理学第六章在磁场中的原子ppt课件.ppt

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1、第六章在磁场中的原子6.1原子的磁矩一、电子运动的磁矩1.电子轨道运动磁矩闭合电流回路的磁矩电子轨道运动的电流:“-”表示电流方向与电子运动方向相反一个周期扫过的面积：1量子化。磁矩大小:玻尔磁子磁矩空间取向量子化......电子轨道运动磁矩22.电子自旋运动磁矩……自旋磁矩二、单电子原子的总磁矩3在方向投影是恒定的，垂直的分量因旋转，其平均效果为零。所以对外起作用的是，常把它称为电子的总磁矩。单电子原子总磁矩（有效磁矩）:朗德因子4单电子,自旋s=1/2,三、多电子原子的磁矩原子总磁矩仍表示为:（1）L-S耦合5（2）j-j耦合

2、解：(1)：，，，(2)：，，，例求下列原子态的g因子：(1)(2)(3)(3)：，，，66.2外磁场对原子的作用一、拉莫尔旋进将绕磁场进动,只改变方向而不改变数值.在外磁场B中,原子磁矩受磁场力矩的作用,绕B连续进动的现象。7绕的方向进动的角频率,与的方向一致,称为拉莫尔进动角频率.拉莫尔频率:8二、原子受磁场作用的附加能量1.弱磁场外磁场的作用比原子内部轨道磁矩与自旋磁矩的耦合弱.与外磁场耦合产生附加能量:在外磁场中,原子的能级分裂成个,间隔为9例:在磁场中能级的分裂情况分裂为四个能级，裂距2.强磁场在强外磁场作用下，不能再耦合

3、成，而是分别直接与耦合产生附加能量.10取外磁场方向为Z轴方向，能量与量子数有关。由于不再出现，也就没有因子出现。116.3史特恩-革拉赫实验1921年史特恩---盖拉赫进行的实验是对原子角动量空间取向量子化的首次直接观察，是原子物理学最重要的实验之一。1943年，史特恩获诺贝尔物理学奖，贡献：开发了分子束方法以及质子磁矩的测量12当时，电子自旋角动量的概念尚未提出。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特征。每个角动量对应一个磁矩量子化即：量子化1.实验目的132.实验设计思想具有磁矩的原子在磁场中受力矩的作用而

4、产生拉莫儿旋进,在外磁场中的附加能量(势能):而力:对均匀磁场:,原子不改变运动路径.对非均匀磁场:,原子除受力矩作用外,还受到力的作用,而改变运动路径.14无磁场有磁场NS银原子束通过非均匀磁场时将分裂成两束153.实验结果对H、Li、Na、K、Cu、Au等原子也都观察到了类似的取向行为。基态银原子,相片P上有两条黑斑，两者对称分布。证明了原子磁矩μ进而角动量的空间取向量子化行为。按波尔理论，对一轨道角动量，空间取向量子数有，即分裂应为奇数个。为什么？？为了解释上述困难以及碱金属原子的双线结构，1925年两位不到25岁的荷兰学生乌

5、伦贝克和古兹米特提出电子自旋假设。164.实验结果解释原子束偏离原方向的横向位移为应为在方向的分量:有个值，因而有个条纹。基态Ａｇ原子最外层为５s电子，原子态：两个条纹！175.意义史特恩－盖拉赫实验证明了:1.角动量空间量子化行为；2.电子自旋假设是正确的，而且自旋量子数s＝1/2；3.电子自旋磁矩为186.4塞曼效应一、实验事实1.塞曼效应现象1896年，荷兰物理学家塞曼发现：若把光源放入磁场中，则一条谱线就会分裂成几条，且分裂后的谱线成分是偏振的，这种现象称为塞曼效应。19正常塞曼效应：一条谱线在外磁场作用下，分裂为等间隔的三

6、条谱线。垂直于磁场方向观察沿磁场方向观察20反常塞曼效应：除正常塞曼效应外的塞曼效应。1902年，洛仑兹、塞曼获诺贝尔物理学奖21二、理论解释1.基本理论设无磁场时，有两个能级，它们之间的跃迁将产生一条谱线：若加外磁场，则两个能级各附加能量,使能级发生分裂，所以光谱为：22将频率差转为波数差:磁能级之间的跃迁选择定则产生线(但时除外)产生线232.镉6438.47埃的塞曼效应这条线对应的跃迁是1D21P11P11D2LSJMgMg2020，±1，±2121010，±1112400L25借助格罗春图计算波数的改变：M210

7、-1-2M2g2210-1-2M1g110-1（M2g2-M1g1）=000-1-1-1111260L01D21P16438无磁场有磁场Cd6438Å的正常塞曼效应跃迁图MMg-1-2-1-2210210-1-11010273.Na原子5890埃和5896埃双线的塞曼效应这两条线对应的跃迁是：2P3/22P1/22S1/22S1/22P3/22P1/2LSJMgMg01/21/2±1/22±111/21/2±1/22/3±1/311/23/2±1/2±3/24/3±2/3±6/32S1/2在外磁场中2P3/2分裂

8、为四个塞曼能级，间距为4μBB/3；2P1/2分裂为二，间距为2μBBo/3；2S1/2分裂为二，间距为2μBBo282P1/22S1/2M1/2-1/2M2g21/3-1/3M1g11-1（M2g2-M1g1）=-2/32/3-4/