大学原子物理课件Lesson-three资料

碱金属原子的光谱可见紫外红外线系限1）主线系（theprincipalseries）：谱线最亮，波长的分布范围最广，第一呈红色，其余均在紫外。2）第一辅线系（漫线系thediffuseseries）：在可见部分，其谱线较宽，边缘有些模糊而不清晰，故又称漫线系。3）其次辅线系（锐线系thesharpseries）：第一条在红外，其余均在可见区，其谱线较宽，边缘清晰，故又称锐线系。锐线系和漫线系的系限相同，所以均称为辅线系。4）柏格曼系（基线系thefundamentalseries）：波长较长，在远红外区，它的光谱项与氢的光谱项相差很小，又称基线系。各个碱金属原子的光谱具有相像的结构，光谱线也类似于氢原子光谱：碱金属原子的光谱碱金属原子的光谱

数据来源电子态n=234567第二辅线系第一辅线系主线系柏格曼线系氢43484.4

16280.58474.15186.93499.62535.31.5892.5963.5984.5995.5996.57928581.4

12559.97017.04472.83094.42268.91.9602.9563.9544.9545.9556.95412202.5

6862.54389.23046.92239.42.9993.9995.0006.0017.0006855.54381.23031.04.0005.00427419.412186.46854.84387.13046.62238.30.400.050.0010.000表

锂的光谱项值和有效量子数有效量子数：非整数碱金属原子的光谱可以看出：(1)一般略小于n，只有个别例外。(2)同一线系的差不多相同，即l相同的或许相同。(3)不同线系的不同，且l愈大，愈小。(4)每个线系的系限波数恰好等于另一个线系的其次项的最大值。主线系：碱金属原子的光谱其次辅线系：第一辅线系：柏格曼线系：锂的四个光谱线系数值碱金属原子的光谱项：

碱金属原子的光谱与原子能级100002000030000400000spdfH18679610381266707n主线系一辅系二辅系柏格曼系光谱项值锂原子能级图氢原子能级图原子实的极化和轨道的贯穿Li：Z=3=212+1Na：Z=11=2(12+22)+1K：

Z=19=2(12+22+22)+1Rb：Z=37=2(12+22+32+22)+1Cs：Z=55=2(12+22+32+32+22)+1Fr：Z=87=2(12+22+32+42+32+22)+1碱金属原子：带一个正电荷的原子实+一个价电子H原子：带一个正电荷的原子核+一个电子原子实的极化和轨道的贯穿原子实的极化l

小轨道偏心率大，极化强，能量影响大；

l

大轨道偏心率小（接近圆），极化弱，能量影响小；价电子吸引原子实中的正电部分，排斥负电部分，使得原子实正、负电荷的中心不再重合，称之为

原子实极化，极化后又反过来使价电子的

能量降低图4.5原子实极化示意图轨道贯穿原子实的极化和轨道的贯穿a)非贯穿轨道b)贯穿轨道图4.4价电子的轨道运动轨道贯穿导致平均有效电荷数增大，能量减小碱金属原子光谱的精细结构1）竖线表示光谱精细结构；2）凹凸代表谱线强度；3）间隔表示谱线成分波数。主线系第二辅线系第一辅线系线系限第四条第三条第二条第一条图4.6碱金属原子三个光谱线系的精细结构示意图碱金属原子光谱的精细结构1)碱金属原子s能级是单层的,其余全部p、d、f等能级都是双层的。2)对同一l值

，双层能级间距随n增大而减小。3)对同一n

值

，双层能级间距随l增大而减小。SPdP其次辅线系（各S态2P态）主线系（各P态2S态）第一辅线系（各d态2P态）电子自旋同轨道运动的相互作用1.

电子自旋与能级的分裂电子自旋取向及总角动量的形成示意图电子的自旋角动量

总角动量（1）电子自旋同轨道运动的相互作用1.

电子自旋与能级的分裂具有自旋磁矩的电子处在轨道运动磁场中的附加能量为（2）（3）（4）（5）电子自旋同轨道运动的相互作用图4.9电子角动量的矢量图1.

