塞曼效应的量子力学分析

Zeeman 效应的理论解释摘要: 关于塞曼效应的解释,可以采用经典理论、半经典半量子理论和量子理论等多种方法进行解释.但是经典理论解释不涉及能量性质问题,也就未能反映原子内部客观本质,所以此法不宜采用.半经典半量子理论和量子理论解释塞曼效应,都反映了能量是量子化的，塞曼效应是原子能级在磁场作用下分裂,引起不同能级间(按选择定则)跃迁而发射不同频率的谱线.直接反映了原子内部本质.关键词:经典理论,半经典半量子理论,量子理论,反常塞曼效应1.引言:原子处在恒定外磁场中,它的光谱线常常发生复杂的分裂,且谱线间的裂距正比于磁场强度,且谱线各分量有特殊的偏振和方向特性,这就是光谱的塞曼效应.根据谱线的分裂情况又可分为以下两种:相应于单态谱线在外磁场中的分裂称为正常塞曼效应;相应于非单态谱线在外磁场中的分裂称为反常塞曼效应.2.塞曼效应的经典理论解释到量子理论解释下面用经典理论,半经典半量子理论和量子理论三种方法对塞曼效应进行解释,并讨论其异同及结果的含义. 2.1.塞曼效应的经典理论在氢原子或类氢原子中,核外电子处在磁感应强度为B 的均匀静磁场中,当它处在r 轨道时,受原子核对它的作用力为20=-F m r ω,这里2202+z=0-(-)=0d z eB dx dtm dtω是它在r 轨道上的固有圆频率,设电子绕核运动的速率v c ,即0eB mω时,并且辐射阻尼力可略去,这时电子运动状态和它沿磁场方向和垂直于磁场方向发生的辐射的频率和偏振状态可求出.根据电子运动过程中受核作用和磁场的作用可知,电子的运动方程为2202=-+(-e)B d r dr m m r dtdtω⨯ (1.1)以电子的平衡点为原点取笛卡儿坐标系,使z 轴沿B 的方向,则上式的三个分量应为2202+x-(-)=0d x eB dy dtm dt ω (1.2)2202+y-(-)=0d y eB dx dtm dtω (1.3)2202+z=0d z dtω (1.4)对(1.2)、(1.3)两式,我们求得下列形式的解-=i t x ae ω (1.5) -y='i t a e ω (1.6) 式中'a ,a 是任意常数,ω为待定常数,下面先求ω,现将(1.5)和(1.6)代入(1.2)和(1.3)两式得220(-)a+(-a')=0ieB m ωωω (1.7)220(-)a'+=0ieB mωωω (1.8)由(1.7)和(1.8)得22220(-)=(-)ieB mωωω (1.9)所以220-=()eB mωωω (1.10)即220=+()22eB eB mmωω±±(1.11)上式可简化为0=2eB mωω± (1.12)最后得到所求的圆频率为-0+0=-2=+2eBmeBm ωωωω⎧⎨⎩现再求a 与'a 的关系.由(1.7)式得 220=+'(-)ieB a a m ωωω (1.15)对+ω来说由(1.1O)、(1.13)、(1.15)得'=-a ia (1.16) 于是得所求解为+-=i t x ae ω +-y=-i t iae ω (1.17)对于-ω来说,所求解为--=b i t x e ω --y=-i t ibe ω (1.18)再解方程(1.4)得-z=c i t e ω (1.19)最后得(1.1)的通解为+----()=(-)+b(+)+i ti t i t x y x y z r t a e ie e e ie e ce e ωωω (1.20)(1.20)结果表明,原子核外电子运动可以分解成三种不同频率(+ω,0ω,-ω)的简谐振动,因此,它所发出的辐射便含有三种频率+ω,0ω,-ω. 下面讨论辐射和偏振状态:(1)沿磁场=z B Be 进行的辐射,频率为0ω的辐射是沿磁场方向(Z 轴方向)的简谐振动发出的,根据带电粒子作简谐振动发生辐射的规律,沿振动方向(即Z 轴方向)辐射强度为零.频率为+ω的辐射由(1.20)式可见,是由振动+-=i tx aeω,+(+)2y=i t aeπω发出的,其中Y 方向的振动比X 方向的振动超前2π,故射入观察者(向Z 轴负方向看)的眼睛时,观察者观察到它是右旋圆偏振的.频率为-ω的辐射则是由振动--=i tx be ω,--(-)2y=b i t eπω发出的，其中Y 方向振动比X方向的振动落后2π,故射入观察者的眼睛时,观察者观察到它是左旋圆偏振的.所以结果在Z 方向上的观察者只观察到两种频率的辐射,右旋圆偏振+ω的和左旋圆偏振的-ω.(2)垂直于磁场B 进行(如沿X 轴进行)的辐射.这时沿X 方向振动所发出的辐射强度为零,故只有沿Y 和Z 两个方向的振动所发出的辐射.结果在X 轴方向的观察者便观察到三种辐射0ω,+ω,-ω.其中0ω是平行于Z 轴的线偏振波,而+ω和-ω则都是平行于Y 轴的线偏振波.这就解释了塞曼效应现象. 2.2.塞曼效应的半经典半量子理论 2.2.1.原子总磁矩原子中电子总磁矩为电子的轨道磁矩和自旋磁矩的合成.略去核磁矩对单电子原子的总磁矩为=2j j e gP mμ其中 =(+1)j P j j , (+1)-(+1)+(+1)=1+2(+1)j j l l s s g j j ⎡⎤⎢⎥⎣⎦2.2.2.拉莫尔旋进原子有磁矩j μ处在磁场中就要受磁场的作用,其效果是磁矩绕磁场的方向作旋进,旋进引起能量的增减.2.2.3.原子受磁场作用的附加能量一能级分裂由于原子受磁场作用而旋进引起的附加能量,可证明是 =-cos =cos 2j j e E B g P B mμαβ∆其中 cos =2j P B Mβπ,故 =B E M g B μ∆ (M=j,j-1,…,-j)因此在稳定的磁场下E ∆有2j+1个可能的数值,即是说无磁场时的一个能级,因有磁场的作用要再加能量E ∆,而E ∆有2j+1个不同的可能值,所以这能级裂成2j+1层,且从同一能级分裂的诸能级的间隔是相等的,但从不同的原子能级分裂出来的能级间隔彼此不一定相同,因为g 因子不一定相同.