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塞曼效应实验报告

塞曼效应实验报告
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

实验内容

1.分析在垂直于磁场与平行于磁场方向观察Hg 546.1nm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内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、实验操作

数据处理

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内插法计算各谱线的波长

计算各谱线运用内插法,即公式(13),为了计算方便,将其写成以下形式:

21

1121()x x x x x λλλλ-=+?--(14)

在公式(14)中,

1x 、2x 和x 分别表示波长为1λ、2λ和x λ的谱线的位置。计算结果见表

表格2用内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:

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 2.35B T 估=,而实际所加磁感应强度为2.2B T 实=,相对误差为100% 6.89%B B B η-=?=估实实。

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;还以Fe 谱线作为标准谱,用内插法测得了各谱线的波长,并以此故测了外加磁感应强度B ,基本实现了定量验证和分析。

旁观者效应实验

实验地点: 繁华的街口 实验人数: 三人以下简称A.B.C 实验过程: (1)A乔装成路人,走在街口的时候假装突然发病,慢慢坐在地上,然后呼救。 (2)此时C在一隐蔽处,用DV机记录在A假装发病倒地过程中及接下来一段时间里,路人对A发生这一情况所做出的反应。 (3)一段时间过后,B乔装成路人,在走过A时,上前询问A的情况,并进行救助。(4)C在一旁用DV机记录在B做出上前询问及救助后,路人又是怎样的反应。 实验现象: 现象一:在A乔装成路人并在街口发病后,过往的众多路人并未上前进行救助或是拨打110,120等急救电话,期间有路人驻足观看,回头张望,抑或视而不见。 现象二:在B上前询问进行救助的行为发生后,有一个路人也走上前询问,接着跟多的路人上前围观和帮助。 实验结论: 现象一和现象二可以分别称为责任分散效应和从众效应。 责任分散效应也称为旁观者效应,是指对某一件事来说,如果是单个个体被要求单独完成任务,责任感就会很强,会作出积极的反应。但如果是要求一个群体共同完成任务,群体中的每个个体的责任感就会很弱,面对困难或遇到责任往往会退缩。因为前者独立承担责任,后者期望别人多承担点儿责任。“责任分散”的实质就是人多不负责,责任不落实。 正是由于在紧急状态下有其他目击者在场,才使旁观者无动于衷。旁观者效应,他们解释道,不是在于旁观者的“病态”人格,而是在于旁观者对其他观察者的反应。旁观者数量越大,旁观者效应越明显。总体来说,当紧急情形出现时,如果只有一人在场,约有半数的人会伸手相救;如果知道还有另外一个人在场,援助者只有33%;如果知道还有更多的人在场,援助者只有22%。 人们常常要以别人为参照物来定位自己,通过观察别人来判断自己是否正确,所以这就导致了多人在场时反应会变慢。同时每个人都以为别人会做,自己就不做了,或者抱着罚不责众的心态,所以也就没有人会上前帮助或报警了。 从众效应作为一个心理学概念,是指个体在真实的或臆想的群体压力下,在认知上或行动上以多数人或权威人物的行为为准则,进而在行为上努力与之趋向一致的现象。从众效应既包括思想上的从众,又包括行为上的从众。从众是一种普遍的社会心理现象,从众效应本身并无好坏之分,其作用取决于在什么问题及场合上产生从众行为,具体表现在两个方面:一是具有积极作用的从众正效应; 二是具有消极作用的从众负效应。 积极的从众效应可以互相激励情绪,做出勇敢之举,有利于建立良好的社会氛围并使个体达到心理平衡,反之亦然。 正是由于B的救助行为给旁人的引导,所以更多的人上前救助。

西安交大《塞曼效应实验报告》

应物31 吕博成学号:10

塞曼效应 1896年,荷兰物理学家塞曼()在实验中发现,当光源放在足够强的磁场中时,原来的一条光谱线会分裂成几条光谱线,分裂的条数随能级类别的不同而不同,且分裂的谱线是偏振光。这种效应被称为塞曼效应。 需要首先指出的是,由于实验先后以及实验条件的缘故,我们把分裂成三条谱线,裂距按波数计算正好等于一个洛伦兹单位的现象叫做正常塞曼效应(洛伦兹单位 mc eB L π4=)。而实际上大多数谱线的塞曼分裂谱线多于三条,谱线的裂距可以大于也可 以小于一个洛伦兹单位,人们称这类现象为反常塞曼效应。反常塞曼效应是电子自旋假设的有力证据之一。通过进一步研究塞曼效应,我们可以从中得到有关能级分裂的数据,如通过能级分裂的条数可以知道能级的J 值;通过能级的裂距可以知道g 因子。 塞曼效应至今仍然是研究原子能级结构的重要方法之一,通过它可以精确测定电子的荷质比。 一.实验目的 1.学习观察塞曼效应的方法观察汞灯发出谱线的塞曼分裂; 2.观察分裂谱线的偏振情况以及裂距与磁场强度的关系; 3.利用塞曼分裂的裂距,计算电子的荷质比e m e 数值。 二.实验原理 1、谱线在磁场中的能级分裂 设原子在无外磁场时的某个能级的能量为0E ,相应的总角动量量子数、轨道量子数、自旋量子数分别为S L J 、、。当原子处于磁感应强度为B 的外磁场中时,这一原子能级将分裂为12+J 层。各层能量为 B Mg E E B μ+=0 (1) 其中M 为磁量子数,它的取值为J ,1-J ,...,J -共12+J 个;g 为朗德因子;B μ为玻尔磁矩(m hc B πμ4= );B 为磁感应强度。 对于S L -耦合 ) () ()()(121111++++-++ =J J S S L L J J g (2) 假设在无外磁场时,光源某条光谱线的波数为 )(010201~E E hc -=γ (3) 式中 h 为普朗克常数;c 为光速。

