【正文】 線偏振光，沿磁場正向觀察時(shí)， 1???M 為右旋圓偏振光， 1???M 為左旋圓 偏振光。 原子中電子的軌道磁矩和自旋磁矩合成為原子的總磁矩。 教學(xué)內(nèi)容： 教學(xué)內(nèi)容：塞曼效應(yīng)實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)裝置操作、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和操作步驟、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理 重點(diǎn)：實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和操作步驟、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理 難點(diǎn)：實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)操作 教學(xué)實(shí)施過程及教學(xué)方法 塞曼效應(yīng)實(shí)驗(yàn)是物理學(xué)史上一個(gè)著名的實(shí)驗(yàn)，在 1896 年，塞曼（ Zeeman）發(fā)現(xiàn)把產(chǎn)生光譜的光源置于足夠強(qiáng)的磁場中，磁場作用于發(fā)光體，使其光譜發(fā)生 變化，一條譜線即會分裂成幾條偏振化的譜線，這種現(xiàn)象稱為塞曼效應(yīng)，塞曼效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)證實(shí)了原子具有磁矩和空間取向的量子化，并得到洛倫茲理論的解釋。 28 c． 對每根氫光譜線，用阿貝比長儀測出 d 與 x 的值，算出氫光譜 ?H 、 ?H 、 ?H 、?H 的波長。為了保證不移動(dòng)底版盒就可以并排拍攝兩個(gè)或兩個(gè)以上的光譜，在攝譜儀的平行光管的狹縫前面裝有 一個(gè)光欄，叫哈特曼光欄。 ABCDE 是一五邊棱鏡。由上式確定的氫譜線為巴爾末線系，當(dāng) n ＝ 3， 4， 5， 6 時(shí)，所得的譜線分別標(biāo)記為 ?H 、 ?H 、 ?H 、?H 。 ② 掌握棱鏡攝譜儀的調(diào)節(jié)方法和攝譜技術(shù) 。 3．普朗克常量與公認(rèn)值作比較。 109A為止）； ④ 陸續(xù)選擇適當(dāng)間隔的另外 5~7種波長光進(jìn)行同樣測量，列表記錄數(shù)據(jù)。如圖 5所示，讀數(shù)裝置的小管上有一條橫線，橫線上下刻度的間隔對應(yīng)著 50 nm的波長。由光電子形成的光電流經(jīng)放大器 AM放大后可以被微安表測量。實(shí)驗(yàn)中一般采用切線交會法，即將變化緩慢的暗電流和反向電流的切線與光電流上 升得快曲線的切線相交，對應(yīng)的反向電壓即為截止電壓 Uc。 2．反向電流：光電管的兩極材料不同，在工業(yè)制作過程時(shí)，陽極 A往往濺有陰極材料。 R.A密立根都因光電效應(yīng)等方面的貢獻(xiàn)，分別于 1921年和 1923年獲得諾貝爾獎(jiǎng)金。光電效應(yīng)是光的經(jīng)典電磁理論所不能解釋的。 燈絲電壓不宜放得過大，宜在 2— 3 伏左右。如果 VP 增加時(shí)電流迅速增 加則表明 F— H 管擊穿，則應(yīng)立即調(diào)低 VP，如果希望有較大的擊穿電壓，可以用降低燈絲電壓來達(dá) 到。只有相鄰峰（谷）之間的距離才不受接觸電位差的影響，與 Hg原子的第一激發(fā)電位相同。所以 IA又會下降，如圖 2 的 CD 段。第一柵極 G1 與陰極 F 之間的電壓 VG1（ 05V）加強(qiáng)陰極電子向柵極運(yùn)動(dòng)的束流。