【正文】 ，對(duì)外平均效果為零。對(duì)外發(fā)生效果的是。按照?qǐng)D1進(jìn)行矢量運(yùn)算，可以得到與數(shù)值上的關(guān)系為：對(duì)于LS耦合，式中叫做朗德因子，它表征單電子的總磁矩與總角動(dòng)量的關(guān)系，而且決定了能級(jí)在磁場(chǎng)中分裂的大小。1．2磁場(chǎng)對(duì)原子能級(jí)分裂的影響設(shè)原子在未加磁場(chǎng)時(shí)的能量為，在外磁場(chǎng)（磁場(chǎng)應(yīng)強(qiáng)度為）的作用下，原子將獲得附加的能量，則 （1）為磁量子數(shù)。，共有個(gè)值。因此，原來(lái)的一個(gè)能級(jí)將分裂為個(gè)子能級(jí)。子能級(jí)的間隔相等，并正比于和朗德因子，為波爾磁子（）。設(shè)頻率為的光譜線(xiàn)是由原子的上能級(jí)躍遷到下能級(jí)而產(chǎn)生（即），在外磁場(chǎng)的作用下，上下兩能級(jí)各獲得附加能量、。因此，每個(gè)能級(jí)各分裂成個(gè)和個(gè)子能級(jí)。這樣，上下能級(jí)之間的躍遷，將發(fā)出頻率為的譜線(xiàn)，并有 分裂后的譜線(xiàn)與原譜線(xiàn)的頻率差將為換以波數(shù)表示 （2）其中（cm1）。 （3）L稱(chēng)為一個(gè)洛侖茲單位，其值恰好是產(chǎn)生正常塞曼效應(yīng)時(shí)所分裂的裂距 (相鄰譜線(xiàn)之波數(shù)差)。用特斯拉（Tesler）作單位。能級(jí)之間發(fā)生躍遷時(shí)的選擇定則與偏振定則如下：（1）選擇定則 當(dāng)時(shí)，M2=0→M1=0的躍遷被禁止（2）偏振定則表 1偏振定則說(shuō)明： ① K是光波傳播方向，B是外磁場(chǎng)方向。 ② π成分表示光波的電矢量E//B，σ成分表示E⊥B。1．,L,J和g,M,Mg值列表如下:表 2 量子數(shù)S,L,J和g,M,Mg值列表其格羅春圖為：圖 2 能級(jí)躍遷圖為：圖 3 由圖3可見(jiàn),在與磁場(chǎng)垂直的方向可觀(guān)察到九條塞曼分裂譜線(xiàn),相鄰譜線(xiàn)的間距均為1/2個(gè)洛倫茲單位.1．1．4．1 FP標(biāo)準(zhǔn)具的結(jié)構(gòu)FP標(biāo)準(zhǔn)具由兩塊平行平面玻璃板和夾在中間的一個(gè)間隔圈組成。平面玻璃板內(nèi)表面鍍有一層高反膜，間隔圈用膨脹系數(shù)很小的材料制作，用來(lái)保證兩塊平面玻璃板之間有很高的平行度和穩(wěn)定的間距。在外面用三個(gè)螺絲調(diào)節(jié)其三點(diǎn)的壓力，使其達(dá)到精確平衡。圖 4 F－P標(biāo)準(zhǔn)具光路圖FP標(biāo)準(zhǔn)具的光路如上圖所示。當(dāng)單色平行光束S0以某一小角度入射到標(biāo)準(zhǔn)具的M平面上時(shí)，光束在M和M‘二表面上經(jīng)過(guò)多次反射和透射，分別形成一系列相互平行的反射光束1，2，3，….及透射光束1’，2’，3’，…，任何相鄰光束間的光程差Δl相同，為 其中d為兩平行板間的間距，為光束折射角，n為平行板間介質(zhì)折射率，在空氣中使用標(biāo)準(zhǔn)具時(shí)可取n＝1。這一系列平行并有一定光程差的光在無(wú)窮遠(yuǎn)處或透鏡的焦平面上發(fā)生干涉，形成等傾干涉條紋。當(dāng)光程差為波長(zhǎng)的整數(shù)倍時(shí)產(chǎn)生干涉極大，即：，為整數(shù)，稱(chēng)為干涉級(jí)。1．4．2微小波長(zhǎng)差的測(cè)量從法布里珀羅標(biāo)準(zhǔn)具透射出的平行光束，用消色差透鏡（焦距為）聚在焦平面上，形成同心的干涉圓環(huán)，對(duì)出射角的某一圓環(huán)，其直徑為，如圖5所示，圖 5。