1原子分子物理实验.docx

1 原子分子物理实验1什么是正常塞曼效应？什么是反常塞曼效应？早年把那些谱线分裂为三条而裂距（相邻两谱线的裂距差）按波数计算正好等于一个洛仑兹单位 的现象叫正常塞曼效应。正常塞曼效应从机理上说是原子内纯轨道运动的塞曼效应，应用经典理论就能给与解释。JJ耦合中，各个电子轨道运动与电子自旋运动之间的相互作用，大于每个电子的轨道运动之间和自旋运动之间的相互作用。实际上大多数物质的谱线在磁场中分裂的谱线多于三条，谱线的裂距可以大于也可以小于一个洛仑兹单位，人们称之为反常塞曼效应。反常塞曼效应只有用量子理论才能得到满意的解释。 LS耦合常见于轻元素中，各个电子轨道运动之间的相互作用和各个电子自旋运动之间的相互作用，大于每个电子的轨道运动和自旋运动之间的相互作用。2汞的546.1nm谱线在外磁场中分裂为几条谱线？它们的偏振特性是怎么样的？汞546.1nm谱线在磁场中分裂成9条新谱线，其中对应m2g2-m1g1=0的线与原谱线相同，各相邻的分裂谱线波数差是L/2。 当m=0时，产生3条线。沿垂直于磁场方向观测， 线为振动方向平行于磁场的线偏振光；沿平行磁场方向观测不到线。当m=1时，产生6条线。沿垂直于磁场方向观测，线为振动方向垂直于磁场的线偏振光；沿平行磁场方向观测，线为圆偏振光。3汞的546.1nm谱线在外磁场中分裂为9条谱线，在用法布里-珀罗标准具进行观察时，这些谱线所形成的干涉圆环有什么特点和规律？（a）在波长不变的情况下，同一级次k对应相同的入射角，形成一个亮环。 （b）中心亮环的=0，此时：cos=1，故中心亮环的级次最大：kmax=2d，依次向外由不同直径的亮纹形成一套同心环。由此式可以看出：（a）干涉级k与圆环直径平方成线性关系，随着圆环直径的增大，条纹越来越密。（b）直径越大则干涉环的干涉级越小，中心圆环的干涉级最大。（c）对于同一干涉级k的干涉环，直径大则波长小。（d）同一波长的相邻k和（k-1）级两个圆环的直径平方差与k无关4在汞的546.1nm谱线的塞曼效应试验中，怎样证明在平行于磁场方向观察所看到的谱线是圆偏振光？让光先通过四分之一波片然后再通过偏振片，旋转偏振片360，若出现两次消光现象，即入射光为圆偏振光。5在外磁场中光源发出的光谱线为什么会产生分裂？分裂的谱线为什么是有限条？原子中电子的运动导致原子具有磁矩，在磁场中，原子磁矩与外磁场的作用将引起原子能级的变化，其大小可以表示为：E=mgBB设有一频率为n的光谱线，是由能级E2和E1之间的跃迁所产生，即：hn=E2-E1。在磁场中上、下能级分裂后所产生的新谱线的频率n与能级的关系为：波数差形式为：6电子自旋共振与塞曼效应在机理上的区别？电子自旋共振研究的同一电子状态(基态)的不同塞曼能级本身之间的跃迁，这种跃迁只发生在相邻的塞曼能级之间。而塞曼效应则研究的是不同电子状态的能级间的跃迁，塞曼效应机理：原子中电子的运动导致原子具有磁矩，在磁场中，原子磁矩与外磁场的作用将引起原子能级的变化，通过能级间跃迁产生的谱线就会发生分裂。电子自旋共振：恒定磁场B中，总角动量PJ和对应的磁矩J的空间取向是量子化的，B与J的相互作用导致磁偶极体系（由磁场和交变电磁场相互作用的体系）能级简并度的解除，产生塞曼分裂：式中磁量子数m是总角动量在外磁场方向的分量，m=J，J-1，-J。这2J+1个等距子能级间的跃迁服从m=1的偶极跃迁选择定则，相邻磁能级间距：如果在垂直于外磁场B方向加一频率为的电磁辐射线偏振磁场，当满足h=gBB (*) 时，电子在相邻磁能级间跃迁。这种在交变磁场作用下，电子自旋体系与外磁场相互作用所产生的塞曼能级间的共振吸收（和辐射）现象，称为电子顺磁共振。由于凝聚态（固相和液相）物质的顺磁性主要来源于未偶电子的自旋磁矩，因此现在更普遍地称为电子自旋共振。式（*）即为共振条件。7什么样的物质可以观察到电子自旋共振现象？为什么？电子自旋共振只发生在具有未偶电子的顺磁材料中，因为只有当一个原子、离子或分子中所有电子的自旋磁矩与轨道磁矩的总合不为零，也就是这个原子、离子或分子是顺磁性的，其不为零的磁矩才能在外磁场中能级分裂。电子自旋共振（ESR）只能发生在原子固有磁矩不为零的顺磁材料中，因此又称为电子顺磁共振（EPR）。