这样在没有磁场时由能级1E 和2E 之间的跃迁产生的光谱线频率同能级的关系为021=-h E E ν,而在磁场中,上下两能级一般都要分裂,因此新的光谱线频率同能级有下列关系:02211=+(-)4B e M g M g mννπ上式表达塞曼效应中分裂后的谱线同原谱线的频率关系.根据跃迁选择定则:=0M ∆产生π型偏振线(21=0=0M M →除外).=1M ∆±产生σ型偏振能. 2.3.塞曼效应的量子理论在这里只讨论简单塞曼效应的量子理论,即考虑氢原子或类氢原子在均匀外磁场中的情况.由于电子的轨道磁矩和自旋磁矩受到磁场的作用,电子除了在原子中所具有的动能和势能外,还有磁场引起的附加能量.另外,电子的自旋和轨道运动之间也有相互作用能量,我们假设外磁场较强,以致它和外磁场引起的附加能量比较起来可略去.取磁场方向为Z 轴,则磁场引起的附加能是 =(+2S )2z z e U L Bm∧∧∆于是体系的定态薛定谔方程为22-+(r)+(+2S )=e 22z z eB u L mmψψψψ∧∧∇当有外磁场时,由于nlM ψ是z L ∧的本征函数=z nlM nlM L M ψψ∧故 =2z S 时, =+(+1)2nlM nl e B E E M m =-2z S 时, =+(-1)2nlM nl e B E E M m由此可见在外磁场中,能级与M 有关,原来M 不同而能量相同的简并现象被外磁场消除.其次由于外磁场的存在,能量与自旋有关.当原子处于S 态时==0l M ,因而原来的能级nl E 分裂为两个能级,P 态时,=1,=1,0,-1l M 在外磁场B 作用下分裂为三个能级,所以,在外磁场中电子由能级nlM E 跃迁到'''n l M E 时,谱线频率为'''0-=+2nlM n l M E E eB Mmωω∆由选择定则知,=0,1M ∆±,所以ω可以取三个值 00=,2eB mωωω±即是在没有外磁场时的一条谱线在外磁场中将分裂为三条,这就是简单塞曼效应.3.正常塞曼效应与反常塞曼效应的比较谱线的分裂来自能级差的变化,因原子具有磁矩,当它处于磁场B 中时,受到磁场的作用而引起的附加能量可表示为=B E M g B μ∆.磁量子数M 有2j+1个取值,因此无磁场时原子的一个能级在磁场的作用下分裂成2j+1个支能级,两相邻支能级的间距为=B E g B μ∆.从同一能级分裂出来的诸能级的间距是相等的,而从不同能级分裂出来的能级间距则不一定相等.若有一条光谱线是由能级1E 和2E (21>E E )之间跃迁产生的,无磁场B 时,这条谱线的频率为21-=E E hν;在外磁场B中,因能级分裂而观察到的新光谱线与原光谱的频率差为2211=(-)M g M g L ν∆其中=4B e L mπ称为洛仑兹单位.实验发现塞曼支能级之间的跃迁服从下列选择定则:21=-=0M M M ∆产生π线(当=0J ∆时,21=0=0M M →除外); 21=-=1M M M ∆±产生σ线.从垂直于磁场B 方向观察,原来谱线分裂为三条,且相邻两条谱线之间的间隔相等,均为一个洛仑兹单位,这样的现象称为正常塞曼效应.如果谱线中分裂条数超过三条,或者有的谱线即使只分裂成三条,但相邻两谱线之间的间隔不等于一个洛仑兹单位,这样的现象称为反常塞曼效应.实验表明,在强磁场情况下一般都会出现正常塞曼效应,在磁场不很强的情况下则出现反常塞曼效应.所谓磁场的强弱是相对的,当外磁场引起的反常塞曼分裂不超过无外磁场时由电子自旋和轨道相互作用引起的能级分裂(精细结构分裂)时,则L 与S 的耦合不能忽略,这时的磁场为弱磁场.若塞曼裂距远大于精细结构裂距,则L 与S 的耦合就可以被忽略,这时的磁场为强磁场.不同原子内部的内磁场大小不同,所以作用在原子上的外磁场的强弱对不同原子是不同的.当外加磁场的强度不足以破坏自旋--轨道耦合时,自旋、轨道角动量分别绕合成角动量J,作快速运动,而J 绕外磁场作慢进动;当外磁场强度超过LS 耦合作用的内磁场时,LS 耦合被破坏,自旋、轨道角动量分别绕外磁场旋进,这时描述原子状态的量子数要用,,,,l s n l s m m .原子因受外磁场作用而引起的能量变化为=(m +2)l s B E m B μ∆所以新的光谱线与原来谱线的频率差为=(m +2)L l s m ν∆∆,由选择定则可得=(0,1)L ν∆±.可见在强磁场中反常塞曼效应趋于正常塞曼效应,这现象被称为帕型-巴克效应.例如,导致两条钠D 线分裂的内磁场约为18特斯拉,而导致锂光谱主线系第一谱线分裂的内磁场只有0．35特斯拉,所以当外磁场B=3特斯拉时,对于钠D 线来说是一个弱磁场,而对于锂原子主线系第一谱线来说却是一个强磁场,在这样的磁场中钠D 线发生反常塞曼效应,锂原子主线系第一谱线将产生正常塞曼效应.4.结论(1)关于塞曼效应的解释,可以采用经典理论、半经典半量子理论和量子理论等多种方法进行解释.经典理论是从经典牛顿力学理论出发,通过求解电子运动方程,得出反映带电粒子(电子)的运动是由3种不同频率的简谐振动合成的,因此电子的这种振动所发的辐射便含有3种频率的辐射谱线.因为采用经典理论解释不涉及能量性质问题,也就未能反映原子内部客观本质,所以此法不宜采用.而采用半经典半量子理论和量子理论的解释直接反映了原子内部本质.不管半经典半量子理论还是量子理论解释塞曼效应,都反映了能量是量子化的,塞曼效应是原子能级在磁场作用下分裂,引起不同能级间(按选择定则)跃迁而发射不同频率的谱线.虽然这两种解释涉及的问题较多,且较复杂,但这两种解释直接反映了原子内部本质.(2)只有当外磁场的强度比较弱,不足以破坏自旋-轨道耦合时才会出现反常塞曼效应,这时自旋角动量和轨道角动量分别围绕总角动量作快速进动,总角动量绕外磁场作慢速进动.当磁场很强时,自旋角动量和轨道角动量不再合成总角动量,而是分别围绕外磁场进动.这时反常塞曼效应被帕邢-巴克效应所取代,其效果是恢复到正常塞曼效应,即谱线分裂成3条,相互之间间隔一个洛伦兹单位.参考文献:[1]杨亚培,张晓霞光电物理基础电子科技大学出版社[2]周世勋量子力学教程高等教育出版社[3]杨福家原子物理学(第3版) 高等教育出版社。

