实验05 塞 曼 效 应 实 验 实验06 电子顺磁共振实验 实验07 光 磁 共 振 实 验 实验08 单 光 子 计数实验
上课 规定：
1，进 入 实 验 室 后 先 签 到； 2，提 前 写 好 预 习 报 告，
课 上 完 成并提交实验报告。
注意 事项：
1，爱护仪器：正确使用，操作轻缓； 2，防止损坏：严禁猛力扭、扳、拉、扯； 3，实验完毕，整理仪器：
t 2m
H=T+V
p2/2m
h
2
物 理 量 (取值) 的 量 子 化 ：
在 量 子 状 态 下， 所讨论对象的物理量
只能 取 有一定规律的、间断 (分立,台阶,量子化)的
无 限 多 个 可 能 值， 每 个 取值 有 一 定 的 概 率， 此称为“物理量的量子化取值”。
三 、原 子 能 级 在 磁 场 中 的 分 裂 ， 塞 曼 效 应 ，光 的 产 生
共(2k+1)条
J＝2，E2
J＝1，E1 J＝0，E0


E2＋2，M＝+2 E2＋，M＝+1
E2, M＝0
E2－， M＝－1 E2－2， M＝－2
共(2J+1)=5条

E1＋，M＝+1
E1, M＝0
E1－， M＝－1
共(2J+1)=3条
E0, M＝0 共(2J+1)=1条
共 (2J＋1) 个 取 值 。
所以各能级的附加能量为：
EJ
＝
eh M g
4 me
B
＝ M
定义： ＝ g eh B ， “一个能级分裂单位” 4 me
塞 曼 效 应，原 子 能级分裂 示 意 图：
无磁场时能级:
有磁场时,能级分裂:
J＝k，Ek
： ： Ek, M＝0
1 ， 原子 的 (总)角动量 PJ 和 (总)磁矩 μJ 在原子中，原 子 核 的 磁 矩 远远小于 电子的轨道磁矩和自旋磁矩。
不考虑原子核的磁矩， 电子的轨道磁矩和自旋磁矩之和， 就是原子的总磁矩。
同 样，电 子 的 轨 道 角 动 量 ， 就 是 原 子 的 总 角 动 量。
(角 动 量 定 义：L r p )
电 子 的 自旋磁矩 和 自旋角动量：
s＝
e me
Ps
Ps＝
h
2
S（S 1），自旋量子数 S＝0，1，2，3，…
电 子 的 轨道磁矩 和 轨道角动量：
L＝
e 2me
PL
PL＝
h
2
L（L 1），轨道量子数 L＝0，1，2，3，…
原子的(总)磁矩、(总)角动量和(总)能量(能级)：
总磁矩：J＝
s＋
L＝ g

e 2me
PJ
，
量子数 g ：朗德因子
g 1 J ( J 1 ) L( L 1 ) S( S 1 )
2J( J 1 )
总角动量和总能量(能级)：
PJ ＝ PJ (J )， EJ ＝ E(J )
量子数 J ＝L＋S ＝ 0，1，2，3，…
2，原子 能级 在磁场中的 分裂，塞曼效应
实验报告的内容：
1，实验步骤和内容
(标题式的简述“主要步骤和内容”)
2，数据处理，实验结果
(数 据 表 格，计 算 公 式， 代 入 数 据 及 量 纲， 计算结果，实验曲线，等 )
3，误 差 分 析（选 做）
实验05 塞 曼 效 应 实 验
一、电流环的磁矩，磁矩在磁场中的势能 二、量 子 理 论 的 简 单 回 顾，
德布罗意关系，物理量取值的量子化
三、原 子 能 级 在 磁 场 中 的 分 裂 ， 塞 曼 效 应 ，光 的 产 生
四、法布里-珀罗标准具 测 光 的 波 长， 电子荷质比的测量
五、实 验 仪 器 介 绍
六、实验步骤，实验内容，数据记录，实验报告
一、电流环的磁矩，磁矩在磁场中的势能
IS
S
I
磁矩 的 大 小： μ ＝ I · S (安· 米2)
将原子放于外磁场时，各能级将获得附加能量：
y
B
J
x
PJ
EJ＝－ J
B
＝－
J

B

cos
＝
g

e 2me
PJ B cos
按量子规则，cosβ 只能取间断、连续的整数值，
此 为 “ 空 间 量 子 化 ”，
所以有
PJ
cos
＝M

h
2
量子数 M =J，J－1，……(J－1)，-J，
3，粒子在能级间的跃迁，光的产生
以J2能级向J0能级的跃迁为例
2＋2 2＋


E2＋2，M＝+2 E2＋，M＝+1
E2, M＝0 J＝2
E2－， M＝－1 E2－2， M＝－2
入2
2－

2－2
E1＋，M＝+1
E1, M＝0
J＝1
E1－， M＝－1
在 坐 标 表 象 中 (算符的坐标表象) ， 各 物 理 量 的 算 符 ：
x xˆ = x
p ˆp = i ,
r rˆ = r = xi+ yj+ L Lˆ = rˆ pˆ


i
x

j
y

k
(梯度算子) z
E Hˆ i

2
2 V(r )
磁矩在磁场中的势能 ：Ep － B
二 、量 子 理 论 的 简 单 回 顾， 德布罗意关系，物理量取值的量子化
当被讨论对象物理量的大小在数量级上 与普朗克常量可以比拟时，
被讨论对象进入 (属于)“微观世界(量子世界)”，
普朗克常数：h＝6.626×10-34 J·S
此时，量子现象、量子效应和量子规律等 将发挥作用而不能被忽略。
1，德 布 罗 意 关 系
德布罗意关系：
具 有 一 定 能 量 E 和 动 量 p 的 微 观 粒 子， 与频率 ν，波长 入 的波(几率波)的相互关系为：
E h


p

h
其中，普朗克常数 h ＝6.626×10-34 J·s
2，力 学 量 用 算 符 表 示 ，物 理 量 (取值) 的量子化
E0, M＝0 J＝0
无磁场时，只有波长入2的光； 有磁场时，共有5种波长的光。
四 、法布里-珀罗标准具测光的波长， 电子荷质比的测量
所 有 电流 、电压 旋 钮 回 零， 所 有 锁紧松开，仪器摆放整齐；
预习报告的内容：
1，实 验 题 目； 2，实 验 目 的； 3，实 验 仪 器； 4，实 验 原 理；
(完 整、简 明、扼 要 地 叙 述 有 关 "物理过程"、"物理现象"、"物理关系"， 给出必要的 "关系式"、"电路图"、"光路图" 等 )