范德堡测试方法与变温霍尔效应

范德堡测试方法与变温霍尔效应 摘要:本实验采用范德堡测试方法,测量样品霍耳系数及电导率随温度的变化,可以确定一些主要特性参数——禁带宽度,杂质电离能,电导率,载流子浓度,材料的纯度及迁移率,从而进一步探讨导电类型,导电机理及散射机制。 关键词:霍尔效应、范德堡测试法、霍尔系数、电导率 引言:对通电导体或半导体施加一与电流方向相垂直的磁场,则在垂直于电流和磁场方向上有一横向电位差出现,此即为霍耳效应。利用霍尔效应测量霍耳系数及电导率是分析半导体纯度以及杂质种类的一种有力手段,也可用于研究半导体材料电输运特征,是半导体材料研制工作中必不可少的一种常备测试方法。 一、原理部分: (一)、半导体内的载流子 根据半导体导电理论,半导体内载流子的产生有两种不同的机制:本征激发和杂质电离。 1、本征激发 在一定的温度下,由于原子的热运动,价键中的电子获得足够的能量,摆脱共价键的束缚,成为可以自由运动的电子。这时在原来的共价键上就留下了一个电子空位,邻键上的电子随时可以跳过来填充这个空位,从而使空位转移到邻键上去,因此空位也是可以移动的。 这种可以自由移动的空位被称为空穴。半导体不 仅靠自由电子导电,而且也靠这种空穴导电。半 导体有两种载流子,即电子和空穴。 从能带来看,构成共价键的电子也就是填充 价带的电子,电子摆脱共价键而形成一对电子和 空穴的过程,就是一个电子从价带到导带的量子 跃迁过程,如图1 所示。 纯净的半导体中费米能级位置和载流子浓 度只是由材料本身的本征性质决定的,这种半导 体称本征半导体。本征半导体中,在电子—空穴 对的产生过程中,每产生一个电子,同时也产生 一个空穴,所以,电子和空穴浓度保持相等, n表示,称为本征载流图1 本征激发示意图 这个共同的浓度用 i 子浓度。这种由半导体本身提供,不受外来掺杂影响的载流子产生过程通常叫做本征激发。 2.、杂质电离 绝大部分的重要半导体材料都含有一定量的浅杂质,它们在常温下的导电性能,主要由浅杂质决定。浅杂质分为两种类型,一种是能够接收价带中激发的电子变为负离子,称为受主杂质。由受主杂质电离提供空穴导电的半导体叫做P 型半导体如图2(a)所示。还有一种可以向半导体提供一个自由电子而本身成为正离子,称为施主杂质。这种由施主杂质电离提供电子导电的半导体叫做n 型半导体,如图2(b)所示。

霍尔效应实验报告

霍耳效应实验报告 学号:200702050940 实验人:张学林 同组人: 杨天海 实验目的: 1、 观察霍耳效应; 2、 了解应用霍耳效应进行简单的相关测量的方法 实验内容: 1、确定样品导电类型; 2、测算霍耳系数、载流子浓度、霍耳灵敏度; 3、测算长螺线管轴线上的磁场分布。 实验原理: 一、关于霍耳效应 如图一所示。当电流通过一块导体或半导体制 成的薄片时,载流子会发生漂移。 而将这种通有电流的薄片置于磁场中,并使薄 片平面垂直于磁场方向。根据图一中的电流方向,并结合右手定则,我们可以看到:(1)无论导体中的载流子带正电荷还是负电荷,其受力均为F m 方向;(2)载流子均会沿X 轴方向运动,并最终靠在A 端。于是:(1)当载流子为正电荷时薄板A 端带正电荷,导致板A 端电势高于B 端;(2)当载流子为负电荷时薄板A 端带负电荷,导致板B 端电势高于A 端。 这就是霍耳效应。 二、关于霍耳效应性质的研究 如图一,关于霍耳效应的相关参量已如图所 示。 其中载流子所受的磁场力 m F qvB = (1) 载流子所受的电场力 e F qE = (2) 当其所受磁场力与电场力受力平衡时: (a B (b z y x (图一)

有关系, e m F F = (3) 且有, H H U E a vBa == (4) 我们又知道,(I v n nqab = 为载流子浓度) (5) 于是,由(1)~(3)可知 H IB E nqab = (6) 再结合(4)式可得 1 ()H IB U IB nqb nqb = = (7) 令 1 H R nq = (8) 为霍耳系数,并代入(7)式可得 H H B U R I b = (9) 那么,霍耳系数又可表示为 H H U b R IB = (10) 即, 1 H H U b R IB nq = = (11) 三、关于霍耳效应的应用 1、利用霍耳效应确定导体的类型 由(11)式可得,导体横向电势差与导体中载流子类型有关:当H U 为正时载流子为电子,导体为P 型半导体;反之,载流子为空穴,导体为N 型半导体。 2、利用霍耳效应计算霍耳系数 根据(9)式,可以固定B 、b ,改变I 得到U H ,多测几组U —I 值。然后根据几组U —I 值在直角坐标系中描 点,可根据拟合出来的直线的斜率求出霍耳系数。 3、 霍耳灵敏度的计算 若将(7)式中的括号以内的项定义为霍耳灵敏度,即令1 n H K R b nqb ==。于是,(二、2)中的霍耳系数计算出来,霍耳灵敏度也就计算出来了。 4、利用霍耳效应计算载流子浓度 由(7)、(11)式可得1H n R q = 。

从众效应

从众效应 【从众效应】“也称乐队花车效应”,也就是我们通常所说的“随大流”,是指当个体受到群体的影响,包括引导或施加的压力时,会怀疑并改变自己原来的想法、判断以及行为,并且朝着与群体大多数人一致的方向变化。从众效应可以是因为对方“人多势众带来的气场上的压迫感”,也包括有对方“有权威性或者领导性”,迫于对这些非本直接和客观因素的影响而从众。 比如,在大学课堂上教授拿出一个瓶子,说是某种名贵的精油,在点燃后,教室里有同学说闻到了花香,还有同学说是玫瑰花香,后来几乎所有人都闻到玫瑰花香。最后,教授说这只是一瓶普通的自来水。所以,第一个说闻到玫瑰花香的同学也许是一种联想导致的错觉,而后边说闻到玫瑰花香的同学是追随他人所产生的趋同性,如果说第一位同学是心理暗示起了作用,那么后边的一众同学是受了从众心理的影响。而这种从众心理效应本质上没有侵害任何一方的利益,所以最后同学们呵呵一笑,这个课题小测式就结束了。 众效应产生的原因 1.当个体在群体中,为了适应环境,融入集体,个体会倾向于跟从大众的一致性喜好。 2.当个体担心自己偏离群体,不想被突出,被独立,于是选择从众。 3.当个体对某个问题、事件缺乏自己独立见解时,或者对自己的答案不确定时,个体特别容易倾向于对照群体其他大多数的意见,选择从众。 4.当个体对群体认可度高,经常会过滤自己的观点,出现盲目从众。 5.还有,当群体中有权威人物时,个体也会倾向于相信群体的意见,看法,于是也陷入从众效应。 再深入的分析,有些从众行为也只是表现上的从众 1?表面服从,内心也接受,所谓口服心服;