對(duì)于近中心的圓環(huán)，角很小，則，得和。代入式中得： (4)由上式可見(jiàn)，級(jí)次與圓環(huán)直徑的平方成線(xiàn)性關(guān)系：即隨著亮環(huán)直徑的增大，圓環(huán)將越來(lái)越密集。對(duì)于入射光包含有兩種波長(zhǎng)和（），同一級(jí)次對(duì)應(yīng)著二個(gè)圓環(huán)，其直徑各為和。由此可得其波長(zhǎng)差 (5)式中為常數(shù)，因而正比于。我們將（4）式應(yīng)用于單一波長(zhǎng)的相鄰兩級(jí)次（如為，），設(shè)其直徑為和，可得： （6）上式表示確定的和，對(duì)波長(zhǎng)的光，任意相鄰兩環(huán)的直徑平方差為一常數(shù)。也說(shuō)明，任意相鄰兩環(huán)間的面積都相等。將（6）式和近中心圓環(huán)的式代入（5）式中得 （7）上式為測(cè)量波長(zhǎng)差的公式。等號(hào)左邊為被測(cè)波長(zhǎng)差與對(duì)應(yīng)兩環(huán)的直徑平方差之比。（）若以正常塞曼效應(yīng)為例，其所分裂的波數(shù)差，換以波長(zhǎng)差表示，則。將它代入測(cè)量波長(zhǎng)差的公式（7）中得若以一般塞曼效應(yīng)為例，則，換以波長(zhǎng)差表示，則。將它代入測(cè)量波長(zhǎng)差的公式（7）中得 （8）通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知和，計(jì)算出的大小，再?gòu)娜至训膱D像中測(cè)出各級(jí)圓環(huán)直徑，代入上式就可計(jì)算出的值。2．原始實(shí)驗(yàn)中存在的問(wèn)題傳統(tǒng)的塞曼效應(yīng)實(shí)驗(yàn)方法通常采用例如拍攝底片法, 目鏡直接觀(guān)測(cè)法等方法進(jìn)行相關(guān)的實(shí)驗(yàn)測(cè)量,但都有其難以克服的缺陷問(wèn)題。拍攝底片法是利用照像系統(tǒng)攝取干涉圓環(huán),經(jīng)過(guò)繁瑣的顯影、停影、定影、烘干等處理,然后用投影儀分析,用阿貝比長(zhǎng)儀精測(cè)譜線(xiàn),代入相應(yīng)公式求出實(shí)驗(yàn)結(jié)果。此方法每測(cè)量一次都要調(diào)整光路,拍攝圖像,沖洗膠卷,烘干后再用阿貝比長(zhǎng)儀等測(cè)長(zhǎng)儀器精確測(cè)量干涉圓環(huán)直徑,然后才能計(jì)算結(jié)果，由于實(shí)驗(yàn)者對(duì)膠卷的性能不易掌握,對(duì)曝光時(shí)間、焦距、光圈等把握不好,不能一次拍攝到清晰的照片,無(wú)法完成實(shí)驗(yàn),從而既浪費(fèi)了時(shí)間又浪費(fèi)了經(jīng)費(fèi),并且實(shí)驗(yàn)誤差大,實(shí)驗(yàn)成功率低。目鏡直接觀(guān)測(cè)法是采用測(cè)微目鏡在塞曼效應(yīng)儀上測(cè)量Hg 原子發(fā)生塞曼效應(yīng)干涉光圈條紋的直徑,將數(shù)據(jù)代入塞曼效應(yīng)電子荷質(zhì)比計(jì)算公式計(jì)算。但由于測(cè)量時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)手輪易造成測(cè)微目鏡固定位置產(chǎn)生微動(dòng)而引起誤差。在原始實(shí)驗(yàn)中如目鏡直接觀(guān)測(cè)法, 用于觀(guān)測(cè)實(shí)驗(yàn)圖像的讀數(shù)測(cè)量望遠(yuǎn)鏡的視場(chǎng)特別小, 只能由一人來(lái)觀(guān)察, 多人同組實(shí)驗(yàn)時(shí)只能是逐一的去觀(guān)察實(shí)驗(yàn)圖像,延長(zhǎng)了實(shí)驗(yàn)時(shí)間。