电子自旋角动量和自旋磁矩PPT课件

.,1,第四章原子的精细结构,.,2,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。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？”,在本章，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。,.,3,4.1原子中电子轨道运动的磁矩,一、有关的电磁学知识,1电偶极矩,均匀电场中：,.,4,2磁矩,均匀磁场中：,非均匀磁场中：,合力,.,5,3力和力矩,力是引起动量变化的原因：,力矩是引起角动量变化的原因：,二、电子轨道运动的磁矩,面积：,一个周期扫过的面积：,.,6,是量子化的,量子化的。,玻尔磁子,空间取向量子化,.,7,4.2、施特恩盖拉赫实验,.,8,均匀磁场中：,非均匀磁场中：,实验结果：,当时，P上只有一条细痕，不受力的作用。,.,9,1实验证明了原子的空间量子化。,2玻尔-索末菲理论与实验比较,轨道角动量：,轨道磁矩：,外场方向投影：,两条细痕,两个,两个,两个,空间量子化,.,10,3量子力学与实验的比较,轨道角动量：,轨道磁矩：,外场方向投影：,施特恩和盖拉赫实验证明了原子具有磁矩，的数值和取向是量子化的，同时也证明了的空间取向也是量子化的。,.,11,4.3、电子自旋角动量和自旋磁矩,1925年，荷兰的乌伦贝克和古德史密特提出了电子自旋的假设：每个电子都具有自旋的特性，由于自旋而具有自旋角动量和自旋磁矩，它们是电子本质所固有的，又称固有矩和固有磁矩。,自旋角动量：,自旋磁矩：,.,12,外场方向投影：,共两个偶数,与实验结果相符。,1928年，Dirac从量子力学的基本方程出发，很自然地导出了电子自旋的性质，为这个假设提供了理论依据。,原子的磁矩=电子轨道运动的磁矩+电子自旋运动磁矩+核磁矩。,.,13,4.4碱金属原子的精细结构,现在讨论无外场时的谱线分裂,一、电子的总角动量,轨道角动量：,自旋角动量：,总角动量：,电子的运动=轨道运动+自旋运动,.,14,由于,.,15,.,16,.,17,二、自旋轨道相互作用能,电子由于自旋运动而具有自旋磁矩：,具有磁矩的物体在外磁场中具有磁能：,电子由于轨道运动而具有磁场：,.,18,.,19,是一个变量，用平均值代替：,其中：,原子的总能量：,.,20,三、碱金属原子能级的分裂,，能级分裂为双层,双层能级的间隔：,.,21,讨论：,原子的总能量：,.,22,4碱金属原子态符号：,如,5单电子辐射跃迁的选择定则,.,23,四、对碱金属光谱精细结构的解释,1主线系：,.,24,2第二辅线系：,3第一辅线系：,4基线系：,.,25,.,26,6塞曼效应,1896年，荷兰物理学家塞曼发现：若把光源放入磁场中，则一条谱线就会分裂成几条，这种现象称为塞曼效应。,正常塞曼效应：一条谱线在外磁场作用下，分裂为等间隔的三条谱线。反常塞曼效应：除正常塞曼效应外的塞曼效应。,.,27,一、原子的总磁矩和有效磁矩,1原子的总磁矩,轨道运动：,自旋运动：,原子的磁矩电子的轨道磁矩+电子的自旋磁矩,总轨道角动量：,总轨道磁矩：,总自旋角动量：,总自旋磁矩：,.,28,总角动量：,总磁矩：,2原子的有效磁矩,有效磁矩,.,29,余弦定理：,比较：,得：,：朗德因子,.,30,例1求下列原子态的g因子：,(2),(3),解：,(1),.,31,二、原子在外磁场中的附加能量,一个具有磁矩的原子处在外磁场中时，将具有附加的能量：,.,32,.,33,三、塞曼效应的成因,1反常塞曼效应,洛仑兹单位。,.,34,例3讨论Na双线在外场中的分裂情况。,.,35,.,36,.,37,2正常塞曼效应,.,38,，,，,0,+1,-1，,.,39,.,40,五、施特恩-盖拉赫实验的解释,.,41,轨道运动：,自旋运动：,：朗德因子,具有磁矩的原子在磁场中要受到力和力矩的作用,共个,当时，分裂为两条。,.,42,2.三