原子物理学cap3.ppt

第三章 原子的精细结构 电子的自旋 第一节原子中电子轨道运动磁矩 第二节史特恩 盖拉赫实验 第三节电子自旋的假设 第四节碱金属双线 第五节塞曼效应 AutomicPhysics原子物理学 结束 第一节 原子中电子轨道运动磁矩 第三章 原子的精细结构 电子的自旋 前面我们详细讨论了氢原子和碱金属原子的能级与光谱 理论与实验符合的很好 可是后来用高分辨率光谱仪观测时发现 上述光谱还有精细结构 这说明我们的原子模型还很粗糙 本章我们将引进电子自旋假设 对磁矩的合成以及磁场对磁矩的作用进行讨论 去考察原子的精细结构 并且我们要介绍史特恩 盖拉赫 塞曼效应 碱金属双线三个重要实验 它们证明了电子自旋假设的正确性 量子表达式 前言 经典表达式 角动量取向量子化 结束 目录 next back 第一节 原子中电子轨道运动磁矩 第三章 原子的精细结构 电子的自旋 电子自旋假设的引入 正确解释了氦原子的光谱和塞曼效应 可是 自旋是一种结构呢 还是存在着几类电子呢 并且到现在为止 我们的研究还只限于原子的外层价电子 其内层电子的总角动量被设为零 下一章我们将要着手讨论原子的壳层结构 量子表达式 前言 经典表达式 角动量取向量子化 结束 目录 next back 第一节 原子中电子轨道运动磁矩 第三章 原子的精细结构 电子的自旋 本节介绍了原子中电子轨道运动引起的磁矩 从电磁学定义出发 我们将得到它的经典表达式 利用量子力学的计算结果 我们可以得到电子轨道磁矩的量子表达式 对原子中电子轨道磁矩的讨论使我们发现 电子运动轨道的大小 运动的角动量以及原子内部的能量都是量子化的 量子表达式 前言 经典表达式 角动量取向量子化 结束 目录 next back 第一节 原子中电子轨道运动磁矩 第三章 原子的精细结构 电子的自旋 不仅如此 我们还将看到 在磁场中或电场中 原子内电子的轨道只能取一定的方向 一般地说 在电场或磁场中 原子的角动量也是量子化的 人们把这种情况称作空间量子化 量子表达式 前言 经典表达式 角动量取向量子化 结束 目录 next back 第一节 原子中电子轨道运动磁矩 第三章 原子的精细结构 电子的自旋 在电磁学中 我们曾经定义 闭合通电回路的磁距为 1 量子表达式 前言 经典表达式 角动量取向量子化 结束 目录 next back 第一节 原子中电子轨道运动磁矩 第三章 原子的精细结构 电子的自旋 因此 原子中电子绕核转也必定与一个磁距相对应 式中i是回路电流 S是回路面积 为磁矩方向的单位矢量 设电子绕核运动的频率为v 则周期为 依电流的定义式得 2 量子表达式 前言 经典表达式 角动量取向量子化 结束 目录 next back 第一节 原子中电子轨道运动磁矩 第三章 原子的精细结构 电子的自旋 另一方面 图中阴影部分的面积为 解得 3 量子表达式 前言 经典表达式 角动量取向量子化 结束 目录 next back 第一节 原子中电子轨道运动磁矩 第三章 原子的精细结构 电子的自旋 把 2 3 两式得到磁矩的大小为 称为旋磁比 考虑到 反向 写成矢量式为 4 量子表达式 前言 经典表达式 角动量取向量子化 结束 目录 next back 绕外磁场 我们将这种旋进称为拉莫尔进动 相应的频率称为拉莫尔频率 下面我们来计算这个频率 中将受到力矩的作用 力矩将使得磁矩 第一节 原子中电子轨道运动磁矩 第三章 原子的精细结构 电子的自旋 磁矩在外磁场 的方向旋进 量子表达式 前言 经典表达式 角动量取向量子化 结束 目录 next back 第一节 原子中电子轨道运动磁矩 第三章 原子的精细结构 电子的自旋 由电磁学知 在均匀外磁场 中受到的力矩为 另一方面 由理论力学得 量子表达式 前言 