实 验 二 塞曼效应一、实验的目的：1.过观查塞曼效应现象，了解塞曼效应是由于电子的轨道磁矩与自旋磁矩共同受到外磁场作用而产生的。

证实了原子具有磁矩和空间取向量子化的现象，进一步认识原子的内部结构。

并把实验结果和理论进行比较。

2.掌握法布里—珀罗标准具的原理和使用，了解使用CCD 及多媒体计算机进行实验图象测量的方法。

19世纪伟大的物理学家法拉第研究电磁场对光的影响，发现了磁场能改变偏振光的偏振方向。

1896年荷兰物理学家塞曼（Pieter Zeeman ）根据法拉第的想法，探测磁场对谱线的影响，发现钠双线在磁场中的分裂。

洛仑兹跟据经典电子论解释了分裂为三条的正常塞曼效应。

由于研究这个效应，塞曼和洛仑兹共同获得了1902年的诺贝尔物理学奖。

他们这一重要研究成就，有力的支持了光的电磁理论，使我们对物质的光谱、原子和分子的结构有了更多的了解。

至今塞曼效应仍是研究能级结构的重要方法之一。

一、塞曼效应的原理当发光的光源置于足够强的外磁场中时，由于磁场的作用，使每条光谱线分裂成波长很靠近的几条偏振化的谱线，分裂的条数随能级的类别而不同，这种现象称为塞曼效应。

正常塞曼效应谱线分裂为三条，而且两边的两条与中间的频率差正好等于eB/4πmc ，可用经典理论给予很好的解释。

但实际上大多数谱线的分裂多于三条，谱线的裂矩是eB/4πmc 的简单分数倍，称反常塞曼效应，它不能用经典理论解释，只有量子理论才能得到满意的解释。

1．原子的总磁矩与总动量距的关系塞曼效应的产生是由于原子的总磁矩（轨道磁矩和自旋磁矩）受外磁场作用的结果。

在忽略核磁矩的情况下，原子中电子的轨道磁矩μL 和自旋磁矩μS 合成原子的总磁矩μ，与电子的轨道角动量P L ，自旋角动量P S 合成总角动量P J 之间的关系，可用矢量图1来计算。

已知：μL =（e /2m ）P L P L =π2h )1(+L L （1） μS =（e/m ）p s P S =π2h )1(+S S （2） 式中L, S 分别表示轨道量子数和自旋量子数，e, m 分别为电子的电荷和质量。

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J为：= g J，J =JL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。

塞曼效应的量子力学分析塞曼效应实验是物理学史上一个著名的实验。

1896年，塞曼发现当把光源放在磁场内时，光源发出的光源线变宽了。

他在观察后才发现，每一条谱线分裂成几条谱线，而不是任何谱线变宽。

光谱在外磁场分裂的现象，叫做塞曼效应。

塞曼效应最初发现的是裂距相等的三条分裂谱线，称为正常塞曼效应。

正常塞曼效应谱线分裂为三条，且三条谱线是平面偏振的，中间一条电矢量平行于磁场，左右两条电矢量垂直于磁场。

裂距不相等的更多分裂谱线是后来发现的，称为反常塞曼效应。

洛伦兹曾用经典电磁理论对此做解释，但全面解释塞曼效应需用量子理论，并考虑电子自旋。

实验中镉（Cd ）原子能级112155D P →跃迁产生波长为643.847 nm 的镉红线可在磁场中产生正常塞曼效应。

（如图1）钠的双黄线在磁场中分裂属反常塞曼效应（如图2）。

图1 Cd6438埃谱线的塞曼效应 图2 Na5896埃和5896埃的塞曼效应下面正文将详细应用三种方法解释塞曼效应。

其中经典理论、半经典半量子理论解释正常塞曼效应，用量子理论解释正常塞曼效应和反常塞曼效应。

塞曼效应解释 经典解释设原子序数为Z 的单电子原子体系处于磁感应强度为B G的均匀磁场中。

图3 单电子原子处于均匀磁场中B+Z在垂直于B 方向观察⊥B∥B ⊥Bσ π σσππσ σσππσσ此时核外电子受力为原子核的吸引力和洛伦兹力以原子核为原点建立指教坐标系O-xyz ，B G沿Z 轴方向。

