物理答案激光课件1

1、1.2原子能级和辐射跃迁1.2.1 原子能级、简并度1. 原子中电子的状态由下列四个量子数来确定：主量子数n：n1，2，3 大体上决定了电子能量, 代表电子运动区域的大小和它的总能量的主要部分辅量子数（角量子数）l:代表轨道的形状和轨道角动量 l=0，1，2，3 s、p、d、f 来表示，通常称 s电子、p电子。 对同一个 n n个不同的l n个不同的轨道角动量（但能量相同）磁量子数（轨道方向量子数）m l：ml=0，1，2， l 决定轨道角动量在某一特殊方向的分量。自旋磁量子数（自旋方向量子数）ms：ms= 1/2，决定电子自旋角动量在外磁场方向上的分量 电子自旋角动量大小： ， s为自旋量子

2、数S 在外磁场方向的投影： 自旋磁量子数 ms 取值个数为 2s +1= 2，则 s = 1/2 ，ms = 1/2 能级: 粒子的内部能量值 基态：最低能级状态。 激发态：能量高于基态的其他状态。E1基态E2E3En激发态2. 简并，简并态：（1）简并 与同一能级对应的有两个或以上的电子态。（2）简并能级 两个或两个以上的不同运动状态的电子可以具有相同的能级。（3）简并度 同一能级所对应的不同电子运动状态的数目氢原子1s,2p态的简并度电子n=3态，有几种简并态?角动量32l+1电子218种简并态， 1.2.2 原子状态的标记1.泡利不相容原理 一个原子内不可能有两个或两个以上的电子具有完全

3、相同的状态，或者 一个原子内不可能有四个量子数完全相同的电子，或者 不可能有两个或两个以上的电子处于同一个量子态。2能量最低原理电子优先占据最低能态电子填充各壳层的次序是：1s，2s，2p，3s，3p，4s，3d，4p，5s，4d，5p，6s3. 原子的电子组态符号相同 n, l 组成一个支壳层，对应于l = 0, 1, 2, 3,的各支壳层分别记做 s, p, d, f, g, h例: 钠原子有11个核外电子,钠原子基态的电子组态为 电子组态符号 原子实 价电子n3的激发态的钠原子电子组态为:等等。4.原子态的标记由于原子中电子的轨道角动量与自旋角动量之间的相互作用,原子的同一电子组态可以形

4、成不同的原子组态。以两个电子为例来说明：轨道运动： 自旋运动： 六种相互作用：在 LS耦合中，两个轨道角动量合成一个总轨道角动量，其量子数为L 两个自旋角动量合成一个总自旋角动量，其量子数为S, 总自旋角动量和总轨道角动量合成总角动量J，其量子数为： J=L+S ,L+S-1 L-S 。 S=s1 + s2 或 s1 - s2用 表示原子组态，L：S、P、D、F、G、H L=0,1,2,3,4.。例:氦原子的几个不同电子组态的原子态(1):氦原子的1s1s电子组态(2):氦原子的1s2s电子组态(3):氦原子的1s2p电子组态氦原子部分能级图20.55ev19.77ev5.辐射跃迁选择定则(1

5、).跃迁只能发生在不同的宇称态之间; (2). J=0 ,1 (00除外) 此外,在原子中,对LS耦合,还有附加的选择定则: (3). L=0 ,1 (00除外) (4). S=0奇宇称 原子中各电子的轨道辅量子数总和是奇数偶宇称 原子中各电子的轨道辅量子数总和是偶数1.2.3 玻耳兹曼分布 1. 玻耳兹曼分布(热平衡分布) 热平衡状态下, 处于某一能级Ei的粒子数密度ni(单位体积内的粒子数,常简称称粒子数)为： 能级Em与En粒子数密度之比为:讨论(设g m= g n) :(1)如果Em - En很小,且满足E = Em - EnkT ,则(2) 设EmEn,一般有nmnn 热平衡状态下, 高能级上的粒子数密度总是较小。(3) 如果En为基能级，且Em距En较远, 即 Em - En较大, 则nmnn 结论: 热平衡状态下, 绝大多数粒子处于基态 总结： 1.2.4 辐射跃迁和非辐射跃迁1.跃迁: 粒子由一个能级过渡到另一能级的过程2.辐射跃迁: 粒子发射或吸收光子的跃迁(满足跃迁选择定则)（1）发射跃迁: 粒子发射一能量为 = hv=E2E1的光子，而由高能级跃 迁至低能级;（2）吸收跃迁