电子自旋与能级的分裂图4.10电子自旋角动量与轨道角动量绕总角动量的旋进电子自旋同轨道运动的相互作用2.电子自旋与与轨道运动相互作用能量计算电子自旋磁矩：（6）（6~）HmHa)b)图4.11电子在轨道运动中如何感受磁场的示意图电子自旋同轨道运动的相互作用2.电子自旋与与轨道运动相互作用能量计算HmHa)b)图4.11电子在轨道运动中如何感受磁场的示意图（7）因为（8）（9）（6）（2）电子自旋同轨道运动的相互作用2.电子自旋与与轨道运动相互作用能量计算（10）（11）附加能量按相对论处理结果（1925年）（12）电子自旋同轨道运动的相互作用2.电子自旋与与轨道运动相互作用能量计算用里德伯常数和精细结构常数（13）（14）来表示电子自旋同轨道运动的相互作用2.电子自旋与与轨道运动相互作用能量计算光谱项变更式中

双层能级的间隔，用波数表示电子自旋同轨道运动的相互作用2.电子自旋与与轨道运动相互作用能量计算l=2l=3

l=1双层能级的相对间隔（n相同）碱金属原子的全部S能级都是单层的（l=0）电子自旋同轨道运动的相互作用3.碱金属原子态的符号角量子数:l=0、1、2、3、4、…电子态字母：

s、p、d、f、g、…价电子符号nl主量子数电子角量子态字母原子态符号重态数原子角量子态字母1）碱金属原子实自旋、轨道总角动量均为零。（价电子角动量

=原子角动量）2）S

能级为单层，仍表示为双重，因为是双重体系。

（能级结构层数=2s+1=2，用双重号）

nlj101/21s011/2½3/2

2s2p,2p0123s3p3d1/2½3/22/32/5原子态符号价电子符号32电子自旋同轨道运动的相互作用

例已知Li

原子光谱主线系最长波长，辅线系系限波长。求Li原子第一激发电势和电离电势。解：主线系最长波长是原子从第一激发态基态第一激发电势第一激发态能量辅线系电子自旋同轨道运动的相互作用

例试考虑一个单电子的原子体系中的d

电子,计算下列值，（1）l、s、j

；原子态符号；（2）（3）间的可能角度。解（1）d电子原子符号（2）电子自旋同轨道运动的相互作用4.4电子自旋同轨道运动的相互作用电子自旋同轨道运动的相互作用（主量子数n的变更不受限制）主线系锐线系漫线系基线系4.5单电子辐射跃迁的选择定则

选择定则：4.6氢原子光谱的精细结构与“兰姆移动”1.氢原子能级精细结构理论能量的主要部分：量子力学推得的相对论效应引起的能量增加：电子自旋与轨道相互作用的能量：精细结构finestructure能量主要部分2）相对论效应、极化和轨道贯穿（影响能量主项）都与

l

有关，体现在有效电荷数中。4.6氢原子光谱的精细结构与“兰姆移动”

原子的总能量：1）和均为有效电荷数，但试验测量二者不同，对氢原子均为13）因为，所以碱金属原子光谱的精细结构比氢原子精细结构容易观察。4）对氢原子，所以不同l

而

j

相同的能级具有相同的能量，形成简并。

5）精细结构能量变化，随j

（l

）增大而减小。

6）氢原子S

能级为单层，其余为双层。4.6氢原子光谱的精细结构与“蓝姆移动”4.6氢原子光谱的精细结构与“兰姆移动”

原子的总能量：氢原子能级的精细结构（未按标准比例）玻尔能级S能级P能级D能级F能级4.6氢原子光谱的精细结构与“兰姆移动”2.氢原子光谱精细结构的视察图4.15巴尔末系第一谱线的能级跃迁图

选择定则4.6氢原子光谱的精细结构与“兰姆移动”图4.15巴尔末系第一谱线的能级跃迁图3.蓝姆移动亚稳态4.6氢原子光谱的精细结构与“蓝姆移动”

理论值计算谱线和间波数差为

而测量值比它小左右。蓝姆移动4.6氢原子光谱的精细结构与“兰姆移动”1947年蓝姆用射频波谱学方法测得比高出0.033cm-1。现在对较理论值升高那么一个数值称为蓝姆移动。1938年有人指出与并不完全重合，前者比后者略高0.03cm-1左右.蓝姆移动来源于电磁场的真空极化和电子的自能过程，蓝姆移动试验是对量子电动力学理论的有力证明。因这项成就蓝姆（和库什）获得1955年的诺贝尔物理学奖4.6氢原子光谱的精细结构与“蓝姆移动”强度巴尔末系第一线的精细结构4.6氢原子光谱的精细结构与“兰姆移动”3.蓝姆移动蓝姆、李瑟福试验装置F（炉子）：氢气输入，温度达2500K。B处：横向电子束撞击，氢原子被激发到n=2态。P

钨板：亚稳态原子将激发能传给钨电子。A金属板：钨脱出电子达A形成电子流。放大器