設(shè)加速電子的電位為 V，電子獲得的能量為 eV，如果電子能量 eV小于原子從基態(tài)躍遷到第一激發(fā)態(tài)所需的能量（稱臨界能量），原子不可能向高能態(tài)躍遷，即使電子與原子發(fā)生了碰撞，也只能是彈性碰撞，電子能量幾乎沒有損失；如果電子能量達(dá)到臨界能量（相應(yīng)的加速電壓叫臨界電位，記作 Vg 也稱作原子的第一激發(fā)電位），電子與原子碰撞時(shí)，電子就可能將全部動(dòng)能交給原子，原子從 基態(tài)躍遷到第一激發(fā)態(tài)；如果電子能量大于臨界能量，碰撞時(shí)原子只從電子那里獲取躍遷到第一激發(fā)態(tài)所需的能量，多余的能量仍由電子保留，總之，只要加速電子的電位 V≥ Vg，都會使原子從基態(tài)向第一激發(fā)態(tài)躍遷，處于不穩(wěn)定的激發(fā)態(tài)的原子，又會很快以輻射方式放出能量回到穩(wěn)定的基態(tài)，發(fā)出的輻射由躍遷的頻率條件給出： 根據(jù)上述原理，我們采用充汞的 FH 管及圖 1 所示電路來測定汞的第一激發(fā)電位。 實(shí)驗(yàn)儀器 FH 管電源組、掃描電源和微電流放大器、加熱爐（帶控溫裝置）。 相關(guān)閱讀材料及頁碼： 向必純 主編，《大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)》， 267275 作業(yè)安排： 數(shù)據(jù)處理，完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告 14 學(xué)院 教師姓名 課程名稱 學(xué)分 /學(xué)時(shí) 課程性質(zhì) 課次 /學(xué)時(shí) 學(xué)年 /學(xué)期 理學(xué)院 吳飛 近代物理實(shí)驗(yàn) 1/32 考查課 2/4 20202017/2 教學(xué)目標(biāo)： ①本實(shí)驗(yàn)通過對氬原子第一激發(fā)電位的測量，了解弗蘭克和赫茲研究原子內(nèi)部能量量子化的基本思想和方法； ②了解電子與原子碰撞和能量交換過程的微觀圖像，以及影響這個(gè)過程的主要物理因素 。 求基本電荷 e值的方法有逐差法和作圖法兩種。 103m（分劃板中央四格的距離）。另外，要選擇不同的油 12 滴（不少于 5個(gè)）進(jìn)行反復(fù)測量。通?？梢赃x擇平衡電壓在 200V以上，勻速下降 2mm所用時(shí)間為 1530 秒的油滴，其大小和帶電量都比較合適。將油滴噴入，在視場中看到油滴后，將“平衡電壓”開關(guān)撥向“ +” （或“ ”）位置，把事先調(diào)好的電壓加到平行極板上，多數(shù)油滴立即以各種不同的速度向上或向下運(yùn)動(dòng)而消失?！吧惦妷骸焙汀捌胶怆妷骸钡膬蓚€(gè)撥動(dòng)開關(guān)撥向同側(cè)時(shí)，加在平行極板上的電壓為兩個(gè)電壓之和；撥向異側(cè)時(shí)，極板上的電壓為兩個(gè)電壓之差。防風(fēng)罩上面是油霧室，用噴霧器可將油滴從噴霧口噴入，并經(jīng)油霧孔落入油滴盒，油霧孔由油霧孔開關(guān)控制，它打開后油滴才能落入油滴盒。將（ 5）代入（ 3）式，得： ???? .)1 129(34 23prbgvm g?? （ 6） 對于勻速下降的速度，可用下法測出：當(dāng)兩極板間的電壓 V=0時(shí)，設(shè)油滴勻速下降 的距離為 ，時(shí)間為 ?t ，則 ?tlvg ? （ 7） 將（ 7）式代入（ 6）式，（ 6）式代入（ 1）式，得 (8) 上式就是用平衡法測定油滴所帶電荷的計(jì)算公式。這時(shí)有 dvqmg? （ 1） 為了測出油滴所帶的電量 q，除了需測定 V和 d外，還需測量油滴的質(zhì)量 m 。電荷 e是一個(gè)基本物理量，它的測定還為從實(shí)驗(yàn)上測定電子質(zhì)量、普朗克常數(shù)等其他物理量提供了可能性，密立根因此獲得了 1923年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。 科研工作的一般過程?？萍贾械膫惱淼赖聠栴}，實(shí)際上是一種選擇，在學(xué)習(xí)本課程中要學(xué)習(xí)作出對人類的持續(xù)發(fā)展和進(jìn)步起促進(jìn)作用的選擇，讓科技服務(wù)于人類，有利于自然、政治、經(jīng)濟(jì)、文化的健康發(fā)展，讓科學(xué)在人類進(jìn)程中產(chǎn)生積極的影響。 3 物理學(xué)是一門實(shí)驗(yàn)科學(xué)，所有物理定律的形成和發(fā)展都是建立在客觀自然現(xiàn)象的觀察和研究的基礎(chǔ)上的，并以實(shí)驗(yàn)結(jié)果為檢驗(yàn)理論正確與否的唯一標(biāo)準(zhǔn)，重要的物理實(shí)驗(yàn)常常是新興 科學(xué)技術(shù)的生長點(diǎn)。 ? 強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為中心，各種教學(xué)因素，包括教師只是作為一種廣義的學(xué)習(xí)環(huán)境支持學(xué)習(xí)者的自主學(xué)習(xí)，誘發(fā)學(xué)習(xí)者的問題并利用它們刺激學(xué)習(xí)活動(dòng)，或確認(rèn)某一問題，使學(xué)習(xí)者迅速地將該問題作為自己的問題而接納。人格健全的大學(xué)生能夠積極的開放自我，正確地認(rèn)識自己，坦率地接受自己的 缺點(diǎn) 并對生活持樂觀向上的態(tài)度；心胸開闊，善解人意，寬容他人，尊重自己也尊重他人，對不同的人際交往對象表現(xiàn)出合適的態(tài)度，既不狂妄自大，也不妄自菲薄，在人際關(guān)系中具有吸引人，深受大家的喜歡； 2 人生態(tài)度樂觀向上，生活態(tài)度積極熱情，有正確的人生觀與價(jià)值觀，能夠用理性分析生活事件，頭腦中非理性觀念較少；人 格獨(dú)立、自信自尊，并具有自我發(fā)展、自我塑造與自我完善的能力，更重要的是能夠充分開發(fā)自身的創(chuàng)造力，創(chuàng)造性地生活，發(fā)現(xiàn)生命的意義并選擇有意義的生活。要有一種學(xué)習(xí)的危機(jī)感、緊迫感，把學(xué)習(xí)知識、提高素質(zhì)作為生存和發(fā)展的緊迫任務(wù)，把學(xué)習(xí)當(dāng)作一種追求，牢固樹立終身學(xué)習(xí)的觀念，不斷提高理論水平，提高知識層次。 近代物理實(shí)驗(yàn)課程除包括反映 20 世紀(jì)量子力學(xué)、相對論出現(xiàn)以來的一些重要的、里程碑的著名物理實(shí)驗(yàn)外，還包括近代的實(shí)驗(yàn)方法及應(yīng)用廣泛的實(shí)驗(yàn)技術(shù)。 第三，要提高自律能力，進(jìn)一步健全完善自己的人格。課堂教學(xué)中要把學(xué)習(xí)的主動(dòng)性權(quán)交給學(xué)生，讓他們按自己的愛好選擇學(xué)習(xí)內(nèi)容。 ? 強(qiáng)調(diào)協(xié)作學(xué)習(xí)的重要性，要求學(xué) 習(xí)環(huán)境能夠支持協(xié)作學(xué)習(xí)。 課程的歷史與文化傳統(tǒng) 所謂近代，大約是指 1900 年前后，在 對 微觀世界的 研究中發(fā)現(xiàn)了大量新的現(xiàn)象，如α散射實(shí)驗(yàn)、光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)、塞曼效應(yīng)等 ， 在這些現(xiàn)象的觀察中發(fā)展出了大量新的實(shí)驗(yàn)思想與方法，直接推動(dòng)了現(xiàn)代物理與應(yīng)用的發(fā)展。 研究興趣（方向） 凝聚態(tài)與量子信息理論 。 。 ③學(xué)習(xí)和理解密立根利用宏觀量測 量微觀量的巧妙設(shè)想和構(gòu)思。由斯托克斯定律可知 （ 2） 式中 η 是空氣的粘滯系數(shù)， r是油滴的半徑（由于表面張力的原因，油滴總是呈小球狀）。當(dāng)油滴的速度增大到某一數(shù)值 Ev 后 ,作用在油滴上的電場力、重力和阻力達(dá)到平衡，此油滴就會以勻速 Ev 上升，這時(shí) fmgqE ?? （ 9） 當(dāng)去掉兩極板所加的電壓 VE后，油滴在重力的作用下加速下降，當(dāng)空氣阻力和重力平衡時(shí) 將此式代入（ 9）式 （ 10） 實(shí)驗(yàn)時(shí)，如果油滴勻速下降和勻速上升的距離相等，設(shè)都為 ，勻速上升的時(shí)間為 tE，勻速下降的時(shí)間為 tg，則 , （ 11） 將（ 6）式和（ 11）式代入（ 10）式得： （ 12） 上式就是用動(dòng)態(tài)法測定油滴所帶電荷的計(jì)算公式。 目鏡中裝有分劃板（見圖 2），上下共分 6格，其垂直總長度相當(dāng)于視場中的 ，用以測量油滴運(yùn)動(dòng)的距離 l 和速度 v 在防風(fēng)罩內(nèi)（或外）有一水準(zhǔn)泡，用于調(diào)節(jié)極板水平。 