经典表达式 角动量取向量子化 结束 目录 next back 第一节 原子中电子轨道运动磁矩 第三章 原子的精细结构 电子的自旋 将 代入得 令 1 的物理意义 与 同向 沿 轨道 切向 如下一页图所示 则 量子表达式 前言 经典表达式 角动量取向量子化 结束 目录 next back 在dt时间内旋进角度 第一节 原子中电子轨道运动磁矩 第三章 原子的精细结构 电子的自旋 1 式的标量形式为 另一方面 设 则把式 代入上式得 量子表达式 前言 经典表达式 角动量取向量子化 结束 目录 next back 是量子化的 这包括它的大小和空间取向都是量子化的 第一节 原子中电子轨道运动磁矩 第三章 原子的精细结构 电子的自旋 轨道磁矩的量子表达式 量子力学关于轨道角动量的计算结果 根据量子力学的计算 角动量 量子力学的结论为 1 量子表达式 前言 经典表达式 角动量取向量子化 结束 目录 next back 第一节 原子中电子轨道运动磁矩 第三章 原子的精细结构 电子的自旋 式中l称为角量子数 它的取值范围为 称为轨道磁量子数 当l取定后 他的可能取值为 量子表达式 前言 经典表达式 角动量取向量子化 结束 目录 next back 第一节 原子中电子轨道运动磁矩 第三章 原子的精细结构 电子的自旋 即完整的微观模型是 给定的n 有l个不同形状的轨道 l 确定的轨道有2l 1个不同的取向 ml 当n l m都给定后 就给出了一个确定的状态 所以我们经常说 n l ml 描述了一个确定的态 量子表达式 前言 经典表达式 角动量取向量子化 结束 目录 next back 第一节 原子中电子轨道运动磁矩 第三章 原子的精细结构 电子的自旋 对于氢原子 能量只与n有关 n给定后 有n个l 每一个l有2l 1个ml 所以氢原子的一个能级En对应于n2个不同的状态 我们称这种现象为简并 相应的状态数称为能级En的简并度 量子表达式 前言 经典表达式 角动量取向量子化 结束 目录 next back 第一节 原子中电子轨道运动磁矩 第三章 原子的精细结构 电子的自旋 对于碱金属原子 能量与n l有关 可见相应的简并度比氢原子要低 此外 三个量子数 n l ml 表示一个状态 正好与经典物理中用 x y z 描述一个质点的状态相对应 量子表达式 前言 经典表达式 角动量取向量子化 结束 目录 next back 第一节 原子中电子轨道运动磁矩 第三章 原子的精细结构 电子的自旋 2 磁矩的表达式 把式 代入式 得 的数值表示为 2 量子表达式 前言 经典表达式 角动量取向量子化 结束 目录 next back 第一节 原子中电子轨道运动磁矩 第三章 原子的精细结构 电子的自旋 又由式 可得 在Z方向的投影表达式为 3 通常令 称之为玻尔磁子 量子表达式 前言 经典表达式 角动量取向量子化 结束 目录 next back 第二节 史特恩 盖拉赫实验 第三章 原子的精细结构 电子的自旋 实验装置 理论推导 结束 目录 next back 第三章 原子的精细结构 电子的自旋 o中有处于基态的原子 被加热成蒸汽 以水平速度v通过狭缝s1 s2 然后通过一个不均匀磁场 磁场沿Z方向是变化的 即 热平衡时原子速度满足下列关系 即 第二节 史特恩 盖拉赫实验 实验装置 理论推导 结束 目录 next back 第三章 原子的精细结构 电子的自旋 x方向 Y方向 2 1 时刻 原子沿z方向的速度为 在磁场区域 第二节 史特恩 盖拉赫实验 实验装置 理论推导 结束 目录 next back 第三章 原子的精细结构 电子的自旋 出磁场到P点 设D表示磁场中点到P点的距离 另一方面 磁矩 在磁场 中受力为 第二节 史特恩 盖拉赫实验 实验装置 理论推导 结束 