原子物理学课件 (9).ppt

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1、第五章　磁场中的原子5.1原子的总磁矩5.2磁场中的原子5.3原子光谱的塞曼效应5.4磁共振－磁能级之间的直接跃迁介绍原子的总磁矩，磁矩和外磁场的作用能以及两个重要实验：施特恩－盖拉赫实验和塞曼效应实验5.1原子的磁矩5.1.1单个价电子原子的磁矩（内层为满壳层）(gl=1，和共线反向)(gs=2，和共线反向)能否定义：No！Why?和不共线！gj＝？为此，考查此三个角动量及其磁矩的耦合情况为使从形式上定义：和共线,因为，glgs的数值:→→的方向:因为:均无确定的本征值,但：两式相加得：。用：的本征值→→分别代替,得到：5.1.1多个价电子原子

2、的磁矩（内层为满壳层）Ll,Ss,Jj,替代：则有：因为：的本征值：所以：的本征值：J的取值：Jmax=(L+S),L+S-1,……,L－S=Jmin因为：的本征值：的本征值：所以：mJ的取值：mJ，max=J,J－1，…，0，…，－J=mJ，min5.2磁场中的原子回顾：Chapt.3，和的相互作用，EJ,B＝5.2.1原子磁矩（）和外加磁场（）的相互作用能量在第四章中，原子的能量:E＝E0＋EL,SE0=i（库仑力），EL,S:电子间的磁场力。当具有磁矩的原子放入外加磁场时：E＝E0＋EL,S＋EJ,B问题：EJ,B＝

3、？设＝Bz0，－BJ,zEJ,B＝＝gJmJBBEJ,B＝gJmJBμＢBμＢ＝－BμＢ例1，基态Ag（Z＝47）原子，电子组态：[Kr]4d105s：2S1/2(原子能级－原子态)S＝1/2；L＝0；J＝1/2代入gJ公式得：gJ＝2；mJ（max）=1/2；mJ（min）=－1/2,3BμＢ／２＝０－3BμＢ／２例2，原子能级：３Ｐ１在B中的分裂S＝1；L＝1；J＝1代入gJ公式得：gJ＝3/2；mJ（max）=1，0，mJ（min）=－1EJ,B＝gJmJBμＢ-mJ=-1可见，如果：（非匀强磁场），具有磁矩的原子将受力的作用！5.

4、2.2施特恩－盖拉赫实验（D.Stern-W.Gerlach,德国人，1921）－EJ,B＝gJmJBμＢ的应用之一作用能：EJ,B＝gJmJBB受力：对基态Ag原子:2,装置：3,结果：屏上出项两个亮斑！问题：对处于能级的原子,屏上应该出现几个亮斑？4,意义A,从实验上，首次证实了mJ取值的量子化，即：角动量的空间量子化。据量子力学理论，在空间只能有mJ＝2J＋1个取向：B,为实验上分离不同的原子态（同种原子，处于不同的磁能级），提供了一种重要的技术方法。如：（mJ=1，0，－1）5,故事（1943年获诺贝尔奖，2003年重新表演）