2?口服心不服,出于无奈只得表面服从,违心从众; 3?完全随大流,谈不上服不服的问题。 与其人云亦云,不如独立思考 研究表明,女性比男性容易从众,幼儿,青少年比成人容易从众,缺乏自信的比自信的人容易从众。 顺便分析一下类似的一个心理学效应——责任分散效应。 它属于群体心理学的领域,在某个场景或某个事件中,单个个体的责任感会很强,会对情况做出积极的反应,如果是处于群体中,个体责任感就会减弱很多,往往会不采取行动或比较懈怠,它也叫做旁观者效应。例如:在某个紧急的情况下,某人有危险或者境地,如果只有一个人在场,他往往会采取行动,施于援手,因为此时他的责任感很强。不想因为对于事情置之不理感到内疚或者负罪,而当处于群体中时,责任就被分散,他会想反正还有其他人,不单只有我,这种情况就造成就集体冷漠,三个和尚没水喝就源于心理学效应。 其实从众也有它的积极影响,当人在情境不确定的时候,其他人的行为最具有参考价值,具备行为参照的功能。特别在职场中,新人往往选择与同事保持一致,这样可以更容易的被团队接受。另外,在团队凝聚力方面,也表现出从众的行为可以更受团队认同。 一群幼小的沙鸥,无忧无虑地嬉戏在绿色的湖水中。一只勇敢的小沙鸥尝试着,挣扎着,试图展开翅膀飞向蓝天。它一次次不停地扑摔着,挣扎着,失败着,其余的沙鸥只是看着,突然间,那只沙鸥成功了,自由地翱翔于天际。在那只飞的沙鸥引领下,第二只、第三只沙鸥开始了同样的尝试……突然有一天,所有的沙鸥都学会了飞翔。 所以,积极的从众效应可以互相激励情绪,做出勇敢之举,有利于建立良好的社会氛围和完成群体目标,能使个体达到心理平衡,增强内心的安全感和自信心,还有助于学习他人的智慧经验,扩大视野,克服固执己见、盲目自信修正自己的思维方式等。

变温霍尔效应

学号:PB07203143 姓名:王一飞院(系):物理系 变温霍尔效应 【实验目的】 1、通过该实验,学习利用变温霍尔效应测量半导体薄膜的多种电学性质的方法。 2、掌握霍尔系数、霍尔迁移率和电导率的测量方法,了解它们随温度的变化规律。 3、测定样品的导电类型和载流子浓度,并计算出禁带宽度和杂质电离能等。 【实验原理】 1、半导体的能带结构和载流子浓度 本征半导体中本征载流子(电子和空穴)总是成对出现的,它们的浓度相同,本征载流 子浓度仅取决于材料的性质(如材料种类和禁带宽度)及外界的温度。 若所掺杂质的价态大于基质的价态,即施主杂质,称为 n 型半导体;若所掺杂质的价态小 于基质的价态,即受主杂质,称为 p 型半导体。 当导带中的电子和价带中的空穴相遇后,电子重新填充原子中的空位,导致相应的电子 和空穴消失,这过程叫做电子和空穴的复合。在这一过程中,电子从高能态的导带回到低能态的价带,多余的能量以热辐射的形式(无辐射复合)或光辐射的形式(辐射复合)放出。 当温度在几十K左右时,只有很少受主电离,空穴浓度P远小于受主浓度,曲线基本上为 直线,由斜率可得到受主电离能Ei。 当温度升高到杂质全电离饱和区,载流子浓度与温度无关 当在本征激发的高温区,由曲线的斜率可求出禁带宽度Eg 2、电导率和迁移率 半导体中同时有两种载流子导电时,在过渡区及本征激发区电导率可写为: [p型半导体] 设p s 为杂质全部电离产生的空穴饱和浓度,p = p s + n 则 3、霍尔效应及其测量 如右图,霍尔系数 在考虑霍尔效用时,由于载流子沿y方向发生偏转,

造成在x方向定向运动的速度出现统计分布。 考虑载流子迁移率μ = v /E时,应采用速度的统计平均结果vH 稳态时,y 方向的电场力与罗伦兹力相抵消,故有 对p型半导体,当温度处在较低的杂质电离区时 在温度逐渐升高的过程中,电子由价带激发到导带的过程加剧,出现两种载流子导电机制。 温度进一步升高,更多的电子从价带激发到导带,使,故有。随后R H 将会 达到其极值R HM 。 3、范得堡法测量电阻率和霍耳效应 原理图如右图,在样品侧边制作四个电极,依次在一对相邻 的电极用来通入电流,另一对电极之间测量电位差。 电阻率 由于两霍尔电极位置不对称引起的,叫失排电压。 设B、D电极之间电压Vo,在 B、C电极间电压Vm,在理想范德堡样品中。电流线分布在磁场前后是不变的,因而加磁场后等位面的改变使B、D间电压改变(Vm-Vo)完全是由于霍尔效应引起的, 即电压改变量就是霍尔电压V H 。 4、霍尔效应测量中的副效应及其消除方法 在测量霍耳系数时,由于存在一系列电磁和热磁副效应,使得数字电压表测出的电位差V AB 并不 等于样品的霍耳电位差V H ,而是包括了由各种副效应引起的附加电位差与V H 之和。这些副效应主要 有以下几种。 ①由于电极A与B不能真正制作在同一等位面上,所以即使在没有加磁场B的情况下,A、B间也有一个电位差,其正负与电流I的方向有关。 ②由于载流子漂移速度有一定的分布范围,当它们在磁场作用下发生偏转时,速度快的高能粒子最早在y方向形成积累,于是在y方向两霍尔电极之间出现温度差,产生温差电压V E 。这就叫艾廷豪 森效应。不难看出,VE的极性总是与V H 一致,与B和I方向有关。 ③在沿x方向给样品加电流时,两个端电极与样品的接触电阻不同,产生的焦耳热不同,将造成沿电流方向的温差,有温度梯度就会有载流子的热扩散流。在横向磁场作用下,同样也要发生偏转,积累,产生附加的霍尔电压VN。这种效应叫能斯脱效应。VN的极性只随磁场方向改变。 ④上述热扩散速度也有个分布,从艾廷豪森效应的分析不难看出,热扩散的载流子在横向磁场作 用下向y方向积累的结果使霍尔电极间有温差电压VR。这叫里纪—勒杜克效应。V R 的极性只随磁场方向改变。