目录 next back 第三节 电子的自旋 第三章 原子的精细结构 电子的自旋 史特恩 盖拉赫实验中出现偶数分裂的事实启示人们 电子的轨道运动似乎不是全部的运动 换句话说 轨道磁矩应该只是原子总磁矩的一部分 那另一部分的运动是什么呢 相应的磁矩又是什么呢 朗德g因子 前言 电子自旋假设 角动量的合成 原子态的表示 S G实验解释 结束 目录 next back 第三章 原子的精细结构 电子的自旋 第三节 电子的自旋 1925年 两位荷兰学生乌仑贝克与古兹米特根据史特恩 盖拉赫实验 碱金属光谱的精细结构等许多实验事实 发展了原子的行星模型 提出电子不仅有轨道运动 还有自旋运动 它具有固有的自旋角动量S 引入了自旋假设以后 人们成功地解释了碱金属的精细结构 塞曼效应以及史特恩 盖拉赫实验等 朗德g因子 前言 电子自旋假设 角动量的合成 原子态的表示 S G实验解释 结束 目录 next back 第三章 原子的精细结构 电子的自旋 第三节 电子的自旋 电子自旋假设 1925年 年龄不到25岁的两位荷兰学生乌仑贝克和古兹米特根据大量的实验事实 提出一个极大胆的假设 电子不仅有轨道运动 还有自旋运动 它具有固有的自旋角动量S 具体内容是 1 与轨道角动量进行类比知 自旋角动量的大小为 其中S称为自旋量子数 1 朗德g因子 前言 电子自旋假设 角动量的合成 原子态的表示 S G实验解释 结束 目录 next back 也应该有2s 1个空间取向 第三章 原子的精细结构 电子的自旋 第三节 电子的自旋 2 有2l 1个空间取向 则 2 实验表明 对于电子来说 即 有两个空间取向 朗德g因子 前言 电子自旋假设 角动量的合成 原子态的表示 S G实验解释 结束 目录 next back 之间的对应关系是 式知 轨道磁矩 第三章 原子的精细结构 电子的自旋 第三节 电子的自旋 3 与 对应的磁矩 由 与轨道角动量 3 朗德g因子 前言 电子自旋假设 角动量的合成 原子态的表示 S G实验解释 结束 目录 next back 之间也应有相应的对应关系 有实验结果定出这个对应关系是 第三章 原子的精细结构 电子的自旋 第三节 电子的自旋 与此相类比 与相应的 其量值关系为 4 朗德g因子 前言 电子自旋假设 角动量的合成 原子态的表示 S G实验解释 结束 目录 next back 第三章 原子的精细结构 电子的自旋 第三节 电子的自旋 注 自旋电子表面线速度的结论 朗德g因子 前言 电子自旋假设 角动量的合成 原子态的表示 S G实验解释 结束 目录 next back 第三章 原子的精细结构 电子的自旋 第三节 电子的自旋 综合上面的讨论 我们得到磁矩和角动量的比值为 1 其中和分别是轨道和自旋g因子 朗德g因子 前言 电子自旋假设 角动量的合成 原子态的表示 S G实验解释 结束 目录 next back 引入g因子之后 任意角动量对应的磁矩可以统一表示为 第三章 原子的精细结构 电子的自旋 第三节 电子的自旋 2 量子数j取定后 j j 1 j 共2j 1个值 取j l s就可以分别得到轨道和自旋磁矩 朗德g因子 前言 电子自旋假设 角动量的合成 原子态的表示 S G实验解释 结束 目录 next back 第三章 原子的精细结构 电子的自旋 第三节 电子的自旋 在原子内部 有两种角动量 必然存在一个总角动量以及相应的磁矩 分别共线 合成后 朗德g因子 前言 电子自旋假设 角动量的合成 原子态的表示 S G实验解释 结束 目录 next back 第三章 原子的精细结构 电子的自旋 第三节 电子的自旋 由于 所以 不可能共线 在外磁场不太强时 分别绕 旋进 所以相应的 合成的 绕 方向旋进 朗德g因子 前言 电子自旋假设 