第六章 磁场中的原子 塞曼效应ppt课件.ppt

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1、1896年开始荷兰物理学家塞曼（P.Zeeman)逐步发现,当光源放在足够强的磁场中时，所发射的每一条光谱线都分裂成几条,条数随能级的类别而不同,分裂后的谱线成分是偏振的。人们称这种现象为塞曼效应。(原子光谱在外磁场中进一步发生分裂的现象）一、塞曼效应3.9塞曼效应的分析单线系的每一条谱线,在垂直磁场方向观察时,每一条分裂为三条,彼此间隔相等,中间一条()线频率不变;左右两条()频率的改变为=L（一个洛仑兹单位），它们都是线偏振的。线的电矢量振动方向平行于磁场；线的电矢量振动方向垂直于磁场；当沿磁场方向观察时,中间的成

2、分看不到,只能看到两条线,，它们都是圆偏振的。二、实验规律1.正常塞曼效应NA*SEESPEEBB正常三重线锌的正常塞曼效应锌的单线2.反常塞曼效应双重或多重结构的原子光谱,在较弱的磁场中,每一条谱线分裂成许多条分线。钠主线系的双线加磁场反常花样钠的反常塞曼效应无磁场返回目录Na58965890无磁场在垂直于B方向观察沿B方向观察Cd6438ÅBBB反常塞曼效应正常塞曼效应原子受磁场作用的附加能量磁量子数：共（2J+1）个三、塞曼效应的理论解释洛仑兹单位：光谱项差：洛伦兹单位的物理意义

3、：在没有自旋的情况下，一个经典的原子体系的拉摩频率。（拉摩：英国物理学家，曾提出物质中电子的以太结构理论，即原子中运动电子在磁场中的进动理论）推导要点：上式表明，外加1T的磁场而引起的分裂是14GHz2、磁能级之间的跃迁选择定则产生线(但时除外)产生线1、分裂后的谱线与原来谱线的波数(或频率)差根据上述理论可以解释塞曼效应的实验事实。对于单线系的一条谱线，由于S=0，2S+1=1，所以可以算出g2=g1=1,因而：例如镉6438.47埃红线在磁场中的分裂情况就是正常塞曼效应:这条线对应的跃迁是1D21P11P11D2LSJMgM

4、g2020，±1，±2121010，±111简便方法计算波数的改变：M210-1-2M2g2210-1-2M1g110-1（M2g2-M1g1）=000-1-1-1111Cd6438的正常塞曼效应1D21P1无磁场1D21P1无磁场0L01D21P16438无磁场有磁场Cd6438Å的正常塞曼效应跃迁图MMg-1-2-1-2210210-1-11010对于具有双重或多重结构的光谱线在磁场中的分裂情况，由于因而，由的组合，结合选择定则，就可得到许多条分线。例如Na钠5890埃和5896埃双线在磁场中的分裂情况如下

5、：这两条线对应的跃迁是：2P3/22P1/22S1/22S1/22S1/22P3/22P1/2LSJMgMg01/21/2±1/22±111/21/2±1/22/3±1/311/23/2±1/2±3/24/3±2/3±6/32P3/22S1/2M3/21/2-1/2-3/2M2g26/32/3-2/3-6/3M1g11-1（M2g2-M1g1）=-1/31/3-5/3-3/33/35/32P1/22S1/2M1/2-1/2M2g21/3-1/3M1g11-1（M2g2-M1g1）=-2/32/3-4/34/3钠的反常塞曼效应跃迁图2

6、P2/32P1/22S1/2能级分裂无磁场有磁场2P2/32P1/22S1/2无磁场有磁场2P3/22P1/22S1/2无磁场有磁场-3/2-6/3Mg-1/2-2/3M3/26/31/22/31/21/3-1/2-1/31/21-1/2-15896589058965890谱线的偏振情况可以用原子发光时遵从角动量守恒定律来说明:发光前原子系统的角动量等于发光后原子系统的角动量与所发光子的角动量的矢量和(光子的角动量为).四、偏振情况为了说明塞曼效应的偏振与ΔM的关系，我们先复习一下电磁学中偏振及角动量方向的定义。

7、对于沿Z方向传播的电磁波，它的电矢量必定在xy平面(横波特性)，并可分解为Ex和Ey:当α=0时，电矢量就在某一方向做周期变化，此即线偏振；当α=π/2，A=B时，合成的电矢量的大小为常数，方向做周期性变化，矢量箭头绕圆周运动，此即圆偏振。下面定义右旋偏振和左旋偏振：若沿着z轴对准光传播方向观察见到的电矢量作顺时针转动，称右旋(圆)偏振(图6.3.6(a))；假如见到的电矢量作逆时针转动，则称为左旋(圆)偏振(图6.3.6(b))。圆偏振光具有角动量的实验事实，是由贝思(R·A·Beth)在1936年观察到的，光的角动量方向和电矢

8、量旋转方向组成右手螺旋定则。因而对右旋偏振，角动量方向与传播方向相反，对左旋偏振，两者相同。图6.3.6偏振及角动量的定义对于ΔM=M2-M1=1，原子在磁场方向(z)的角动量减少1个；把原子和发出的光子作为一个整体，角动量必须守恒