2) 調(diào)節(jié)調(diào)平螺絲，使水準(zhǔn)儀氣泡處在中心位置，以保證電場力方向與重力方向 平行，否則，油滴幾經(jīng)上下就會離開顯微鏡視場，無法繼續(xù)測量。如此反復(fù)升降，直到能熟練控制油滴的運(yùn)動(dòng)。 測量時(shí)間 tg時(shí)，為保證油滴勻速下降，應(yīng)先讓它下降 1格，再開始計(jì)時(shí)。選擇一個(gè)平衡電壓約 200V,勻速下降 2mm所用時(shí)間為 1530秒的油滴。由于 ρ 和 η 都是溫度的函數(shù)， g也隨時(shí)間、地點(diǎn)的不同而變化，因此上式是近似的，好處是運(yùn)算大大簡化了。這條直線的斜率即為基本電荷 e值。電子在能級之間躍遷時(shí)伴隨電磁波的吸收和發(fā)射，電磁波頻率的大小取決于原子所處的定態(tài)能級間的能量差，并滿足普朗克頻率定則。 要使原子從低能級躍遷到高能級，必須有某種能夠改變原子能量狀態(tài)的方法。陰極 K 在燈絲電壓 VF 加熱下，發(fā)射熱電子作為低速運(yùn)動(dòng)電子的為源。這些電子由于損失了能量，不能克 服拒斥電位 VG2 而到達(dá)板極，從而使板極電流 IA很快下降，如圖 2曲線的 AB 段。曲線的峰總會有一定的寬度，這主要是由于從陰極發(fā)出的電子的能量服從一定的統(tǒng)計(jì)分布規(guī)律。 C。 數(shù)據(jù)處理 1． 用方格紙繪出 PA VI ?? 曲線。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，光電效應(yīng)已在電視、傳真、自控等諸多領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。根據(jù)能量導(dǎo)恒定律有： AmVh ?? m ax221? （１） 19 上式稱為 Enstein方程。用不同頻率的單色光照射光電管陰極 K，用“減速電位法”測定陰極發(fā)射光電子的最大動(dòng)能：當(dāng)陽極 A的負(fù)電位較小時(shí)，光電子損失一部分功能后，仍然可以達(dá)到陽極，形成的光電流由微電流測試儀 G測出。由于上述因素的干擾，實(shí)測光電效應(yīng)為陰極電流、暗電流和反射電流之和（圖 3）。 60mm的工作臺上（在箱體內(nèi)部有 DC12V穩(wěn)壓電源 C220V/8V變壓器）。 1nm 波長重復(fù)性 177。而當(dāng)鼓輪邊緣與小管上的“ 5”刻線重合時(shí)，波長示值為 500 nm。 20cm毫米方格紙上分別作出被測光電管在 6~8種波長（頻率）光照射下的伏安特性 曲線，并從這些曲線找到和標(biāo)出 IAK的遏止電位，填入下表。 25cm格紙上分作兩圖，使曲線間有適當(dāng)距離。分析物質(zhì)的輻射或吸收光譜，就可以了解物質(zhì)的組成和各成分的含量。根據(jù)玻爾模型得到里德伯常數(shù)的理論值為 chmeRH 32048?? 代入各常數(shù)值計(jì)算， RH＝ 373 153 4107m－ 1 三棱鏡的光譜實(shí)驗(yàn)一般在最小偏向角附近進(jìn)行。當(dāng)滿足三棱鏡的最小偏向角條件時(shí)，i＝ i0，所以入射光和折射光偏轉(zhuǎn)角度恒為 90176。 實(shí)驗(yàn)步驟 攝譜儀的內(nèi)部光路一般已按前面所述的方法調(diào)整好，因此只需調(diào)節(jié)外光路，即調(diào)節(jié)光源（鐵電弧）與透鏡 L，使光均勻照亮入射狹縫。 2. 求里德堡常數(shù)的平均值。本實(shí)驗(yàn)通過觀察并拍攝 Hg（ ）譜線在磁場中的分裂情況，測量其裂距并計(jì)算荷質(zhì)比 me 。磁量子數(shù) M 只能取 J， J1， J2， … ， J，共（ 2J+1）個(gè)值，也即 E? 有（ 2J+1）個(gè)可能值。在磁場作用下能級分裂如圖 所示。波長 m7105 ???? 的譜線，在 B=1T 的磁場中，分裂譜線的波長差只有 1011m。一般情況下標(biāo)準(zhǔn)具反射膜間是空氣介質(zhì)， 1?n ，因此，干涉極大值為 ?? Kd ?cos2 （ 8） K 為整數(shù)，稱為干涉級。它表明在給定間隔圈厚度 d 的標(biāo)準(zhǔn)具中，若入射光的波長在 ??? ??~ 之間（或波數(shù)在 ??? ??~ 之間），所產(chǎn)生的干涉圓環(huán)不重