8朗德因子的物理意义是什么？表征原子的总磁矩和总角动量的关系。（1）若原子的磁矩完全由电子自旋磁矩贡献，此时：L=0、J=S，则：g=2。（2）若磁矩完全由电子的轨道磁矩所贡献，此时：S=0、J=L，则：g=1。（3）若自旋和轨道磁矩两者都有贡献，则g的值介乎1与2之间。9怎样理解电子的自旋运动？自旋就是电子的一个内禀性质。电子自旋假设是经典物理学是无法接受的。如将电子自旋视为机械自旋，可证明电子自旋使其表面的切向线速度将超过光速，但电子自旋的概念是微观物理学中最重要的概念。（电子的自旋不能理解为像陀螺一样绕自身轴旋转，它是电子内部的属性，与运动状态无关。它在经典物理中找不到对应物，是一个崭新的概念）。对某确定粒子，其自旋量子数是确定的。半整数自旋的粒子被称为费米子，整数的则称为玻色子（如光子）。电子的自旋为12，为费米子。10凝聚态物质未偶电子的自旋磁矩，与外磁场的相互作用导致原子的基态能级分裂为两个塞曼能级，对于由该两能级组成的量子跃迁系统会发生哪些物理过程？两个塞曼能级间在一定条件下能发生电子自旋共振。这两个能级在与其他能级发生跃迁时会出现塞曼效应。（不太确定这答案是不是这道题想问的）11在电子自旋共振试验中单螺调配器有什么作用？魔T有什么作用？（1）单螺调配器：改变探针深入到波导内的深度和水平位置时，可以改变此臂反射波的振幅和相位。（2）魔T：分波作用：将H臂输入的信号同相等分给2、3臂。隔离作用：E臂和H臂之间固有隔离；反向臂2、3之间彼此隔离，即从任一臂输入信号都不能从相对臂输出，只能从两旁臂输出。*魔T桥检测信号的大致过程：速调管振荡器产生的微波功率从魔T的H臂输入，同相平分给臂2和3。样品腔调谐时，腔与波导接近匹配状态，即腔所产生的驻波很小。这种情况下，双T调配器最容易调节到使端口2和端口3的输入阻抗相等或接近相等，有该两端口所产生的反射波等幅同相或接近于等幅同相，使得E臂输出为零或接近于零，微波桥达到平衡或接近平衡（平衡时，H臂得到的和信号均为其上的隔离器所吸收，不会影响微波源的稳定工作）。当磁场扫过共振区时，样品腔等小阻抗发生变化，导致2、3端口的输入阻抗不等，微波桥平衡被破坏，此时两反射波既非同相，也不等幅，E臂输出大为增加，由此检测到共振吸收信号。E臂上晶体检波器的信号输出经低噪声晶体管宽带高放、脉冲幅值检波、低放后，送示波器显示。（3）可变衰减器：垂直波导宽壁中线沿纵向插入吸收片以吸收部分传输功率，调节其插入深度或离宽壁中线距离，可改变微波输出功率大小。12在电子自旋共振试验中共振波形与扫场电压相位有什么关系？交变电压V：示波器x轴偏转板的输入信号。当稳恒磁场满足共振吸收条件时，即：h=gBB，若V与扫场同相，如图3-5所示，则在一个周期T内，将产生两个吸收峰（图中1点和2点：sint=0），并且两个吸收峰重合在示波器上亮线上的中点，如图所示。若V与扫场不同相，则产生的两个吸收峰不重合，但相对示波器上亮线的中点对称，如图3-6所示：13在电子自旋共振试验中发生共振的条件是什么？垂直于外磁场B方向加一频率为的电磁辐射线偏振磁场，满足h=gBB14夫兰克-赫兹实验证明了什么？证明了原子能级的存在，为玻尔在1913年发表的原子理论的假说提供了有力的实验证据，也是证实玻尔量子化能级的第一个决定性试验，证实了原子内部能量是量子化的。15在夫兰克-赫兹实验中，电子在被加速过程中会与原子发生碰撞，电子与原子的碰撞有什么特点？碰撞分为两类：弹性碰撞和非弹性碰撞。电子经历一次弹性碰撞所损失的能量是很小的，而运动方向可以有较大变化。电子的动能小于原子的第一激发态电位时，原子与电子发生弹性碰撞E=0；当电子的动能大于原子的第一激发态电位时，电子的动能转化为原子的内能E=E1，E1为原子的第一激发电位。16什么是原子的第一激发电位和第一激发能？第一激发电位：电子被加速后获得能量eV，e是电子电量，V是加速电压。当V值较小时，电子与原子只能发生弹性碰撞，当电位差为Vg时，电子具有的能量eVg恰好使原子从正常状态跃迁到第一激发状态，Vg就称为第一激发电位，与第一激发电位相对应原子所具有的能量叫第一激发能（eVg）。17掌握和理解测量结果的不确定度和相对误差的表示和计算。不确定度：不确定度的含义是指由于测量误差的存在，