第六章在磁场中的原子.ppt

1、第6章磁场中的原子，6.1原子磁矩，1。电子轨道运动磁矩、闭合电流回路磁矩、电子轨道运动电流3360，“-”表示电流方向与电子运动方向相反，并且一个周期中的扫描区域被量化。磁矩是：玻尔磁子，磁矩的空间取向是量子化的，2。电子自旋运动的磁矩，2。单电子原子的总磁矩，方向上的投影是常数，垂直分量是旋转的，其平均效应为零。所以在外部起作用的是，它通常被称为电子的总磁矩。单电子原子的总磁矩(有效磁矩)为：兰德尔因子，单电子，自旋s=1/2，三电子原子，原子的总磁矩仍表示为：(1)L-S耦合，(2)j-j耦合，解：6.2外磁场对原子的影响。进动方向的角频率，与方向一致，称为拉莫尔进动角频率。拉莫尔频率是

2、：2.磁场影响下原子的附加能量。1.弱磁场，外部磁场的作用比原子内部轨道磁矩和自旋磁矩之间的耦合更弱。与外部磁场耦合产生：的额外能量。在外部磁场中，原子的能级被分为三级，例如间隔为3336。分裂成四个能级，分裂距离，2。强磁场在强外磁场的作用下，不再能耦合进去，而是通过耦合直接产生附加能量，以外磁场的方向为Z轴，能量与量子数有关。既然它不再出现，就没有因素。6.3斯特恩-加拉格尔实验斯特恩-加拉格尔在1921年进行的实验是对原子角动量空间取向量子化的第一次直接观察，也是原子物理学中最重要的实验之一。1943年，斯特恩获得了诺贝尔物理学奖，为分子束方法的发展和质子磁矩的测量做出了贡献。当时，电子

3、自旋角动量的概念还没有提出。实验目的：证明原子轨道角动量在外磁场中具有空间取向量子化的特性。每个角动量对应一个磁矩。1.实验目的。2.实验设计思路：具有磁矩的原子在磁场中受到扭矩，外加磁场中的附加能量(势能)为：而力为：对于均匀磁场：原子不会改变它们的运动路径。对于非均匀磁场：原子受到扭矩。当银原子束通过非均匀磁场时，会分裂成两束光。3.实验结果表明，氢、锂、钠、钾、铜和金等原子具有相似的取向行为。基态银原子，照片p上有两个对称分布的黑点。证明了原子磁矩和角动量的空间取向量子化行为。根据玻尔的理论，对于一个轨道的角动量来说，空间取向的量子数有，也就是说，分裂应该是奇数。为什么？为了解释上述困难

4、和碱金属原子的双线结构，1925年，两个25岁以下的荷兰学生，乌伦贝克和古兹米特，提出了电子自旋假说。实验结果解释了原子束偏离原始方向的横向位移是：这是一个值，所以有一个条纹。基态原子的最外层是S电子，原子态是两条条纹！5。意思是，斯特恩加拉格尔的实验证明了： 1。角动量空间的量子化行为：2.电子自旋的假设是正确的，自旋量子数是S1/2；3.电子自旋磁矩是6.4的塞曼效应。1.实验事实。1.塞曼效应现象。1896年，荷兰物理学家塞曼发现，如果将光源置于磁场中，一条谱线会分裂成几条，分裂的谱线分量被极化。这种现象被称为塞曼效应。正常塞曼效应：在外部磁场的作用下，一条谱线以相等的间隔分成三条谱线。

5、反常塞曼效应：除正常塞曼效应外的塞曼效应。1902年，洛伦兹和塞曼获得了诺贝尔物理学奖。2.理论解释。1.基本理论是，如果没有磁场，有两个能级，它们之间的跃迁会产生一条谱线：如果施加一个外部磁场，这两个能级将各自增加能量，这将导致能级分裂，所以光谱是：磁能级之间跃迁的选择规则产生线(除时间外)和2的塞曼效应。镉6438.47埃。波数的变化由格罗春图计算：M 210-1-2、M2G 2210-1-2、M1G1 10-1、(。1 1 1，有磁场，Cd6438，3的正常塞曼效应跃迁图。钠原子的5890埃和5896埃双线的塞曼效应，这两条线的相应跃迁是：在外磁场中2P3/2分裂成四个塞曼能级，距离为4

6、BB/3；2P1/2分成两部分，间距为2bb 0/3；2S1/2分成两部分，间距为2bbo，m1/2-1/2，m2g21/3-1/3，m1g11-1，(m2g2-m1g1)=，-2/32/3，-4/3，4/3，M2g2 6/3 2/3-2/3-6/3，M1G1 1-1，-1/3 1/3，-5/3-3/3，3/3 5/3，3s，3p，不考虑旋转。发光前原子系统的角动量等于发光后原子系统的角动量和发射光子的角动量的矢量和(光子的角动量是)。M=M2(初始)-M1(最终)=1:(极化类型)。磁场方向上的原子角动量减少1，并且发射的光子必须具有磁场方向1上的角动量。与磁场方向相反：这种光的矢量以相反的

