《原子物理学》第7章在磁场中的原子.pptx

2023/8/291第7章在磁场中的原子主要讨论原子处在磁场中所发生的一些现象 2023/8/292第一节：原子的磁矩一、单电子原子的总的磁矩1、轨道磁矩2、自旋磁矩PsμsμjμlμPjPl 2023/8/2933、原子核可以忽略4、原子的总磁矩原子的总磁矩（原子的有效磁矩）是轨道磁矩和自旋磁矩的合成磁矩在方向的分量PsμsμjμlμPjPl 2023/8/294PsμsμjμlμPjPl 2023/8/295PsμsμjμlμPjPl 2023/8/296原子的总磁矩和总角动量的关系： 2023/8/297二、具有两个或两个以上电子的原子的总磁矩(结论)对L-S耦合(j-j耦合略) 2023/8/298讨论1、对S=0 (单重态)2、L=0 (S态) g=2 J=S3、L=0 S=0 4、一般原子 2023/8/299例 1、求B原子态2、原子在 状态,其有效磁矩为:3、原子处于 态,朗德因子分别为 :4、由朗德因子公式,当S=L, J0时,可得g值:1, 20 g=0意义：若已知原子态的性质,则可求出其磁矩. 从原子的磁性的研究,也可提供原子态的部分信息(线索)有效磁矩是:的g因子和有效磁矩 2023/8/2910求原子有效磁矩：1、基态氢原子2、3、4、 2023/8/2911第二节 外磁场对原子的作用一、拉莫尔旋进P174图a,b原子总磁矩 ，在磁场 中，受场的作用。即磁矩绕磁场的方向旋进。也就是总角动量 绕磁场方向旋进。磁场对磁矩的力矩是：只改变方向，不改变大小，旋进 2023/8/2912矢量式;拉莫尔旋进角频率:是旋进的角速度 2023/8/2913(a)图 旋进使B方向角动量增加，能量增加；(b)图 旋进使B方向角动量减少，能量减少。 二、原子在磁场中的附加能量附加能量:的夹角的夹角在磁场中的取向是量子化的M:磁量子数,取值M=J,J-1,…-J 共2J+1个值注意：J不一定是整数 共有2J+1个可能性结论:1无磁场时的一个能级，在有磁场时分裂为2J+1层，与B成正比，与g有关2相邻能级间隔为 2023/8/2915例:能级无磁场有磁场M3/21/2-1/2-3/2Mg6/32/3-2/3-6/3P178页,表6.1相邻能级间隔 2023/8/2916注意：原子磁矩的存在，它在磁场中的各个取向，以及因而发生的附加能量和能级的分裂等情况，都有实验的证明。一个是史特恩-盖拉赫实验一个是塞曼效应 第三节：史特恩－盖拉赫实验的结果分析实验装置 2023/8/2918无磁场有磁场 2023/8/2919外场方向投影：共2l+1个?奇数，但实验结果是偶数。以前分析结果：现在分析结果：共2J+1个，与实验结果非常吻合P180 表6.2偏转距离银原子：基态的价电子 5s1 ，原子态: 史特恩－盖拉赫实验证明了1、空间量子化的事实2、电子自旋假设的正确性，s=1/23、电子自旋磁矩数值的正确性 第四节 顺磁共振把μJ不为零的原子称为顺磁性原子。一、顺磁共振的实验原理 把顺磁性原子的样品放到稳定磁场中，另加一个与稳定磁场垂直的交变磁场（高频电磁波），当频率满足：时，样品从电磁波吸收能量，产生共振现象。 共振条件： 实验装置：N, S 强磁场C 微波谐振腔（放顺磁原子）G 电磁波发生器D 探测器R 记录仪 二、应用1、测基态的g因子2、研究分子、液体、固体的结构 3、核磁共振原理和顺磁共振相似 2023/8/2926第五节：塞曼效应一、塞曼效应 把光源放在磁场中，原来的每一条谱线分裂成几条偏振化的谱线。分裂的条数随能级类别不同而不同，这种现象称为塞曼效应。 塞曼效应证实了原子具有磁矩和空间取向的量子化。是研究原子内部能级结构的重要方法之一。1902年塞曼获Nobel Prize。 2023/8/2928in recognition of the extraordinary service they rendered by their researches into the influence of magnetism upon radiation phenomena 2023/8/2929(643.8nm红色光,镉) 观察，三条平面偏振光第二条第三条无磁场1、正常塞曼效应的观察观察第一条，在原位电矢量 2023/8/2930二条圆偏振线，转向相反不出现线而只是出现线的偏振转向与成左螺旋线的偏振转向与成右螺旋指向观察者观察无磁场指向观察者观察右螺旋左螺旋观察 2023/8/29312、反常塞曼效应的观察钠黄光(双线，主线系第一条，589.6n