教師在講解演示時(shí)也無(wú)法讓多人同時(shí)觀(guān)察,在教學(xué)中極為不便,不能滿(mǎn)足教學(xué)的實(shí)際需要，同時(shí)由于長(zhǎng)時(shí)間用眼觀(guān)察目鏡，造成眼睛疲勞問(wèn)題相當(dāng)?shù)膰?yán)重。在數(shù)據(jù)采集時(shí),由于視場(chǎng)的限制,使環(huán)紋的位置不易測(cè)得很準(zhǔn)確,人為的視覺(jué)誤差較大。原始實(shí)驗(yàn)中,數(shù)據(jù)處理時(shí)一般都是人工計(jì)算，計(jì)算的工作量相當(dāng)?shù)拇?而且繁瑣、耗時(shí)較多, 學(xué)生動(dòng)手操作的時(shí)間無(wú)疑會(huì)相對(duì)的縮短, 不利于培養(yǎng)學(xué)生多方面的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α?．實(shí)驗(yàn)方法的改進(jìn)針對(duì)上述提到的原始實(shí)驗(yàn)中存在的問(wèn)題特對(duì)本實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了如下幾方面的改進(jìn)。本實(shí)驗(yàn)儀器與裝置的改進(jìn)是在傳統(tǒng)的塞曼效應(yīng)實(shí)驗(yàn)儀器組的基礎(chǔ)上增加了先進(jìn)的儀器裝置：數(shù)碼攝像頭CCD、圖像采集卡和電腦。故經(jīng)改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)儀器與裝置為：（1）傳統(tǒng)塞曼效應(yīng)儀器組： 電磁鐵 筆型汞燈 供電箱（輸出穩(wěn)定直流0~5A，滿(mǎn)足筆型汞燈啟動(dòng)的工作電壓） 法布里－珀羅（FP）標(biāo)準(zhǔn)具 濾光片 偏振片 讀數(shù)測(cè)量望遠(yuǎn)鏡 60176。三角導(dǎo)軌（長(zhǎng)1000mm） 滑座 會(huì)聚透鏡 數(shù)字式特斯拉計(jì)（2）新增儀器與裝置： 數(shù)碼攝像頭CCD 圖像采集卡 電腦。主要新增儀器裝置簡(jiǎn)介如下：　CCD 器件的運(yùn)用優(yōu)點(diǎn)和主要參數(shù)研究塞曼分裂譜線(xiàn)最終是靠經(jīng)FP 標(biāo)準(zhǔn)具產(chǎn)生的干涉環(huán)的攝取來(lái)判讀的, 因此CCD 技術(shù)在這里有著較好的應(yīng)用范例。CCD 器件體積小, 重量輕, 功耗小,其分辨率在動(dòng)態(tài)響應(yīng)范圍內(nèi)均較能滿(mǎn)足現(xiàn)代圖像處理的要求。實(shí)驗(yàn)中采用面陣ICCD 器件為基礎(chǔ)的CCD 攝像機(jī), 其基本參數(shù)如下:(1) 成像器件: 1——3 英寸CCD 面陣(彩色) (2) 像面尺寸: 4. 9mm (H) 3. 7mm (v) (3) 像素: 888682 (PAL 制式)(4) 像元間距: 7Lm(5) 水平分辨率: 600 線(xiàn)(6) 最低照度: 0. 1 lx(7) 信噪比: 優(yōu)于48dB(8) 工作電源:DC12V —— 2. 7W　圖像卡概述圖像卡的功能是將攝像機(jī)獲得的模擬信號(hào)經(jīng)AD 轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào), 供計(jì)算機(jī)處理, 其主要技術(shù)指標(biāo)為視頻速率(本機(jī)采用的圖像卡速率為100MHz) , 槽口方式(本機(jī)為PC I 插槽) 和驅(qū)動(dòng)程序(本機(jī)中已嵌入安裝光盤(pán)) , 由于圖像捕捉是動(dòng)態(tài)的, 所以較高的視頻速率能保證較好的刷新度和傳輸數(shù)據(jù)的完整性。