7、时间旋转，所以它是左旋圆偏振光。(沿b方向观察，是右旋圆偏振光-)，垂直于磁场观察：线性偏振光。M=M2(初始)-M1(最终)=-1: (-极化)一个原子在磁场方向的角动量增加1，并且发射的光子在磁场方向的角动量必须为-1。与磁场方向相反：这种光的矢量顺时针旋转，所以它是右旋圆偏振光。(沿b方向观察，是左旋圆偏振光)，垂直于磁场观察：线性偏振光。M=0:(偏振)光子携带垂直于磁场的角动量。相反磁场方向观察：没有观察到M=0跃迁的光；垂直于磁场方向观察：具有平行于磁场的电矢量的线性偏振光。根据观察方向：垂直磁场方向：面对磁场方向：6.5帕辛贝克效应，1912。强磁场中原子谱线分裂现象。虽然LS耦

8、合被强磁场破坏，但电子间轨道角动量和自旋角动量的耦合仍然存在，L和S量子数仍然有意义，但总角动量J不再有意义。在轨道磁矩、自旋磁矩和强磁场的作用下，产生的能级分为三行。也有三条正常的塞曼分裂线，但这两条线的机制不同。强、弱外磁场的解释：例：众所周知，锂原子主谱线系统的第一条谱线是由两条细谱线a组成的。当外磁场为B=3.2T，能级分裂的分裂距离是多少，会产生什么影响？能量也可以理解为电子自旋磁矩和电子轨道运动产生的内部磁场之间的相互作用。可见，显示出帕邢-贝克效应。在磁场中，能级的分裂波数表明钠原子主谱线系统的第一谱线由两条精细谱线a组成，内部磁场可计算为18T左右。(1)什么是正常塞曼效应和反

9、频繁塞曼效应？反常塞曼效应的“异常”是什么？用格鲁春图从原理上解释钠原子D线的塞曼效应。(吉林大学，1994，北京师范大学，1997) (2)导出原子有效磁矩的表达式。(3)氢原子中单电子的G因子表达式，并指出了适用条件。(吉林大学，2001)，(4)简述斯特恩加拉格尔实验在原子物理学发展中的重要性，并回答以下问题为什么磁场在垂直于原子束的方向上必须是不均匀的？当一束氢原子处于基态时，会产生什么样的模式？为什么？在基态使用一束汞原子(1S0)会产生什么样的图案？为什么？(吉林大学，1998，2000) (5)塞曼效应表明了什么？(6)导出拉莫尔进动频率。(7)计算Hg原子从6s7s3S16s7

10、p3P2跃迁发射的波长为5461nm的谱线的外场B=1T中的塞曼效应。(8)如果要求光谱仪能够分辨钠原子在磁场B=0.2T下的589nm(2P3/22S1/2)的塞曼结构，请尝试找出该光谱仪的最小分辨能力。(中国科学院，2000)，(9)在钙的正常塞曼效应实验中，观察到钙的422.6纳米谱线在磁场中分裂成两条距离为0.05纳米的谱线，并尝试了磁场强度。(电子的荷质比为1.751011c/kg)(中国科学院固体研究所，2001)；(10)Ca原子3F23D2跃迁的谱线在磁场中能分裂成多少条谱线？它们和原始谱线之间的波数差是多少(用洛伦兹单位表示)？如果你朝磁场的方向看，你能看到多少条谱线？它们是

11、圆偏振光、线偏振光还是两者都有？在正常的塞曼效应中，当沿着磁场观察时，你会看到多少条谱线？A0，B1，C2，D3。2.正常的塞曼效应总是对应于三条谱线，因为：每个能级在外部磁场中被分成三个；不同能级的着陆器因子G的大小是不同的。在外磁场中分裂后各能级的间隔是相同的。因为只有三个转变。3.谱线偏振的塞曼效应的正确解释是：埃。当沿着磁场观察时，垂直于磁场的谱线将不可见。因为光子的固有角动量是，所以观察到的谱线总是偏振的。因为转换是在磁场中进行的，所以，磁场方向角动量分量的量子化是极化的原因。角动量守恒是谱线偏振的根本原因。4.原子的有效磁矩应理解为：原子轨道磁矩和自旋磁矩的代数和；b .总角动量方向上总原子磁矩的投影值；c .原子中轨道磁矩和自旋磁矩的矢量和；d .垂直于总角动量方向的总原子磁矩的投影值；5.一个原子处于4 D1/2状态，如果该原子被置于弱磁场中，初始能级： A被分成两个B。它被分成九个C。它不是被分成D。它被分成四个选择题，和6。碱金属扩散线系统的第一精细结构谱线2D3/2 2P3/2在磁场中具有塞曼效应，谱线分裂。沿着磁场方向拍摄的光谱线的数量是：条。由原子在外部磁场中形成的谱线分裂通常指的是：由外部磁场形成的谱线与没有磁场形成的谱线之间的差异。由外部磁场形成的能级与没有磁场形成的能级之间的差异。由外部磁场形成的谱线之间的差异D8。在塞