級分裂，從而導致光譜線的分裂。正常塞曼效應是總自旋為零時原子能級和光譜在磁場中的分裂；反常塞曼效應是總自旋不為零的原子能級和光譜線在磁場中的分裂。
塞曼效應是研究原子結構的重要途徑之一。在天體物理中，塞曼效應被用來測量天體磁場及星際磁場。