根据牛顿第二定律得：2202()d r dr m m r e B dt dt ω=−+−×G G G G 1－1 上式三个分量为：2202()0d x dym m x eB dt dt ω++−=G G 1－2 2202(0d y dx m m y eB dt dt ω+−−=G 1－3 22020d z m m z dt ω+= 1－4 由1－2、1－3式可得：i t x ae ω−= 1－5i t y a e ω−′= 1－6其中,a a ′为任意常数将1－5、1－6带入1－2、1－3中220()()0eB a i a m ωωω′−+−= 1－7 220()()0eB a i a mωωω′−+−= 1－8由上面1－7、1－8两式可得22220()()eB im ωωω−=− 1－9 220(eB i mωωωμ−=− 1－10可求得 ωμ= 1－11 因为0ω>且02eBmω≥ 可得：02eBmωω=±1－12将1－12带入1－7式可得220()ieB a a m ωωω′=− 1－13 对于ω+（02eBmωω+=+），再根据1－10、1－13得：a ta ′=− 可得：i t x ae ω+−= i t y iae ω+−=− 1－14 同理ω−（02eB mωω−=−） 可得：i t x be ω−−= i t y ibe ω−−= 1－15 由1－4得 0i t z ce ω−= （a,b,c 为任意常数） 可得电子运动方程的通解为：0()()()i t i t i t x y x y z r t a e ie e b e ie e ce e ωωω+−−−−=++++G G G G G G1－16结果表明，原子核外电子运动可以分解为三个不同频率0(,,)ωωω+−的简谐振动，因此它所发射辐射便含三种频率0,,ωωω+− 半经典半量子理论具有磁矩为μG的体系，在外磁场B G中具有势能为：z U B B μμ=−⋅=−⋅GG 2－1B 的方向沿Z 轴。

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e(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二g —旦P j ，其中2mP J J为总角动量，在 L — S 耦合的情况下朗德因子为j J T —L L ‘：；1 j 亠 S Sg =1。

原子磁矩在外磁场中受到力矩 L - Jj B 的作用使Jj 绕磁场2J(J +1)方向作旋进，产生附加能量 \ E -」j Bcos ：•二g 皀P j Bcos 「二Mg 皂B ，由于巳 »在外磁场 2m 2m 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 裂为2J+1个能级。

h 、 = E 2 ' E 2 - 巳 '• E 1 二M 2g 2nm 的谱线跃迁的两能级(3S :3P 2)为例,e 克B-M©(选择定则l M =0,_1 )以汞光2m在有磁场时看能级的塞曼分裂与跃迁：3(3)本实验观测波长为 546.1 nm 的谱线的塞曼分裂跃迁为 S r(2 )光谱分裂：一光谱线在 B=0时，h= E 2 - E 1 ； B = 0时，新的谱线546.13* P 2 ,在磁场中将发生反常塞曼D b kJ D ak 」分别为相邻的b 谱线a 谱线的k-1级干涉环直径，k 为b 谱线的第k 级干涉环直径， d 为标准具内两夹板玻璃内表面的距离。

实验内容与步骤1按图调节光路。

汞灯与磁极的距离保持1mm 左右，各光学元件共轴，使光源在会聚透镜焦平面上，光均匀照射到标准具上；调节标准具两平行面严格平行，调整测微目镜使之观察到清晰明锐的干涉园环。

（此时不加磁场，调节标准具时，望远镜远离标准具才能成清晰的像的部分，调节时要压紧原来不清晰部分方 向的螺丝，望远镜靠近标准具才能成清晰的像的部分，调节时要放松原来不清晰部分方向的螺丝，直至眼 睛上下左右移动，均无干涉环吐出或吞进。

一、实验目的1. 理解塞曼效应的原理和现象。

2. 探究原子光谱线在磁场中的分裂情况。

3. 测量塞曼效应中光谱线的分裂间距，验证塞曼效应的规律。

二、实验原理塞曼效应是指在外加磁场作用下，原子光谱线发生分裂的现象。

根据量子力学理论，当原子处于磁场中时，其能级将发生分裂，导致光谱线发生分裂。

根据分裂规律，可推导出光谱线的分裂间距与磁场强度之间的关系。

三、实验仪器与材料1. 激光光源：He-Ne激光器2. 光谱仪：光栅光谱仪3. 磁场发生器：直流电源、线圈、磁场计4. 望远镜：放大镜5. 滤光片：色散滤光片6. 透明塑料板：用于固定光谱仪7. 电脑：用于数据处理和分析四、实验步骤1. 调整激光光源，使其发出稳定的激光束。

2. 将激光束通过色散滤光片，选取特定波长的激光束。

3. 将光栅光谱仪固定在透明塑料板上，调整光谱仪的位置，使激光束照射到光谱仪上。

4. 将磁场发生器接通电源，调节线圈，使磁场强度达到实验要求。

5. 观察光谱仪上的光谱线，记录光谱线的位置。

6. 改变磁场强度，重复步骤5，记录不同磁场强度下的光谱线位置。

7. 利用数据处理软件，对实验数据进行处理和分析。

五、实验结果与分析1. 根据实验数据，绘制磁场强度与光谱线位置的关系图。

2. 分析光谱线的分裂规律，验证塞曼效应的原理。

3. 计算光谱线的分裂间距，与理论值进行比较，分析误差来源。

六、实验结论1. 通过实验验证了塞曼效应的原理，即原子光谱线在磁场中发生分裂。

2. 实验结果与理论值基本吻合，说明实验方法可靠。

3. 分析误差来源，为今后实验提供参考。

七、实验讨论1. 在实验过程中，如何保证激光束的稳定性？2. 如何减小实验误差，提高实验精度？3. 塞曼效应在实际应用中有哪些领域？八、实验报告总结本次实验通过对塞曼效应的观察和测量，验证了塞曼效应的原理。