角动量的合成 原子态的表示 S G实验解释 结束 目录 next back 的方向连续变化 其总效果为0 沿水平和沿直两方向分解 在 我们可以将 的旋进过程中 的方向保持不变 所以 就是原子的总磁矩 第三章 原子的精细结构 电子的自旋 第三节 电子的自旋 朗德g因子 前言 电子自旋假设 角动量的合成 原子态的表示 S G实验解释 结束 目录 next back 第三章 原子的精细结构 电子的自旋 第三节 电子的自旋 引入自旋后原子态的表示 上一章原子态表示为nL 引入自旋后 对于给定的n和L 除l 0之外 j都有两个值 所以现在的原子态表示为 其中2S 1 2 碱金属原子实的总角动量是 0最终对角动量有贡献的 只是哪个单电子 所以单电子和一个价电子原子的能级都属于双重态系列 朗德g因子 前言 电子自旋假设 角动量的合成 原子态的表示 S G实验解释 结束 目录 next back 第三章 原子的精细结构 电子的自旋 第三节 电子的自旋 由于 所以双重原子态分别表示为 1 仅当l 0时 双重态只有一个原子态表示 朗德g因子 前言 电子自旋假设 角动量的合成 原子态的表示 S G实验解释 结束 目录 next back 第三章 原子的精细结构 电子的自旋 第三节 电子的自旋 比如nS nP nD态的双重态表示为 2 朗德g因子 前言 电子自旋假设 角动量的合成 原子态的表示 S G实验解释 结束 目录 next back 第三章 原子的精细结构 电子的自旋 第三节 电子的自旋 Stern Gerlach实验的理论解释 由前面的推导 我们得到单电子原子总磁矩 以及其分量的表达式 1 2 这样 我们就可以计算不同状态的以及从而得到原子经过磁场后 分裂情况的表达式 朗德g因子 前言 电子自旋假设 角动量的合成 原子态的表示 S G实验解释 结束 目录 next back 第三章 原子的精细结构 电子的自旋 第三节 电子的自旋 1 g因子的计算 入射原子的状态通常表示为 即告诉了我们该状态的各量子数n l j s 由方程 可以求出相应状态的g因子 朗德g因子 前言 电子自旋假设 角动量的合成 原子态的表示 S G实验解释 结束 目录 next back 第三章 原子的精细结构 电子的自旋 第三节 电子的自旋 例如 氢原子处于基态时 所以其基态的状态为 可以求得 而 所以 从而 朗德g因子 前言 电子自旋假设 角动量的合成 原子态的表示 S G实验解释 结束 目录 next back 除l 0的S态外 所有其他态都有两个值 第三章 原子的精细结构 电子的自旋 第四节 碱金属双线 碱金属双线 碱金属谱线精细结构的定性考虑由前面的讨论我们知道 电子除轨道运动之外 还有自旋运动 因此 轨道和自旋合成总角动量 即 因此使得原来的原子态nL一分为二 即 精细结构的定性考虑 精细结构的定量分析 结果与讨论 原子内部磁场的估计 结束 目录 next back 第三章 原子的精细结构 电子的自旋 而原子态是与能级相对应的 这就意味着除S态对应的能级外 其余能级都一分为二 我们称其为能级的第二次分裂 能级的分裂导致了光谱的分裂 下面我们以锂原子为例进行具体分析 第四节 碱金属双线 精细结构的定性考虑 精细结构的定量分析 结果与讨论 原子内部磁场的估计 结束 目录 next back 第三章 原子的精细结构 电子的自旋 主线系 锐线系 漫线系 基线系 Li原子光谱的四个线系中 除了S能级外 其余能级一分为二 第四节 碱金属双线 精细结构的定性考虑 精细结构的定量分析 结果与讨论 原子内部磁场的估计 结束 目录 next back 第三章 原子的精细结构 电子的自旋 碱金属双线 精细结构的定量分析 使能级发生分裂的本质原因是电子自旋和轨道相互作用 