本實(shí)驗(yàn)中用CCD，通過(guò)圖像采集卡使F—P標(biāo)準(zhǔn)具的干涉花樣成像在計(jì)算機(jī)顯示器上，實(shí)驗(yàn)者可使用本實(shí)驗(yàn)專(zhuān)用的實(shí)時(shí)圖像處理軟件讀取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。由于原始實(shí)驗(yàn)圖像觀(guān)察中存在著眾多缺陷，特對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)為由數(shù)碼攝像頭CCD作為光探測(cè)器，通過(guò)圖像采集卡使F—P標(biāo)準(zhǔn)具的干涉花樣轉(zhuǎn)變成計(jì)算機(jī)可以識(shí)別的電信號(hào), 由計(jì)算機(jī)識(shí)別后再將圖像顯示在顯示器上。從顯示器上觀(guān)察時(shí),視場(chǎng)要比原來(lái)的大5～6 倍,當(dāng)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象發(fā)生變化時(shí),可以更加清晰的被操作者觀(guān)察控制。在數(shù)據(jù)采集的過(guò)程中,由于圖像被放大了5～6 倍,所以可以準(zhǔn)確的找到測(cè)量位置,減小了人為的視覺(jué)誤差和視覺(jué)疲勞,使環(huán)紋直徑測(cè)量的更加準(zhǔn)確,從而提高了實(shí)驗(yàn)結(jié)果的精度，而且可以多人同組實(shí)驗(yàn)，同時(shí)觀(guān)察實(shí)驗(yàn)圖像,教師在講解演示時(shí)也可讓多人同時(shí)觀(guān)察,應(yīng)用在教學(xué)中非常的方便。 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的改進(jìn) Excel數(shù)據(jù)自動(dòng)處理系統(tǒng)Excel 是微軟公司推出的Microsoft Office辦公軟件系列中的一個(gè)常用數(shù)據(jù)處理軟件,它具有自動(dòng)計(jì)算、數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計(jì)、邏輯判斷等功能,被許多領(lǐng)域所應(yīng)用。該系統(tǒng)就是以Excel 為操作平臺(tái),只要在Excel 表格中把相關(guān)測(cè)量數(shù)據(jù)填到每一個(gè)單元格中，并注明測(cè)量位置,編輯好數(shù)據(jù)處理的公式, 建立好超連接，就可實(shí)現(xiàn)方便快捷地?cái)?shù)據(jù)處理。當(dāng)實(shí)驗(yàn)者在相應(yīng)的位置上輸入相關(guān)測(cè)量數(shù)據(jù)后, 結(jié)論就自動(dòng)的顯示在相應(yīng)的位置上, 通過(guò)邏輯判斷功能給出的結(jié)果可以知道測(cè)量的數(shù)據(jù)是否合格, 對(duì)合格的數(shù)據(jù)通過(guò)打印機(jī)直接輸出實(shí)驗(yàn)結(jié)果。這樣可以節(jié)約許多時(shí)間,從而可以增加實(shí)驗(yàn)的信息量,提高實(shí)驗(yàn)的效率。教師還可以把大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)保存下來(lái),進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,得出該項(xiàng)實(shí)驗(yàn)的總體情況。下圖是自己研制一Excel樣表，處理數(shù)據(jù)相當(dāng)方便快捷