实验过程中，我们掌握了实验方法，提高了实验技能。

同时，通过实验结果的分析，加深了对塞曼效应的理解。

实验目的本实验的目的是观察塞曼效应现象，并把实验结果和理论结果进行比较，同时了解使用CCD及多媒体计算进行实验图像测量的方法。

实验原理当光源放在足够强的磁场中时，所发出的光谱线都分裂成几条，条数随能级的类别而不同，而分裂后的谱线是偏振的，后人称这现象为塞曼效应。

塞曼效应证实了原子具有磁距和空间取向量子化的现象，至今塞曼效应仍是研究能级结构的重要方法之一。

正常塞曼效应是指那些谱线分裂为三条，而且两边的两条与中间的频率差正好等于e H／4πm c，可用经典理论给予很好的解释。

但实际上大多数谱线的分裂多于三条，谱线的裂矩是eH／4πmc的简单分数倍，称反常塞曼效应，它不能用经典理论解释，只有用量子理论才能得到满意的解释。

1. 原子的总磁矩与总动量矩的关系：在原子物理中我们知道，原子中的电子不但有轨道运动，而且还有自旋运动。

因此，原子中的电子具有轨道角动量P L和轨道微矩μS，以及自旋角动量 Ps 和自旋磁矩μs。

它们的关系为：(1 )式中 L,S分别表示轨道量子数和自旋量子数， e，m 分别为电子的电荷和质量。

原子核有磁矩，但它比一个电子的磁矩要小三个数量级，故在计算单电子原子的磁矩时可以把原予核的磁矩忽略，只计算电子的磁矩。

对多电子原于，考虑到原子总角动量和总磁矩为零，故只对其原子外层价电子进行累加。

磁矩的计算可用矢量图来进行，如图1所示。

由于μs与 Ps的比值比μL与 Pl的比值大一倍(见公式(l))、因此合成的原子总磁矩不在总动量矩 Pj的方向上。

但由于μ绕 Pj运动，只有μ在 Pj方向的投影μJ对外平均效果不为零。

根据图 l进行向量迭加运算，有μJ与 Pj 的关系：式中 g 称为郎德因子。

对于 LS 耦合(2)它表征了原子的总磁矩与总角动量的关系，而且决定了能级在磁场中分裂的大小。

图1：电子磁矩与角动量关系2、外磁场对原子能级作用：原子的总磁矩在外磁场中受到力矩 L的作用。

(3)力矩 L使总角动量发生旋进，角动量的改变的方向就是力矩的方向。

正常的塞曼效应和反常塞曼效应的差别1 从磁场相对强弱来比较正常塞曼效应和反常塞曼效应。

实验表明,在强磁场情况下一般都会出现正常塞曼效应,在磁场不很强的情况下则出现反常塞曼效应。

所谓磁场的强弱是相对的,当外磁场引起的反常塞曼分裂不超过无外磁场时由电子自旋和轨道相互作用引起的能级分裂(精细结构分裂) 时,则L 与S 的耦合不能忽略,这时的磁场为弱磁场。

若塞曼裂距远大于精细结构裂距,则L 与S 的耦合就可以被忽略,这时的磁场为强磁场。

不同原子内部的内磁场大小不同,所以作用在原子上的外磁场的强弱对不同原子是不同的。

当外加磁场的强度不足以破坏自旋- 轨道耦合时,自旋、轨道角动量分别绕合成角动量J 作快速运动,而J 绕外磁场作慢进动;当外磁场强度超过LS 耦合作用的内磁场时, LS 耦合被破坏,自旋、轨道角动量分别绕外磁场旋进,这时描述原子状态的量子数要用n , l , s , ml , ms。

原子因受外磁场作用而引起的能量变化为:△E = μJ ·B = ( ml + 2 ms)μBB ,所以新的光谱线与原来谱线的频率差为: △v = △( ml + 2 ms) L ,由选择定则△ml = 0 , ±1 , △ms = 0 ,于是可得△v = (0 , ±1) L。

可见在强磁场中反常塞曼效应趋于正常塞曼效应,这现象被称为帕型- 巴克效应。

例如,导致两条钠D 线分裂的内磁场约为18 特斯拉,而导致锂光谱主线系第一谱线分裂的内磁场只有0. 35 特斯拉,所以当外磁场B = 3 特斯拉时,对于钠D 线来说是一个弱磁场,而对于锂原子主线系第一谱线来说却是一个强磁场。

在这样的磁场中钠D 线发生反常塞曼效应,锂原子主线系第一谱线将产生正常塞曼效应。

2 从朗德g 因子来比较正常塞曼效应和反常塞曼效应。

下面针对两能级朗德g 因子的不同取值讨论正常塞曼效应和反常塞曼效应。

如前所述采用洛仑兹单位时在磁场中谱线的频率改变可写为: △v = ( M2 g2 - M1 g1) L(1) g1 = g2 = 1 时. 即始末二态的g 都等于1 ,这种情况将发生正常塞曼效应. 因为此时△v = △ML ,而由选择定则知△M = 0 , ±1 ,所以分裂的谱线只有三条,且相邻谱线的间距相等,是正常塞曼效应。

一、实验目的1. 观察塞曼效应，理解其产生机理。

2. 通过实验测量电子的荷质比。

3. 学习应用塞曼效应测量磁感应强度。

二、实验原理塞曼效应是指在外磁场作用下，原子或分子的光谱线发生分裂的现象。

根据量子力学理论，当原子处于外磁场中时，其能级会发生分裂，导致光谱线分裂成多条偏振的谱线。

实验中，我们使用Fabry-Perot（F-P）标准具观察汞原子的546.1nm谱线的塞曼效应。

F-P标准具是一种高反射率的光学元件，可以用来产生干涉条纹。

当一束光通过F-P标准具时，会在两块平行玻璃板之间多次反射，形成干涉条纹。

根据塞曼效应的原理，当外磁场存在时，汞原子的能级发生分裂，导致光谱线分裂成多条偏振的谱线。

这些谱线在F-P标准具中会产生干涉，形成干涉条纹。

三、实验仪器1. 笔形汞灯2. 电磁铁装置3. 聚光透镜4. 偏振片5. 546nm滤光片6. F-P标准具（标准具间距d=2mm）7. 成像物镜与测微目镜组合而成的测量望远镜四、实验步骤1. 将笔形汞灯置于电磁铁装置中，调整电磁铁的电流，产生所需的外磁场。