为了求出这个相互作用能 我们可以这样来看这个问题 电子绕原子实的轨道 第四节 碱金属双线 精细结构的定性考虑 精细结构的定量分析 结果与讨论 原子内部磁场的估计 结束 目录 next back 第三章 原子的精细结构 电子的自旋 第四节 碱金属双线 运动等效成一个电流 也可看成原子实绕电子运动 在电子处产生一个磁场 电子的自旋磁矩在这个磁场中将具有势能U 正是这个附加的势能迭加在原来的能级上 使原能级发生了分裂 根据电磁理论 在中的势为 精细结构的定性考虑 精细结构的定量分析 结果与讨论 原子内部磁场的估计 结束 目录 next back 第三章 原子的精细结构 电子的自旋 第四节 碱金属双线 下面分别计算和 1 的表示 而 故有 精细结构的定性考虑 精细结构的定量分析 结果与讨论 原子内部磁场的估计 结束 目录 next back 第三章 原子的精细结构 电子的自旋 第四节 碱金属双线 2 的计算 由电磁学可知 电流元 在r处的场为 式中 表示从源 指向场点的位失 精细结构的定性考虑 精细结构的定量分析 结果与讨论 原子内部磁场的估计 结束 目录 next back 表示原子实对电子的速度 第三章 原子的精细结构 电子的自旋 第四节 碱金属双线 设Z 表示原子实的有效电荷 则原子实Z e在电子处产生的磁场为 其中 精细结构的定性考虑 精细结构的定量分析 结果与讨论 原子内部磁场的估计 结束 目录 next back 第三章 原子的精细结构 电子的自旋 第四节 碱金属双线 设Z e绕电子一周过程中 r 3平均值是1 r3 这个过程中 是守恒量 所以上式积分后得 注意到 故有 代入上式得 精细结构的定性考虑 精细结构的定量分析 结果与讨论 原子内部磁场的估计 结束 目录 next back 第三章 原子的精细结构 电子的自旋 第四节 碱金属双线 3 之间夹角 的计算 精细结构的定性考虑 精细结构的定量分析 结果与讨论 原子内部磁场的估计 结束 目录 next back 第三章 原子的精细结构 电子的自旋 第四节 碱金属双线 如上一页图所示 所以有 其中 精细结构的定性考虑 精细结构的定量分析 结果与讨论 原子内部磁场的估计 结束 目录 next back 第三章 原子的精细结构 电子的自旋 第四节 碱金属双线 4 相互作用能的计算 把 和 三式代入 得到 1 精细结构的定性考虑 精细结构的定量分析 结果与讨论 原子内部磁场的估计 结束 目录 next back 的修正因子 再注意到 第三章 原子的精细结构 电子的自旋 第四节 碱金属双线 物理学家托马斯对上式给出一个 精细结构的定性考虑 精细结构的定量分析 结果与讨论 原子内部磁场的估计 结束 目录 next back 第三章 原子的精细结构 电子的自旋 第四节 碱金属双线 由量子力学计算可以得到 其中 1是玻尔半径 精细结构的定性考虑 精细结构的定量分析 结果与讨论 原子内部磁场的估计 结束 目录 next back 第三章 原子的精细结构 电子的自旋 第四节 碱金属双线 将各量带入作用能公式得 2 其中 精细结构的定性考虑 精细结构的定量分析 结果与讨论 原子内部磁场的估计 结束 目录 next back 相互作用能的表达式 对于给定的l j有两个可能值 第三章 原子的精细结构 电子的自旋 第四节 碱金属双线 2 式就是 分别将两个j值代入 2 式即得 精细结构的定性考虑 精细结构的定量分析 结果与讨论 原子内部磁场的估计 结束 目录 next back 相互作用 似的除了s态 l 0 外 所有能级豆油附加能量 所以新的能级为 第三章 原子的精细结构 电子的自旋 第四节 碱金属双线 5 能级的分裂 设没考虑精细结构时的能级是Enl 由于 即Enl能级分为两层 