塞曼效应实验报告

塞曼效应实验

实验原理

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：

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

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

西安交大大物仿真实验报告

塞曼效应实验

实验原理

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：

西安交大大物仿真实验报告

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

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：

西安交大大物仿真实验报告

ΔM= +1为右旋圆偏振光（σ+偏振） ΔM= -1为左旋圆偏振光（σ-偏振）

塞 曼 效 应

1896年塞曼发现，光源放在磁场内时，所发射的光谱分裂成几条，而且分裂的谱线是偏振的。接着洛伦兹防系用经典电磁理论对分裂成三条谱线（在垂直于磁场方向观察）的情形作了解释。进一步的研究发现，大多数谱线的塞曼分裂为多于三条，习惯上称前一种谱线分裂为正常塞曼效应，后一种谱线分裂为反常塞曼效应。历史上对反常塞曼效应的理论研究，促进了电子自旋概念的引入，从而推进了量子理论的发展。现今，量子力学已对反常塞曼效应作出了满意的解释。

塞曼效应证实了原子具有磁矩和空间量子化效应。从塞曼效应的实验数据可以推断有关能级分裂情况，确定量子数和朗德因子g，从而可获得有关原子态的重要信息，故塞曼效应是研究原子结构的重要方法之一。

本实验的主要目的是用法布里-珀罗标准具研究塞曼效应.观察Hg5461?谱线的分裂现象以及它们的偏振状态,并通过摄谱及测量,确定电子的荷质比

e值. m原 理

一 塞曼效应原理概述

塞曼效应的产生是由于原子磁矩与磁场作用的结果.在忽略很小的核磁矩的情况下,原子的总磁矩等于电子的轨道磁矩和自旋磁矩之和.电子具有的轨道总角动量Pl及自旋总角动量Ps 的数值分别为: Pl?l(l?1)hh

实验58 塞曼效应

1896年塞曼(Pieter Zeeman 1865—1943荷兰物理学家)发现把光源置于足够强的磁场中时，光源发出的每一条谱线都分裂为若干条偏振化谱线，分裂的条数随能级类别不同而不同，这种现象称为塞曼效应。

早年把那些谱线分裂为三条，而裂距按波束计算正好等于一个洛仑兹单位的现象叫做正常塞曼效应（洛仑兹单位L=eB/4πmc）。正常塞曼效应用经典理论就能给予解释。实际上大多数物质的谱线在磁场中分裂的谱线多于三条，谱线的裂距可以大于也可以小于一个洛仑兹单位，人们称这类现象为反常塞曼效应。反常塞曼效应只有用量子理论才能得到满意的解释。

从塞曼效应得实验结果中可以得到有关能级分裂的数据，即由能级分裂的个数可以知道能级的J值，由能级的裂距可以知道g因子。塞曼效应证实了原子具有磁矩与空间取向量子化，有力地支持了光的电磁理论，至今仍然是考察原子结构的最有效的方法，并且该效应在现代激光技术中也有着重要应用。

【实验目的】

1．掌握法布里-珀罗标准具的原理及使用，CCD摄像器件在图像传感中的应用。 2．通过对Hg546.1nm光谱线的塞曼效应的研究，观察磁场对谱线的影响。 3．掌握塞曼效应理论，测定电子的荷质比。

【实验仪器】

塞曼效应实验

实验目的

1、观察汞光在磁场中的塞曼分裂现象2、测量塞曼分裂相邻能级的波数差3、学习法布里珀罗标准具的调节。

实验仪器

塞曼效应仪 实验原理

（1）能级分裂：原子中的电子作自旋与轨道运动，使得原子具有一定的磁矩?J?gePJ，其中2mPJ?J?J?1??为总角动量，在

g?1?L—S耦合的情况下朗德因子为

J?J?1??L?L?1??S?S?1?。原子磁矩在外磁场中受到力矩L??J?B的作用使?J绕磁场

2J?J?1?ee?PJBcos??MgB，由于PJ?J在外磁场2m2m中的取向量子化，即磁量子数M=J，J-1…..-J 有2J?1个可能值，因而有外磁场时原来的一个能级分

方向作旋进，产生附加能量?E???JBcos??g裂为2J+1个能级。

（2）光谱分裂：一光谱线在B=0时，h??E2?E1；B?0时，新的谱线

h????E2??E2???E1??E1??h???M2g2?M1g1?ｎｍ的谱线跃迁的两能级（Ｓ１

３

３

e?B（选择定则?M?0,?1）以汞光546.12mＰ２）为例，在有磁场时看能级的塞曼分裂与跃迁：

（3）本实验观测波长为546.1ｎｍ的谱线的塞曼分裂跃迁为Ｓ１ ３

３Ｐ２，在磁场中将发生反常塞曼

效应，塞

塞曼效应实验

一、实验目的

1.学习观测塞曼效应的实验方法； 2.学习光路的调节和F-P标准具的使用；

3.观察原子在磁场中能级的分裂和测量电子荷质比e/m。

二、实验仪器

1．实验装置

图一是塞曼效应实验装置简化图，整个装置放在1.2m的光具座上。分项说明如下：

图一 塞曼效应实验装置图

N和S为电磁铁，220V交流电通过自耦变压器接硒整流器，其直流输出供给电磁铁作励磁电流，自耦变压器调节和控制励磁电流的大小。

O为水银辉光放电管，本实验用作光源。通过另一自耦变压器将电压升至10000V左右点燃放电管。

L1为聚光镜，使通过标准具的光增强。

P为偏振片，在垂直于磁场方向观察时用以鉴别π成分和σ成分。

F为干涉滤色片。作用是只允许谱线546.1nm通过，滤掉Hg原子发出的其他谱线。 F-P为法布里-珀罗标准具。本实验中的标准具的间距为2.000mm。 M为读数显微镜。调焦于干涉花样后即可对干涉条纹进行观测。