浅谈课堂气氛中的从众效应

浅谈课堂气氛中的从众效应 摘要:在现实生活中,课堂气氛已经成为许多家长和孩子衡量学校教育质量的一个关键指标。通过对现实生活中课堂的研究以课堂气氛为出发点发现其中存在的从众效应与课堂气氛的好坏有着密切的联系,以综述的方法探讨了课堂气氛中从众效的原因及其对课堂气氛的积极和消极作用,并提出如何对课堂气氛中的从众效应进行调控,对目前的课堂教学有实际意义。 关键词:课堂气氛从众效应作用 调控 中小学教学通常都是在课堂内进行的,因此课堂气氛是促进或抑制学生学习的重要因素,关系到学生的学习积极性和学习成绩的好坏。许多教育实践表明良好的课堂气氛能使学生情绪高昂,智力活动呈最佳状态,还会使学生得到一种愉快成功的体验,并陶冶情操保持一种积极的学习心态。因此,心理学家通过实验研究从不同角度分析了影响课堂气氛的因素,但并没有系统的从众的角度来研究。教育学家认为个别学生的态度与情感并不构成课堂气氛,当多数学生具有一致的态度与情感时就会形成具有优势的课堂气氛。因此,存在于班级的从众效应是影响课堂气氛的一个重要因素,在参考各种文献和名家观点的基础上分析从众效应对课堂气氛的影响,从现实的角度来考察从众与课堂气氛的关系,对当代课堂教学有重要意义。 1 课堂气氛 课堂气氛,又称班风,通常指伴随师生之间的人际互动而形成的某些占优势的态度和情感的综合状态。在实际教学中,我们经常看到不同类型的课堂气氛,有的课堂气氛积极热烈,有的则拘谨沉默,死气沉沉。即使是同一个课堂在不同的任课老师的指导下也是大不相同。实践表明,学生之间的相互感染可以影响课堂气氛,其中隐含着一种心理学效应——从众效应。 班级是一个特殊的群体,在这群体中有一定的社会交往结构,有多种人际关系、社会气氛、行为规范等等,日常的课堂教学正是在这样一个相对封闭的教学系统中进行,学生处于这种封闭的集体环境中很容易彼此影响形成群体压力。当课堂上大部分同学都积极回答问题时,其余的同学迫于群体压力或为了与群体保持一致也积极思考这样全班就会形成积极和谐的课堂气氛,在这种气氛下就会不

塞曼效应实验报告

塞曼效应实验报告 一、实验目的与实验仪器 1. 实验目的 (1)学习观察塞曼效应的方法,通过塞曼效应测量磁感应强度的大小。 (2)学习一种测量电子荷质比的方法。 2.实验仪器 笔形汞灯+电磁铁装置,聚光透镜,偏振片,546nm滤光片,F-P标准具,标准具间距(d=2mm),成像物镜与测微目镜组合而成的测量望远镜。 二、实验原理 (要求与提示:限400字以内,实验原理图须用手绘后贴图的方式) 1.塞曼效应 (1)原子磁矩和角动量关系 用角动量来描述电子的轨道运动和自旋运动,原子中各电子轨道运动角动量的矢量和即原子的轨道角动量L,考虑L-S耦合(轨道-自旋耦合),原子的角动量J =L +S。量子力学理论给出各磁矩与角动量的关系: L = - L,L = S = - S,S = 由上式可知,原子总磁矩和总角动量不共线。则原子总磁矩在总角动量方向上的分量 为: J = g J,J = J L为表示原子的轨道角量子数,取值:0,1,2… S为原子的自旋角量子数,取值:0,1/2,1,3/2,2,5/2… J为原子的总角量子数,取值:0,1/2,1,3/2… 式中,g=1+为朗德因子。 (2)原子在外磁场中的能级分裂 外磁场存在时,与角动量平行的磁矩分量J与磁场有相互作用,与角动量垂直的磁矩分量与磁场无相互作用。由于角动量的取向是量子化的,J在任意方向的投影(如z方向)为: = M,M=-J,-(J-1),-(J-2),…,J-2,J-1,J 因此,原子磁矩也是量子化的,在任意方向的投影(如z方向)为: =-Mg 式中,玻尔磁子μB =,M为磁量子数。