2. 将F-P标准具放置在测量望远镜的光路上，调整标准具的间距，使干涉条纹清晰可见。

3. 通过偏振片观察干涉条纹，记录下干涉条纹的形状和位置。

4. 改变电磁铁的电流，观察干涉条纹的变化，记录下不同磁场强度下的干涉条纹数据。

五、实验结果与分析1. 实验结果表明，在外磁场作用下，汞原子的546.1nm谱线发生了分裂，形成多条偏振的谱线。

这些谱线在F-P标准具中产生干涉，形成干涉条纹。

2. 通过分析干涉条纹的形状和位置，可以计算出外磁场的强度。

3. 根据实验数据，我们可以计算出电子的荷质比。

六、实验结论1. 塞曼效应是原子在外磁场作用下能级分裂的现象，其机理可以用量子力学理论解释。

2. 通过实验，我们成功观察到了塞曼效应，并测量了外磁场的强度。

3. 通过计算，我们得到了电子的荷质比，验证了量子力学理论。

七、实验注意事项1. 实验过程中，注意安全，避免触电。

塞曼效应的量子力学分析摘要本论文将研究电子自旋磁矩与轨道磁矩耦合为总磁矩，在外磁场作用下引起的附加能量不同，造成能级分裂，从而导致光谱线的分裂的现象。

正常塞曼效应是总自旋为零时原子能级和光谱线在磁场中的分裂；反常塞曼效应是总自旋不为零的原子能级和光谱线在磁场中的分裂。

本文将主要以正常塞曼效应展开，主要讲述其发现史、种类、偏振分析、量子分析及其具体实例等几个方面来研究。

1塞曼效应的发现史法拉第是一位伟大的实验物理学家，他的一生对人类作了许多的贡献，最重要的是电磁感应现象的发现。

他坚持探索电与磁的关系，并对光与电磁之间的联系进行了许多探索。

19世纪末研究电磁和光之间的相互作用竟成了一个热门。

就在这个年代塞曼开始了他的科学生涯。

1893年他从麦克斯韦纪念法拉第的文章中读到过一段话，了解到对磁和光之间的联系所作的实验成了法拉第最后的工作。

于是塞曼坚持法拉第的研究。

塞曼认为法拉第之所以没有成功可能是因为议器不够完善，当时巳经有了很精密的光谱议和很强太的电磁铁，应该可以实现法拉第的思想。

于是他就运用了当时分辨本领最高的光谱仪—美国物理学家罗兰发朗的凹面光栅和鲁姆科夫制造的电磁铁。

电磁铁的磁极间燃烧氢氧焰，将石棉条沾上食盐，放在火焰中，用光谱议观察，可以看到钠的两根黄色的特征谱线D，(5896埃)和D (5890埃)。

他一边观察光谱，一边给电磁铁通电，当电路接通时，他注意到两根D 线都明显地变宽。

如果切断电流，光谱则恢复原状。

变宽现象的出现和消失都是瞬时的。

塞曼确证了这个现象以后，就想进一步去解释它。

在各种理论中，他选择了洛仑兹的电磁理论。

他将这个想法写信告诉洛仑兹教授，洛仑兹指出，如果这个理论用得正确，就应该有下列结果：从增宽的谱线边缘发出的光，沿磁力线方向观察应是圆偏振光；相反，如果从与磁力线成直角的方向观察，增宽了的钠谱线的边缘显示出是平面偏振光，与洛它兹的理论相符。

就这样塞曼不仅发现了塞曼效应，他的实验还帮助了J．J汤姆生发现了电子和洛仑兹的电磁理论。

塞曼效应原理
塞曼效应是指原子在外磁场中发光谱线发生分裂且偏振的现象，也就是外加磁场会使原子产生更多不同频率的特征谱线的偏振光。

历史上首先观测到并给予理论解释的是谱线一分为三的现象，后来又发现了较三分裂现象更为复杂的难以解释的情况，因此称前者为正常或简单塞曼效应，后者为反常或复杂塞曼效应。

塞曼效应是外加磁场改变了原子中电子运动轨道平面和围绕原
子核的运动频率，从而导致原子核围绕质心的运动频率不同，原子核在电子失去期间所产生的光谱自然也会发生频率和偏振方向的变化。

将电子围绕原子核运动产生的磁场视为垂直于轨道平面的磁偶极子，并在外加磁场的作用下磁偶极子的方向和偶极矩将随之变化也可以
解释塞曼效应。

但并不能直观地描述电子在围绕原子核运动一个周期期间内电子在不同位置上实际受到的外加磁场所产生的磁力的变化
情况，因为电子受到磁力的大小与方向不仅与外加恒定磁场的方向与大小有关，还与电子自身的运动速度与运动方向有关。

电子围绕原子核的运动速度虽然变化不大，但运动方向的不断变化也会导致受到外加恒定磁场的磁力的大小与方向不断变化。

塞曼效应工作总结
塞曼效应是指在外加磁场的作用下，原子的能级会发生分裂的现象。

这一效应的发现对于我们理解原子结构和磁场的相互作用具有重要意义。

在本文中，我们将对塞曼效应的工作原理进行总结，并探讨其在科学研究和应用领域的重要性。

首先，让我们来了解一下塞曼效应的基本原理。

当一个原子或分子处于外加磁场中时，其能级会发生分裂，分裂的数量和方向取决于原子的自旋和轨道角动量。

这一现象可以通过原子的波函数和磁场的相互作用来解释，具体涉及到量子力学的知识，但总的来说，塞曼效应揭示了原子在磁场中的行为规律。

塞曼效应的发现对于我们理解原子结构和磁场的相互作用具有重要意义。

它不仅证实了原子内部存在着自旋和轨道角动量的概念，也为我们研究原子的光谱和磁性提供了重要的理论基础。

此外，塞曼效应还在核磁共振成像、原子钟和磁共振波谱等领域有着重要的应用，为科学研究和技术发展做出了重要贡献。

总的来说，塞曼效应是一项重要的物理现象，它揭示了原子在外加磁场下的行为规律，对于我们理解原子结构和磁场的相互作用具有重要意义。

通过对塞曼效应的研究，我们不仅能够深入理解量子力学的基本原理，也能够在实际应用中发挥重要作用。

希望未来能够有更多的科学家投入到对塞曼效应的研究中，为我们揭示更多的物质世界的奥秘。

第1篇一、实验背景塞曼效应是指在外磁场作用下，原子光谱线发生分裂的现象。

该效应是量子力学和原子物理学中的一个重要实验，通过观察和分析塞曼效应，可以研究原子的能级结构、电子的角动量和自旋等基本物理量。

本实验旨在通过实验验证塞曼效应，并分析实验过程中可能出现的误差。

二、实验原理1. 塞曼效应的原理当原子置于外磁场中时，原子内部电子的轨道角动量和自旋角动量会相互作用，产生总角动量。

总角动量在外磁场中具有量子化的取向，导致原子能级发生分裂，从而产生塞曼效应。

2. 塞曼效应的能级分裂根据量子力学理论，原子在外磁场中的能级分裂可表示为：ΔE = -μB·g·J(J+1)其中，ΔE为能级分裂能量，μB为玻尔磁子，g为朗德因子，J为总角量子数。