精细结构的定性考虑 精细结构的定量分析 结果与讨论 原子内部磁场的估计 结束 目录 next back 第三章 原子的精细结构 电子的自旋 第四节 碱金属双线 裂开后 两能级之间的能量变为 1 代入常数得 用波数表示为 精细结构的定性考虑 精细结构的定量分析 结果与讨论 原子内部磁场的估计 结束 目录 next back 第三章 原子的精细结构 电子的自旋 第四节 碱金属双线 由上面的分析我们看到 新能级裂距的大小 E与及成反比 因此 主线系两精细结构谱线的波长差随n增大而减小 最后并为一条 其他线系的实验结果也都与理论结果较好地吻合 分裂后的能量差有多大呢 下面我们作一定量计算 精细结构的定性考虑 精细结构的定量分析 结果与讨论 原子内部磁场的估计 结束 目录 next back 第三章 原子的精细结构 电子的自旋 第四节 碱金属双线 例 求氢原子2p态的分裂 将 令 E hv 则有 物理学家用射频共振的方法测出的实验值和理论值完全吻合 代入 得 精细结构的定性考虑 精细结构的定量分析 结果与讨论 原子内部磁场的估计 结束 目录 next back 第三章 原子的精细结构 电子的自旋 把原子放入磁场中 其光谱线发生分裂 原来的一条谱线分裂成几条的现象 被称为塞曼效应 这是1896年由荷兰物理学家塞曼在实验中观察到的 光谱的分裂根源于其能级的分裂 根据谱线分裂情况的不同 塞曼效应分为正常塞曼效应与反常塞曼效应 第五节 塞曼效应 磁场中的能级分裂 正常塞曼效应 反常塞曼效应 帕刑 巴克效应 原子态的表示 结束 目录 next back 第三章 原子的精细结构 电子的自旋 第五节 塞曼效应 一般情况下 谱线分裂成很多成分 称为反常塞曼效应 也叫复杂塞曼效应 特殊情况下 谱线分裂成三种成分 称为正常塞曼效应 也叫简单塞曼效应 塞曼效应反映了原子所处状态 从塞曼效应的实验结果可以推断有关能级的分裂情况 是研究原子结构的重要途径之一 本节从研究能级的分裂着手对正 反常塞曼效应进行讨论 磁场中的能级分裂 正常塞曼效应 反常塞曼效应 帕刑 巴克效应 原子态的表示 结束 目录 next back 前面讨论了自旋磁矩在原子内磁场中的附加能量引起能级第二次分裂 导致光谱精细结构的情况 在原子内 与的合成使得原子有一个总角动量 第三章 原子的精细结构 电子的自旋 第五节 塞曼效应 塞曼效应 磁场中的能级分裂 与此对应 原子有一个总磁的有效分量就是上面讨论的 以下记为 原子放入外磁场时 与的作用使原子又获得附加能量 从而导致能级的第三次分裂 分裂层数由附加能量的个数决定 这是产生塞曼效应的本质原因 磁场中的能级分裂 正常塞曼效应 反常塞曼效应 帕刑 巴克效应 原子态的表示 结束 目录 next back 取方向为Z轴 第三章 原子的精细结构 电子的自旋 第五节 塞曼效应 下面先讨论这个附加能量 磁矩在外磁场中的势能为 因为 所以 式中m和g都与能级有关 对于给定的l s j g同样是确定的 磁场中的能级分裂 正常塞曼效应 反常塞曼效应 帕刑 巴克效应 原子态的表示 结束 目录 next back 分裂成2j 1个新能级 我们也常称其为能级的第三次分裂 第三章 原子的精细结构 电子的自旋 第五节 塞曼效应 Mj有2j 1个值 mj j j 1 j 即式U mg BB因为m的不同 有2j 1个不同的值 原来的一个能级 磁场中的能级分裂 正常塞曼效应 反常塞曼效应 帕刑 巴克效应 原子态的表示 结束 目录 next back 能级的分裂必然导致光谱的分裂 设某条谱线产生与 的跃进 加外磁场后 E1 E2分别变为E1 和E2 即 第三章 原子的精细结构 电子的自旋 第五节 塞曼效应 而 磁场中的能级分裂 正常塞曼效应 反常塞曼效应 帕刑 巴克效应 