具有磁矩为J的原子,在外磁场中具有的势能(原子在外磁场中获得的附加能量): ΔE = -J·=Mg B 则根据M的取值规律,磁矩在空间有几个量子化取值,则在外场中每一个能级都分裂为等间隔的(2J+1)个塞曼子能级。原子发光过程中,原来两能级之间电子跃迁产生的一条光谱线也分裂成几条光谱线。这个现象叫塞曼效应。 2.塞曼子能级跃迁选择定则 (1)选择定则 未加磁场前,能级E2和E1之间跃迁光谱满足: hν = E2 - E1 加上磁场后,新谱线频率与能级之间关系满足: hν’= (E2+ΔE2) – (E1+ΔE1) 则频率差:hΔν= ΔE2-ΔE1= M2g2 B -M1g1B= (M2g2- M1g1)B 跃迁选择定则必须满足: ΔM = 0,±1 (2)偏振定则 当△M=0时,产生π线,为振动方向平行于磁场的线偏振光,可在垂直磁场方向看到。 当△M=±1时,产生σ谱线,为圆偏振光。迎着磁场方向观察时,△M=1的σ线为左旋圆偏振光,△M=-1的σ线为右旋圆偏振光。在垂直于磁场方向观察σ线时,为振动方向垂直于磁场的线偏振光。 3. 能级3S13P2 L01 S11 J12 g23/2 M10-1210-1-2 Mg20-233/20-3/2-3汞原子的绿光谱线波长为,是由高能级{6s7s}S1到低能级{6s6p}P2能级之间的跃迁,其上下能级有关的量子数值列在表1。3S1、3P2表示汞的原子态,S、P分别表示原子轨道量子数L=0和1,左上角数字由自旋量子数S决定,为(2S+1),右下角数字表示原子的总角动量量子数J。 在外磁场中能级分裂如图所示。外磁场为0时,只有的一条谱线。在外场的作用下,上能级分裂为3条,下能级分裂为5条。在外磁场中,跃迁的选择定则对磁量子数M的要求为:△M=0,±1,因此,原先的一条谱线,在外磁场中分裂为9条谱线。 9条谱线的偏振态,量子力学理论可以给出:在垂直于磁场方向观察,9条分裂谱线的强度(以中心谱线的强度为100)随频率增加分别为,,75,75,100,75,75,,. 标准具 本实验通过干涉装置进行塞曼效应的观察。我们选择法布里-珀罗标准具(F-P标准具)作为干涉元件。F-P标准具基本组成:两块平行玻璃板,在两板相对的表面镀有较高反射率的薄膜。 多光束干涉条纹的形成

塞曼效应实验报告

1、前言和实验目的 1.了解和掌握WPZ-Ⅲ型塞曼效应仪和利用其研究谱线的精细结构。 2.了解法布里-珀罗干涉仪的的结构和原理及利用它测量微小波长差值。 3.观察汞546.1nm (绿色)光谱线的塞曼效应,测量它分裂的波长差,并计算电子的荷质比的实验值和标准值比较。 2、实验原理 处于磁场中的原子,由于电子的j m 不同而引起能级的分裂,导致跃迁时发出的光子的频率产生分裂的现象就成为塞曼效应。下面具体给出公式推导处于弱磁场作用下的电子跃迁所带来的能级分裂大小。 总磁矩为 J μ 的原子体系,在外磁场为B 中具有的附加能为: E ?= -J μ *B 由于我们考虑的是反常塞曼效应,即磁场为弱磁场,认为不足以破坏电子的轨道-自旋耦合。则我们有: E ?= -z μB =B g m B J J μ 其中z μ为J μ 在z 方向投影,J m 为角动量J 在z 方向投影的磁量子数,有12+J 个值,B μ= e m eh π4称为玻尔磁子,J g 为朗德因子,其值为 J g =) 1(2) 1()1()1(1++++-++ J J S S L L J J 由于J m 有12+J 个值,所以处于磁场中将分裂为12+J 个能级,能级间隔为B g B J μ。当没有磁场时,能级处于简并态,电子的态由n,l,j (n,l,s )确定,跃迁的选择定则为Δs=0, Δl=1±.而处于磁场中时,电子的态由n,l,j,J m ,选择定则为Δs=0,Δl=1±,1±=?j m 。 磁场作用下能级之间的跃迁发出的谱线频率变为: )()(1122' E E E E hv ?+-?+==h ν+(1122g m g m -)B μB 分裂的谱线与原谱线的频率差ν?为: ν?=' ν-ν=h B g m g m B /)(1122μ-、 λ?= c ν λ?2 =2λ (1122g m g m -)B μB /hc =2 λ (1122g m g m -)L ~

低温实验讲义_霍尔效应测量汇编

实验8—1变温霍尔效应 引言 1879年,霍尔(E.H.Hall)在研究通有电流的导体在磁场中受力的情况时,发现在垂直于磁场和电流的方向上产生了电动势,这个电磁效应称为“霍尔效应”。在半导体材料中,霍尔效应比在金属中大几个数量级,引起人们对它的深入研究。霍尔效应的研究在半导体理论的发展中起了重要的推动作用。直到现在,霍尔效应的测量仍是研究半导体性质的重要实验方法。 利用霍尔效应,可以确定半导体的导电类型和载流子浓度,利用霍尔系数和电导率的联合测量,可以用来研究半导体的导电机构(本征导电和杂质导电)和散射机构(晶格散射和杂质散射),进一步确定半导体的迁移率、禁带宽度、杂质电离能等基本参数。测量霍尔系数随温度的变化,可以确定半导体的禁带宽度、杂质电离能及迁移率的温度特性。 根据霍尔效应原理制成的霍尔器件,可用于磁场和功率测量,也可制成开关元件,在自动控制和信息处理等方面有着广泛的应用。 实验目的 1.了解半导体中霍尔效应的产生原理,霍尔系数表达式的推导及其副效应的产生和消除。 2.掌握霍尔系数和电导率的测量方法。通过测量数据处理判别样品的导电类型,计算室温 下所测半导体材料的霍尔系数、电导率、载流子浓度和霍尔迁移率。 3.掌握动态法测量霍尔系数(R H)及电导率(σ)随温度的变化,作出R H~1/T,σ~1/T曲 线,了解霍尔系数和电导率与温度的关系。 4.了解霍尔器件的应用,理解半导体的导电机制。 实验原理 1.半导体内的载流子 根据半导体导电理论,半导体内载流子的产生有两种不同的机构:本征激发和杂质电离。 (1)本征激发 半导体材料内共价键上的电子有可能受热激发后跃迁到导带上成为可迁移的电子,在原共价键上却留下一个电子缺位—空穴,这个空穴很容易受到邻键上的电子跳过来填补而转移到邻键上。因此,半导体内存在参与导电的两种载流子:电子和空穴。这种不受外来杂质的影响由半导体本身靠热激发产生电子—空穴的过程,称为本征激发。显然,导带上每产生一个电子,价带上必然留下一个空穴。因此,由本征激发的电子浓度n和空穴浓度p应相等,并统称为本征浓度n i,由经典的玻尔兹曼统计可得 n i=n=p=(N c N v)1/2exp(-E g/2k B T)=K’T3/2 exp(-E g/2k B T) 式中N c,N v分别为导带、价带有效状态密度,K’为常数,T为温度,E g为禁带宽度,k B为玻尔兹曼常数。 (2)杂质电离 在纯净的第IV族元素半导体材料中,掺入微量III或V族元素杂质,称为半导体掺杂。掺杂后的半导体在室温下的导电性能主要由浅杂质决定。 如果在硅材料中掺入微量III族元素(如硼或铝等),这些第III族原子在晶体中取代部

