29原子的激发与辐射激光原理

1、 2.8 史特恩史特恩盖拉赫实验与原盖拉赫实验与原 子空间取向的量子化子空间取向的量子化 2.9 原子的激发与辐射原子的激发与辐射 激光原激光原 理理 2.10 对应原理和玻尔理论的地对应原理和玻尔理论的地 位位 一、电子轨道运动的磁矩一、电子轨道运动的磁矩 二、轨道取向量子化理论二、轨道取向量子化理论 三、史特恩三、史特恩盖拉赫实验盖拉赫实验 四、玻尔理论的危机四、玻尔理论的危机一、电子轨道运动的磁矩一、电子轨道运动的磁矩)jt(am10927. 0m4henm4henpm2e1223bbd re-二、轨道取向量子化理论：二、轨道取向量子化理论： bpbmme2hndphndphndrprr

2、2、三维空间中运动时，量子 化条件为：1、 原子处于磁场中时，电 子受到一个力矩作用：bm描述电子三维运动的极坐标nhr p p -eze nnppcos取向：时，角动量对于磁场的例如：空间量子化。种可能，这种现象称为间的取向有种可能，或角动量在空空间的取向可有轨道在个可能值。也就是说，可取对应每一个。3n, 2n, 1n1n21n21n2n,nn, 0 ,n,nn1nnppcos轨道的方向量子化n=+1n =1n=+2n =2n=+3n=30-1+10-1-2+2+10-1-2-3三、史特恩三、史特恩盖拉赫实验盖拉赫实验方向相反。与时，方向相反。与时，bfbfdzdbdzdbfz9090co

3、s目的：证明原子在外磁场中具有空间量子化 特征。原理：磁矩为的小磁体（或线圈），在非 均匀磁场中受到的合力不为零：史特恩盖拉赫实验的仪器示意图pc）os1s2sna)pacanb) s 无磁场有磁场ns 方法：方法：基态银原子束以相同的速度方向通过 与速度方向垂直的不均匀磁场，不同 z的原子受力不同，因而落在照相底 片上位置不同。由底片上银原子的分布 情况可以判断z的分布情况。结果：结果：相片p上有两条黑斑，两者对称分布。结论结论：（1）基态银原子有磁矩，且z=b。 （2）磁矩相对于磁场的取向有两种可 能，偏离直线前进应到达的c点的 距离： （3）用其它原子来做实验时，测出等 于b的整数倍，原

4、子束也分成若干 束。具有空间量子化特性。cos212vldzdbms存在问题：存在问题：理论上预言应分为2n+1束,即 奇 数束。实验上是两束，为偶数？四、玻尔理论的危机四、玻尔理论的危机成功之处成功之处（1）应用于氢原子和类氢离子光谱时， 理论计算与实验测量结果符合得很好。（2）里德堡常数的理论值与实验值符合 极好。 r实=10967758m-1 r理=10973731m-1原原 因因实验基础理论基础光谱实验规律；黑体辐射实验；光电效应实验。原子核式结构模型；普朗克量子假 说；爱因斯坦光子假说。2hnp困困 难难3、轨道的概念不正确。2、角动量量子化条件 与现代实验结果不符只是人们的假 设， 无理论根据。1、只能计算氢原子和类氢离子的光谱线的 频率，对于多于一个电子的氦原子。理 论完全不适 用，且不能计算谱线的强度。原原 因因 1、理论内在的不统一，不是自洽的。一方 面提出了与经典理论完全矛盾的假设。 另一方面又认为经典理论（牛顿定律， 库仑定律）适用。所以不是一贯的量子 理论，也不是一贯的经典理论，而是量 子论 + 经典理论的混合物。 2、没有抓住微观粒子的根本特性：波粒 二象性，仍然把微观粒子看作经典理 论 中的质点。更完整、更准确的、应 用面更广的关于原子的理论是1925年建 立起来的量子力学。 一、电子轨道运动的磁矩