T为摄像头。与微机相连，可拍摄读数显微镜内的干涉条纹，并通过微机进行数据处理。 2．F-P标准具的原理及性能参数

F-P标准具由两块平行玻璃板和夹在中间的一个间隔圈

物理学及电子技术学院

近代物理实验 （论文）

题目： 塞曼效应 专业： 物理学 班级： 级班 学号： 姓名： 指导教师：

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目录

摘要 ………………………………………………………………………………… 1 1. 引言 ……………………………………………………………………………… 1 2. 正文 ……………………………………………………………………………… 1

2.1实验原理 ……………………………………………………………………… 1

2.1.1塞曼分裂 …………………………………………………………… 1

2. 2.2塞曼效应的选择定则 ……………………………………………… 2

2.2.3汞（546.1nm谱线）塞曼效应理论分析 …………………………… 3 2.2.4 法布里—珀罗（F-P）标准具工作原理 …………………………… 5

2.2.5 实验装置 ………………………………………………………… 8 2.3. 实验内容与过程 ………………………………………………………… 9

【摘要】随着电子技术的发展，霍尔效应不单是测定半导体材料电学参数的主要手段，利用霍尔效应制成的霍尔器件凭借其结构简单、频率响应宽（高达10GHz）、寿命长、可靠性高等优点，已广泛应用于非电量测量、自动控制和信息处理等方面，随着半导体物理学的迅速发展，霍尔系数和电导率的测量已成为研究半导体材料的主要方法之一，通过实验测量半导体材料的霍尔系数和电导率可以判断材料的导电类型、载流子浓度、载流子迁移率等主要参数。本文重点对霍尔电压（VH）与工作电流（IS）、霍尔电压（VH）与磁场的关系进行实验探索，进一步深入了解霍尔效应的机理。

【关键词】霍尔器件;霍尔电压;霍尔效应;实验探究 一、测量磁场的霍尔效应法的基本原理

霍尔效应是指运动的电荷在磁场中受力的一种效应。通以电流的半导体试样置于磁场中，如果电流方向与磁场方向垂直，即在X方向通以电流IS，在Z方向加磁场B，则在Y方向就开始聚集异号电荷。 当电场与磁场对电流的作用达到平衡时，两极板间由于电荷的聚集就具有电位差VH，此过程在极短暂的时间内（10-13-10-11s）就可完成。此现象是霍尔于1879年发现的，故称为霍尔效应。（VH为霍尔电压） 霍尔效应是运动的带电粒子在磁场

令狐采学创作

令狐采学创作 南昌年夜学物理实验陈述

令狐采学

课程名称：普通物理实验（2）

实验名称：霍尔效应

学院：专业班级：

学生姓名：学号：

实验地址：座位号：

实验时间：

一、 实验目的：

1、了解霍尔效应法测磁感应强度S I 的原理和办法；

2、学会用霍尔元件丈量通电螺线管轴向磁场散布的基本办法； 二、 实验仪器：

霍尔元件测螺线管轴向磁场装置、多量程电流表2只、电势差计、滑动变阻器、双路直流稳压电源、双刀双掷开关、连接导线15根。 三、 实验原理：

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令狐采学创作 1、霍尔效应

霍尔效应实质上是运动的带电粒子在磁场中受洛仑磁力作用而引起的偏转。当带电粒子（电子或空穴）被约束在固体资料中，这种偏转招致在垂直电流和磁场标的目的上产生正负电荷的聚积，从而形成附加的横加电场，即霍尔电场H E .

如果H E <0，则说明载流子为电子，则为n 型试样；如果H E >0，则说明载流子为空穴，即为p 型试样。

显然霍尔电场H E 是阻止载流子继续向正面偏移，当载流子所受的

横向电场力e H E 与洛仑磁力B v e 相等，样品两侧电荷的积累就达到静态平衡，故有：

e H E =B v e

其中EH 为霍尔电场，v 是载流子在电流标的目的上的平均速度。若试样的宽

大学物理实验实验报告

实验日期 _________________________

系别 ___________ 班号 ____________ 姓名 ______________ 同组姓名 __________

教师评定 ______________

实验名称：用霍尔效应测磁场 目的要求：

1． 了解霍尔效应的基本原理 2． 学习用霍尔效应测量磁场

仪器用具：

霍尔效应仪，问刘电源，稳压电源，安培表，毫安表，功率函数发生器（没用到），特斯拉计，数字万用表，电阻箱，导线

实验原理：

1． 霍尔效应

通电流的导体置于磁场B中，磁场方向垂直于电流IH方向，则导体中会产生垂直于电流方向和磁场方向的电位差UH，这就是所谓霍尔效应。 我们有

UH = KHIHB

比例系数KH = RH / d=1 / pqd

2．用霍尔效应法测量电磁铁的磁场

用霍尔效应制成的特斯拉计，能简便、直观、快速的测量磁场中各点的磁感应强度。由于载流子的类型不同，UH的正负也有不同。

2． 消除霍尔元件副效应的影响

实际测量过程中，还会伴随一些热磁副效应，会使测得的电压不止是UH，还会附加另外一些电压，给测量带来误差。通常的方法是分别改变IH和B的方向（就是IM的方向），测量的到四组数据，取它们的绝对值的平均