霍尔效应实验报告98010

霍尔效应与应用设计 摘要: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。本文主要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。 关键词:霍尔系数,电导率,载流子浓度。 一.引言 【实验背景】 置于磁场中的载流体,如果电流方向与磁场垂直,则在垂直于电流和磁场的方向会产生一附加的横向电场,称为霍尔效应。 如今,霍尔效应不但是测定半导体材料电学参数的主要手段,而且随着电子技术的发展,利用该效应制成的霍尔器件,由于结构简单、频率响应宽(高达10GHz )、寿命长、可靠性高等优点,已广泛用于非电量测量、自动控制和信息处理等方面。 【实验目的】 1. 通过实验掌握霍尔效应基本原理,了解霍尔元件的基本结构; 2. 学会测量半导体材料的霍尔系数、电导率、迁移率等参数的实验方法和技术; 3. 学会用“对称测量法”消除副效应所产生的系统误差的实验方法。 4. 学习利用霍尔效应测量磁感应强度B 及磁场分布。 二、实验内容与数据处理 【实验原理】 一、霍尔效应原理 霍尔效应从本质上讲是运动的带电粒子在磁场中受洛仑兹力作用而引起的偏转。当带电粒子(电子或空穴)被约束在固体材料中,这种偏转就导致在垂直电流和磁场的方向上产生正负电荷的聚积,从而形成附加的横向电场。如图1所示。当载流子所受的横电场力与洛仑兹力相等时,样品两侧电荷的积累就达到平衡,故有 B e eE H v = 其中E H 称为霍尔电场,v 是载流子在电流方向上的平均漂移速度。设试样的宽度为b , ? a

厚度为d ,载流子浓度为n ,则 bd ne t lbde n t q I S v =??=??= d B I R d B I ne b E V S H S H H =?= ?=1 比例系数R H =1/ne 称为霍尔系数。 1. 由R H 的符号(或霍尔电压的正负)判断样品的导电类型。 2. 由R H 求载流子浓度n ,即 e R n H ?= 1 (4) 3. 结合电导率的测量,求载流子的迁移率μ。 电导率σ与载流子浓度n 以及迁移率μ之间有如下关系 μσne = (5) 即σμ?=H R ,测出σ值即可求μ。 电导率σ可以通过在零磁场下,测量B 、C 电极间的电位差为V BC ,由下式求得σ。 S L V I BC BC s ?= σ(6) 二、实验中的副效应及其消除方法: 在产生霍尔效应的同时,因伴随着多种副效应,以致实验测得的霍尔电极A 、A′之间的电压为V H 与各副效应电压的叠加值,因此必须设法消除。 (1)不等势电压降V 0 如图2所示,由于测量霍尔电压的A 、A′两电极不可能绝对对称地焊在霍尔片的两侧,位置不在一个理想的等势面上,Vo 可以通过改变Is 的方向予以消除。 (2)爱廷豪森效应—热电效应引起的附加电压V E 构成电流的载流子速度不同,又因速度大的载流子的能量大,所以速度大的粒子聚集的一侧温度高于另一侧。电极和半导体之间形成温差电偶,这一温差产生温差电动势V E ,如果采用交流电,则由于交流变化快使得爱延好森效应来不及建立,可以减小测量误差。 (3)能斯托效应—热磁效应直接引起的附加电压V N

社会心理学--从众心理

从众心理 从众心理即指个人受到外界人群行为的影响,而在自己的知觉、判断、认识上表现出符合于公众舆论或多数人的行为方式,而实验表明只有很少的人保持了独立性,没有被从众,所以从众心理是大部分个体普遍所有的心理现象。由一个人或一个团体的真实的或是臆想的压力所引起的人的行为或观点的变化。“羊群效应”是指管理学上一些企业的市场行为的一种常见现象。 经济学里经常用“羊群效应”来描述经济个体的从众跟风心理。因此,“羊群效应”就是比喻人都有一种从众心理,从众心理很容易导致盲从,而盲从往往会陷入骗局或遭到失败。 (1)由于“羊群行为”者往往抛弃自己的私人信息追随别人,这会导致市场信息传递链的中断。但这一情况有两面的影响:第一,“羊群行为”由于具有一定的趋同性,从而削 弱了市场基本面因素对未来价格走势的作用。(2)如果“羊群行为”超过某一限度,将诱发另一个重要的市场现象一一过度反应的出现。(3)所有“羊群行为”的发生基础都是信息的不完全性。因此,一旦市场的信息状态发生变化,如新信息的到来,“羊群行为”就会瓦解。这时由“羊群行为”造成的股价过度上涨或过度下跌,就会停止,甚至还会向相反的方向过度回归。这意味着“羊群行为”具有不稳定性和脆弱性。 由于信息相似性产生的类羊群效应由于信息不完全产生的羊群效应 从众效应 引发大学生从众效应最值得注意的是“班级效应”和“宿舍效应” 班级效应”、“宿舍效应”在班风、舍风中的作用,由此可见一斑。反之,庸俗的从众行为往往会导致班风、舍风消极落后。 大学校园的从众行为,既有积极方面,又有消极方面。优化群体结构,利用从众行为的积极影响,防止其消极作用,具有重要的意义。 从众行为的过分普遍,反映了部分大学生自我意识弱化,独立性较差,缺乏个体倾向性的世界观、人生观、价值观,这是从众行为中消极现象抬头的主要原因,即使从众行为出现积极效应,但一旦失却这种从众氛围,又很容易不知所措,找不到自己努力的方向,走向社会后的迷悯、失落,实际上这是从众现象最直接的后遗症。 此外,一味从众也容易导致大学生心理障碍的发生。意味着自己失去了一片晴朗的天空,抛却了一片属于自己的领地。盲目从众意味着部分大学生丢失了以个体色彩的思维和行动编织的草帽,在喧哗与骚动中麻木自己,“创新意识“在头脑中只成了四个机械的汉字,所接受的高等教育也锈蚀成了斑驳的条条框框,毕业证书和学位证书只成了人生进程中的标志,却难以成为升华人生的动力。大学生,摆脱从众的盲目色彩,用独立的思想和明晰的脚印使自己主动融入集体的行列,这样,你将拥有一个真正属于自己的人生。