三、实验方法1. 实验仪器本实验采用光栅摄谱仪、电磁铁、聚光透镜、偏振片、546nm滤光片、F-P标准具等仪器。

2. 实验步骤（1）将光栅摄谱仪调整至最佳状态，确保光谱清晰。

（2）将电磁铁的磁场强度调整至预定值。

（3）将汞灯发射的光通过546nm滤光片，使其成为单色光。

（4）将单色光通过电磁铁，使其在磁场中发生塞曼效应。

（5）通过光栅摄谱仪观察和记录塞曼效应的分裂谱线。

（6）调整电磁铁的磁场强度，重复实验步骤，记录不同磁场强度下的分裂谱线。

四、实验结果与分析1. 实验结果通过实验，我们观察到汞原子546.1nm谱线在磁场中发生了分裂，分裂谱线的条数与磁场强度有关。

2. 误差分析（1）系统误差1）仪器误差：光栅摄谱仪、电磁铁等仪器的精度和稳定性会影响实验结果，导致系统误差。

2）环境误差：实验过程中，环境温度、湿度等因素的变化也会对实验结果产生一定影响。

（2）随机误差1）人为误差：实验操作过程中，如调整仪器、记录数据等环节，可能存在人为误差。

2）测量误差：测量磁场强度、光谱线强度等物理量时，可能存在测量误差。

（3）数据处理误差1）谱线识别误差：在观察和分析分裂谱线时，可能存在谱线识别误差。

塞曼效应（英语：Zeeman effect），在原子物理学和化学中的光谱分析里是指原子的光谱线在外磁场中出现分裂的现象，是1896年由荷兰物理学家彼得·塞曼译注发现的[1]，随后荷兰物理学家亨德里克·洛伦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”。

进一步的研究发现，很多原子的光谱在磁场中的分裂情况非常复杂，称为反常塞曼效应（anomalous Zeeman effect）译注。

完整解释塞曼效应需要用到量子力学，电子的轨道磁矩和自旋磁矩耦合成总磁矩，并且空间取向是量子化的，磁场作用下的附加能量不同，引起能级分裂。

在外磁场中，总自旋为零的原子表现出正常塞曼效应，总自旋不为零的原子表现出反常塞曼效应。

塞曼效应是继1845年法拉第效应和1875年克尔效应之后发现的第三个磁场对光有影响的实例。

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。

塞曼效应也在核磁共振频谱学、电子自旋共振频谱学、磁振造影以及穆斯堡尔谱学方面有重要的应用。

塞曼效应的历史塞曼效应的发现者——荷兰物理学家塞曼。

1896年，荷兰物理学家塞曼使用半径10英尺的凹形罗兰光栅观察磁场中的钠火焰的光谱，他发现钠的D谱线似乎出现了加宽的现象。

这种加宽现象实际是谱线发生了分裂。

随后不久，塞曼的老师、荷兰物理学家洛伦兹应用经典电磁理论对这种现象进行了解释。

他认为，由于电子存在轨道磁矩，并且磁矩方向在空间的取向是量子化的，因此在磁场作用下能级发生分裂，谱线分裂成间隔相等的3条谱线。

塞曼和洛伦兹因为这一发现共同获得了1902年的诺贝尔物理学奖。

1897年12月，普雷斯顿（T.Preston）报告称，在很多实验中观察到光谱线有时并非分裂成3条，间隔也不尽相同，人们把这种现象叫做为反常塞曼效应，将塞曼原来发现的现象叫做正常塞曼效应。

正常塞曼效应与反常塞曼效应的比较在原子物理学中都论述到了正常塞曼效应和反常塞曼效应这两种现象,但是对它们的区别与联系却提及不多。

本文将从不同角度对正常塞曼效应和反常塞曼效应进行比较,以进一步弄清它们之间的区别和联系。

谱线的分裂来自能级差的变化。

因原子具有磁矩,当它处于磁场B 中时,受到磁场的作用而引起的附加能量可表示为: △E = - μJ ·B = MgμBB。

磁量子数M 有2J + 1 个取值,因此无磁场时原子的一个能级在磁场的作用下分裂成2J + 1 个支能级,两相邻支能级的间距为△E = gμBB。

从同一能级分裂出来的诸能级的间距是相等的,而从不同能级分裂出来的能级间距则不一定相等。

若有一条光谱线是由能级E1 和E2 (E2 >E1) 之间跃迁产生的,无磁场B 时,这条谱线的频率为v =(E2 - E1)/h;在外磁场B中,因能级分裂而观察到的新光谱线与原光谱的频率差为△v = v′- v = ( M2 g2 - M1 g1) L ,其中L =eB/4πme称为洛仑兹单位。

实验发现塞曼支能级之间的跃迁服从下列选择定则:△M = M2 - M1 = 0 ,产生π线(当△J = 0 时, M2 = 0 →M1 = 0 除外) ；△M = M2 - M1 = ±1 ,产生σ线。

从垂直于磁场B 方向观察,原来谱线分裂为三条,且相邻两条谱线之间的间隔相等,均为一个洛仑兹单位,这样的现象称为正常塞曼效应。

如果谱线中分裂条数超过三条,或者有的谱线即使只分裂成三条,但相邻两谱线之间的间隔不等于一个洛仑兹单位,这样的现象称为反常塞曼效应。

1 从磁场相对强弱来比较正常塞曼效应和反常塞曼效应。

实验表明,在强磁场情况下一般都会出现正常塞曼效应,在磁场不很强的情况下则出现反常塞曼效应。

所谓磁场的强弱是相对的,当外磁场引起的反常塞曼分裂不超过无外磁场时由电子自旋和轨道相互作用引起的能级分裂(精细结构分裂) 时,则L 与S 的耦合不能忽略,这时的磁场为弱磁场。