原子态的表示 结束 目录 next back 第三章 原子的精细结构 电子的自旋 第五节 塞曼效应 故有 由上式可见 原来的谱线hv现在变成了hv v 的大小和取值个数取决于 mg 根据b的不同又分为正常和反常塞曼效应 磁场中的能级分裂 正常塞曼效应 反常塞曼效应 帕刑 巴克效应 原子态的表示 结束 目录 next back 中放一光源 可以从平行磁场方向和垂直于磁场方向分别进行观测 方向观察到的三条线偏振光 平行于 第三章 原子的精细结构 电子的自旋 第五节 塞曼效应 正常塞曼效应 在磁场 垂直于 方向观察到两条左 右旋偏振光 磁场中的能级分裂 正常塞曼效应 反常塞曼效应 帕刑 巴克效应 原子态的表示 结束 目录 next back 第三章 原子的精细结构 电子的自旋 第五节 塞曼效应 正常塞曼效应 理论解释 正常塞曼效应产生于g 1的能级之间 这时有 1 由上式可见 m有多少个不同值 就有多少条谱线 由于跃迁的结果是放出光子 光子的自旋角动量是h 因此 m的数值不可能超过1 磁场中的能级分裂 正常塞曼效应 反常塞曼效应 帕刑 巴克效应 原子态的表示 结束 目录 next back 第三章 原子的精细结构 电子的自旋 第五节 塞曼效应 根据量子力学的计算 选择定则不仅对量子数l j提出了限制 对m也提出了限制 M的选择定则是 所以 1 式化为 0 2 磁场中的能级分裂 正常塞曼效应 反常塞曼效应 帕刑 巴克效应 原子态的表示 结束 目录 next back 第三章 原子的精细结构 电子的自旋 第五节 塞曼效应 Cd原子的分裂谱线 磁场中的能级分裂 正常塞曼效应 反常塞曼效应 帕刑 巴克效应 原子态的表示 结束 目录 next back 方向的分量是Mh 光子的角动量是1 h 第三章 原子的精细结构 电子的自旋 第五节 塞曼效应 正常塞曼效应 对偏振光的解释 为了解释正常塞曼效应中的偏振光 我们首先介绍下面几个基本概念 1 当原子处在某能级分裂后的新能级M上时 其角动量在 磁场中的能级分裂 正常塞曼效应 反常塞曼效应 帕刑 巴克效应 原子态的表示 结束 目录 next back 第三章 原子的精细结构 电子的自旋 第五节 塞曼效应 2 原子在不同能级间辐射跃迁时 角动量是守恒的 换句话说 系统辐射前的总角动量等于辐射后系统的角动量加上光子的角动量 3 辐射跃迁遵从选择定则 但新的跃迁不能发生在同一能级分裂的诸新能级之间 磁场中的能级分裂 正常塞曼效应 反常塞曼效应 帕刑 巴克效应 原子态的表示 结束 目录 next back 方向上看是线偏振光 方向上看是右旋光 垂直于 方向相反 以抵消总角动量的增加 所以平行于 时 理由同上 这时光子的角动量与 第三章 原子的精细结构 电子的自旋 第五节 塞曼效应 利用上面几条 我们可以对各种偏振现象给出合理的解释 当 时 意味着电子从 b 当 磁场中的能级分裂 正常塞曼效应 反常塞曼效应 帕刑 巴克效应 原子态的表示 结束 目录 next back 方向看不到此光 而在垂直于 方向角动量的守恒 这时在平行于 线变成左 右旋偏振光 线消失 这与实验给出的结果完全一致 第三章 原子的精细结构 电子的自旋 第五节 塞曼效应 c 当 时 光子的角动量应垂直与 方向 使其不影响 方向看到线偏振的 线 综上所述 在垂直于 方向看到二条 磁场中的能级分裂 正常塞曼效应 反常塞曼效应 帕刑 巴克效应 原子态的表示 结束 目录 next back 给定后 L是确定的 新谱线的条数取决于 Mg 的个数 L称为洛仑兹单位 第三章 原子的精细结构 电子的自旋 第五节 塞曼效应 当外磁场 2 式若用波数表示 即为 3 式中 求解反常塞曼效应时 先由关于m的格罗春图 求出可能的跃迁 再由mg的格罗春