西安交大《塞曼效应实验报告》(资料参考)

塞 曼 效 应 实 验 报 告 应物31 吕博成学号:2120903010

塞曼效应 1896年,荷兰物理学家塞曼(P.Zeeman )在实验中发现,当光源放在足够强的磁场中时,原来的一条光谱线会分裂成几条光谱线,分裂的条数随能级类别的不同而不同,且分裂的谱线是偏振光。这种效应被称为塞曼效应。 需要首先指出的是,由于实验先后以及实验条件的缘故,我们把分裂成三条谱线,裂距按波数计算正好等于一个洛伦兹单位的现象叫做正常塞曼效应(洛伦兹单位 mc eB L π4=)。而实际上大多数谱线的塞曼分裂谱线多于三条,谱线的裂距可以大于也可 以小于一个洛伦兹单位,人们称这类现象为反常塞曼效应。反常塞曼效应是电子自旋假设的有力证据之一。通过进一步研究塞曼效应,我们可以从中得到有关能级分裂的数据,如通过能级分裂的条数可以知道能级的J 值;通过能级的裂距可以知道g 因子。 塞曼效应至今仍然是研究原子能级结构的重要方法之一,通过它可以精确测定电子的荷质比。 一.实验目的 1.学习观察塞曼效应的方法观察汞灯发出谱线的塞曼分裂; 2.观察分裂谱线的偏振情况以及裂距与磁场强度的关系; 3.利用塞曼分裂的裂距,计算电子的荷质比e m e 数值。 二.实验原理 1、谱线在磁场中的能级分裂 设原子在无外磁场时的某个能级的能量为0E ,相应的总角动量量子数、轨道量子数、自旋量子数分别为S L J 、、。当原子处于磁感应强度为B 的外磁场中时,这一原子能级将分裂为12+J 层。各层能量为 B Mg E E B μ+=0 (1) 其中M 为磁量子数,它的取值为J ,1-J ,...,J -共12+J 个;g 为朗德因子;B μ为玻尔磁矩(m hc B πμ4= );B 为磁感应强度。 对于S L -耦合 ) () ()()(121111++++-++ =J J S S L L J J g (2) 假设在无外磁场时,光源某条光谱线的波数为

变温霍尔效应.

变温霍尔效应 如果在电流的垂直方向加以磁场,则在同电流和磁场都垂直的方向上,将建立起一个电场,这种现象称为霍耳效应。霍尔效应是1879年霍耳在研究导体在磁场中受力的性质时发现的,对分析和研究半导体材料的电输运性质具有十分重要的意义。目前,霍耳效应不仅用来确定半导体材料的性质,利用霍耳效应制备的霍耳器件在科学研究、工业生产上都有着广泛的应用。 通过变温霍尔效应测量可以确定材料的导电类型、载流子浓度与温度的关系、霍耳迁移率和电导迁移率与温度的关系、材料的禁带宽度、施主或受主杂质以及复合中心的电离能等。 一 实验目的 1.了解和学习低温实验中的低温温度控制和温度测量的基本原理与方法; 2.掌握利用霍尔效应测量材料的电输运性质的原理和实验方法; 3.验证P型导电到N 型导电的转变。 二 实验原理 1. 半导体的能带结构和载流子浓度 没有人工掺杂的半导体称为本征半导体,本征半导体中的原子按照晶格有规则的排列,产生周期性势场。在这一周期势场的作用下,电子的能级展宽成准连续的能带。束缚在原子周围化学键上的电子能量较低,它们所形成的能级构成价带;脱离原子束缚后在晶体中自由运动的电子能量较高,构成导带,导带和价带之间存在的能带隙称为禁带。当绝对温度为0 k时,电子全被束缚在原子上,导带能级上没有电子,而价带中的能级全被电子填满(所以价带也称为满带);随着温度升高,部分电子由于热运动脱离原子束缚,成为具有导带能量的电子,它在半导体中可以自由运动,产生导电性能,这就是电子导电;而电子脱离原子束缚后,在原来所在的原子上留下一个带正电荷的电子的缺位,通常称为空穴,它所占据的能级就是原来电子在价带中所占据的能级。因为邻近原子上的电子随时可以来填补这个缺位,使这个缺位转移到相邻原子上去,形成空穴的自由运动,产生空穴导电。半导体的导电性质就是由导带中带负电荷的电子和价带中带正电荷的空穴的运动所形成的。这两种粒子统称载流子。本征半导体中的载流子称为本征载流子,它主要是由于从外界吸收热量后,将电子从价带激发到导带,其结果是导带中增加了一个电子而在价带出现了一个空穴,这一过程成为本征激发。所以,本征载流子(电子和空穴)总是成对出现的,它们的浓度相同,本征载流子浓度仅取决于材料的性质(如材料种类和禁带宽度)及外界的温度。 为了改变半导体的性质,常常进行人工掺杂。不同的掺杂将会改变半导体中电子或空穴的浓度。若所掺杂质的价态大于基质的价态,在和基质原子键合时就会多余出电子,这种电子很容易在外界能量(热、电、光能等)的作用下脱离原子的束缚成为自由运动的电子(导带电子),所以它的能级处在禁带中靠近导带底的位置(施主能级),这种杂质称为施主杂质。施主杂质中的电子进入导带的过程称为电离过程,离化后的施主杂质形成正电中心,它所放出的电子进入导带,使导带中的电子浓度远大于价带中空穴的浓度,因此,掺施主杂质的半导体呈现电子导电的性质,称为n型半导体。施主电离过程是施主能级上的电子跃迁到导带并在导带中形成电子的过程,跃迁所需的能量就是施主电离能;反之,若所掺杂质的价态小于基质的价态,这种杂质是受主杂质,它的能级处在禁带中靠近价带顶的位置(受主能级),受主杂质很容易被离化,离化时从价带中吸引电子,变为负电中心,使价带中出现空穴,呈空穴导电性质,这样的半导体为p型半导体。受主电离时所需的能量就是受主电离能。