正常塞曼效应与反常塞曼效应的比较在原子物理学中都论述到了正常塞曼效应和反常塞曼效应这两种现象,但是对它们的区别与联系却提及不多。

本文将从不同角度对正常塞曼效应和反常塞曼效应进行比较,以进一步弄清它们之间的区别和联系。

谱线的分裂来自能级差的变化。

因原子具有磁矩,当它处于磁场B 中时,受到磁场的作用而引起的附加能量可表示为: △E = - μJ ·B = MgμBB。

磁量子数M 有2J + 1 个取值,因此无磁场时原子的一个能级在磁场的作用下分裂成2J + 1 个支能级,两相邻支能级的间距为△E = gμBB。

从同一能级分裂出来的诸能级的间距是相等的,而从不同能级分裂出来的能级间距则不一定相等。

若有一条光谱线是由能级E1 和E2 (E2 >E1) 之间跃迁产生的,无磁场B 时,这条谱线的频率为v =(E2 - E1)/h;在外磁场B中,因能级分裂而观察到的新光谱线与原光谱的频率差为△v = v′- v = ( M2 g2 - M1 g1) L ,其中L =eB/4πme称为洛仑兹单位。

实验发现塞曼支能级之间的跃迁服从下列选择定则:△M = M2 - M1 = 0 ,产生π线(当△J = 0 时, M2 = 0 →M1 = 0 除外) ；△M = M2 - M1 = ±1 ,产生σ线。

从垂直于磁场B 方向观察,原来谱线分裂为三条,且相邻两条谱线之间的间隔相等,均为一个洛仑兹单位,这样的现象称为正常塞曼效应。

如果谱线中分裂条数超过三条,或者有的谱线即使只分裂成三条,但相邻两谱线之间的间隔不等于一个洛仑兹单位,这样的现象称为反常塞曼效应。

1 从磁场相对强弱来比较正常塞曼效应和反常塞曼效应。

实验表明,在强磁场情况下一般都会出现正常塞曼效应,在磁场不很强的情况下则出现反常塞曼效应。

所谓磁场的强弱是相对的,当外磁场引起的反常塞曼分裂不超过无外磁场时由电子自旋和轨道相互作用引起的能级分裂(精细结构分裂) 时,则L 与S 的耦合不能忽略,这时的磁场为弱磁场。

朗道能级反常塞曼效应是指在特定条件下，自由电子在磁场中的能级结构出现异常的现象。

这种现象在一些材料中观察到，具有一定的科学研究和应用价值。

朗道能级是由于磁场引起电子运动的量子力学效应，通常情况下，自由电子在磁场中会形成一系列离散的能级。

然而，在一些特殊的条件下，自由电子的能级结构会发生反常的变化，这就是朗道能级反常塞曼效应。

朗道能级反常塞曼效应的出现通常与材料的晶体结构、磁场的强度和方向、电子的自旋等因素有关。

这种异常现象在一些低维材料、超导体、拓扑材料等领域中得到广泛关注和研究。

通过对这种现象的深入理解，可以为新材料的设计和制备提供有益的参考，以及为开展相关应用研究提供新的思路和方法。

总之，朗道能级反常塞曼效应是一种反常的现象，前沿科学研究对其进行深入研究有助于推动材料科学和应用技术的发展，同时也需要遵守科学道德规范，确保研究成果的准确性和可信度。

塞曼效应的理论解释沈晓玲(德州学院物电学院，山东德州253023)摘要文章从塞曼效应现象切入，并将塞曼效应分为正常塞曼效应和反常塞曼效应。

然后结合磁场对原子磁矩的作用和电子跃迁时须遵循跃迁选择定则解释了正常塞曼效应和反常塞曼效应谱线条数增多和谱线间距变化的现象。

对于正常塞曼效应，还应用了经典理论方法进行了解释，从而较全面的解释了塞曼效应。

最后，而对于塞曼效应实验的应用也进行了基本阐述。

关键词塞曼效应；原子磁矩；谱线分裂；实验应用1绪论塞曼效应，在原子物理学里是指原子的光谱线在外磁场中出现分裂的现象。

塞曼效应是物理学史上一个著名的实验。

1896年，荷兰物理学家塞曼把产生光谱的光源置于足够强的磁场中，磁场作用于发光体使光谱发生变化，一条谱线即会分裂成几条偏振化的谱线，分裂后的谱线成分是偏振的,且谱线间距以及谱线条数随外磁场的强度和能级的种类的不同而不同，这种现象称为塞曼效应。

塞曼的老师,荷兰物理学家洛仑兹应用经典电磁理论对这种现象进行了解释。

塞曼效应在物理学史上是一个重要的里程碑。

我们把产生光谱的光源置于足够强的磁场中，磁场作用于发光体使光谱由一条谱线分裂成几条偏振化谱线的现象称为塞曼效应。

塞曼效应分为正常塞曼效应和反常塞曼效应。

正常塞曼效应，是指在没有外磁场时的一条谱线在较强的外磁场中将分裂为三条、裂距按波数计算正好等于一个洛伦兹单位的现象。

反常塞曼效应，是指在外磁场很弱，电子自旋与轨道相互作用不能略去，光谱线分裂为多条且间距大于或小于一个洛伦兹单位的的现象。

2塞曼效应的实验现象2.1 正常塞曼效应的实验现象若将镉光源放在足够强的外磁场中，沿着垂直于磁场的方向去观察光源所发光谱，将会观察到三条谱线，其中一条与未加磁场时谱线所处位置一样。

另外两条分居两边，并且观察到的三条谱线间距相等，三条谱线对应的光均为平面偏振光。

中间的一条电矢量平行于外磁场，称作π线。

两边的谱线电矢量垂直于外磁场，称为σ线。

所以，可以如图2-1所示[1]。