大学物理实验报告霍尔效应

大学物理实验报告霍尔效应 一、实验名称:霍尔效应原理及其应用二、实验目的:1、了解霍尔效应产生原理;2、测量霍尔元件的、曲线,了解霍尔电压与霍尔元件工作电流、直螺线管的励磁电流间的关系;3、学习用霍尔元件测量磁感应强度的原理和方法,测量长直螺旋管轴向磁感应强度及分布;4、学习用对称交换测量法(异号法)消除负效应产生的系统误差。 三、仪器用具:YX-04 型霍尔效应实验仪(仪器资产编号)四、实验原理:1、霍尔效应现象及物理解释霍尔效应从本质上讲是运动的带电粒子在磁场中受洛仑兹力作用而引起的偏转。当带电粒子(电子或空穴)被约束在固体材料中,这种偏转就导致在垂直于电流和磁场的方向上产生正负电荷的聚积,从而形成附加的横向电场。对于图1 所示。半导体样品,若在x 方向通以电流,在z 方向加磁场,则在y 方向即样品A、A′电极两侧就开始聚积异号电荷而产生相应的电场,电场的指向取决于样品的导电类型。显然,当载流子所受的横向电场力时电荷不断聚积,电场不断加强,直到样品两侧电荷的积累就达到平衡,即样品A、A′间形成了稳定的电势差(霍尔电压)。设为霍尔电场,是载流子在电流方向上的平均漂移速度;样品的宽度为,厚度为,载流子浓度为,则有:(1-1) 因为,,又根据,则(1-2)其中称为霍尔系数,是反映材料霍尔效应强弱的重要参数。只要测出、以及知道和,可按下式计算:(1-3)(1-4)为霍尔元件灵敏度。 根据RH 可进一步确定以下参数。(1)由的符号(霍尔电压的正负)判断样品的导电类型。判别的方法是按图1 所示的和的方向(即测量中的+,+),若测得的 <0(即A′的电位低于A 的电位),则样品属N 型,反之为P 型。(2)由求载流子浓度,即。应该指出,这个关系式是假定所有载流子都具有相同的漂移速度得到的。严格一点,考虑载流子的速度统计分布,需引入的修正因子(可参阅黄昆、谢希德著《半导体物理学》)。(3)结合电导率的测量,求载流子的迁移率。电导率与载流子浓度以及迁移率之间有如下关系:(1-5)2、霍尔效应中的副效应及其消除方法上述推导是从理想情况出发的,实际情况要复杂得多。产生上述霍尔效应的同时还伴随产生四种副效应,使的测量产生系统误差,如图 2 所示。 (1)厄廷好森效应引起的电势差。由于电子实际上并非以同一速度v 沿y 轴负向运动,速度大的电子回转半径大,能较快地到达接点3 的侧面,从而导致3 侧面较4 侧面集中较多能量高的电子,结果3、4 侧面出现温差,产生温差电动势。 可以证明。的正负与和的方向有关。(2)能斯特效应引起的电势差。焊点1、2 间接触电阻可能不同,通电发热程度不同,故1、2 两点间温度可能不同,于是引起热扩散电流。与霍尔效应类似,该热扩散电流也会在 3、4 点间形成电势差。 若只考虑接触电阻的差异,则的方向仅与磁场的方向有关。(3)里纪-勒杜克效应产生的电势差。上述热扩散电流的载流子由于速度不同,根据厄廷好森效应同样的理由,又会在3、4 点间形成温差电动势。的正负仅与的方向有关,而与的方向无关。(4)不等电势效应引起的电势差。由于制造上的困难及材料的不均匀性,3、4 两点实际上不可能在同一等势面上,只要有电流沿x 方向流过,即使没有磁场,3、4 两点间也会出现电势差。的正负只与电流的方向有关,而与的方向无关。综上所述,在确定的磁场和电流下,实际测出的电压是霍尔

塞曼效应实验报告

近代物理实验报告 塞曼效应实验 学院 班级 姓名 学号 时间 2014年3月16日

塞曼效应实验实验报告 【摘要】: 本实验通过塞曼效应仪与一些观察装置观察汞(Hg)546.1nm谱线(3S1→3P2跃迁)的塞曼分裂,从理论上解释、分析实验现象,而后给出横效应塞满分裂线的波数增量,最后得出荷质比。 【关键词】:塞曼效应、汞546.1nm、横效应、塞满分裂线、荷质比 【引言】: 塞曼效应是原子的光谱线在外磁场中出现分裂的现象,是1896年由荷兰物理学家塞曼发现的。首先他发现,原子光谱线在外磁场发生了分裂;随后洛仑兹在理论上解释了谱线分裂成3条的原因,这种现象称为“塞曼效应”。在后来进一步研究发现,很多原子的光谱在磁场中的分裂情况有别于前面的分裂情况,更为复杂,称为反常塞曼效应。 塞曼效应的发现使人们对物质光谱、原子、分子有更多了解,塞曼效应证实了原子磁矩的空间量子化,为研究原子结构提供了重要途径,被认为是19世纪末20世纪初物理学最重要的发现之一。利用塞曼效应可以测量电子的荷质比。在天体物理中,塞曼效应可以用来测量天体的磁场。本实验采取Fabry-Perot(以下简称F-P)标准具观察Hg的546.1nm谱线的塞曼效应,同时利用塞满效应测量电子的荷质比。 【正文】: 一、塞曼分裂谱线与原谱线关系 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(P J)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: 其中: L为总轨道角动量量子数 S为总自旋角动量量子数 J为总角动量量子数 M只能取J,J-1,J-2 …… -J(共2J+1)个值,即ΔE有(2J+1)个可能值。 无外磁场时的一个能级,在外磁场作用下将分裂成(2J+1)个能级,其分裂的能级是等间隔的,且能级间隔 2、塞曼分裂谱线与原谱线关系: (1) 基本出发点:

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