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1、第六章第六章 磁场中的原子磁场中的原子一、学习要点一、学习要点1原子有效磁矩 , (会推导)JJPmegrr 2) 1(2) 1() 1() 1(1JJSSLLJJg2外磁场对原子的作用：（1）拉莫尔进动圆频率(会推导): Bmeg eLrr 2（2）原子受磁场作用的附加能量:BgMBEBJJrr附加光谱项 1 -m7 .464, 4BmceBLLgMmceBgMTJJ能级分裂图 （3）史盖实验；原子束在非均匀磁场中的分裂,（m 为原子质量）BJgMvL dzdB ms221（4）塞曼效应：光谱线在外磁场中的分裂，机制是原子磁矩与外磁场的相互作用,使 能级进一步的分裂所造成的. 塞曼效应的意义
2、 正常塞曼效应：在磁场中原来的一条谱线分裂成 3 条,相邻两条谱线的波数相差一个洛伦兹单位LCd 6438 埃 红光1D21P1氦原子 66781 埃 1D21P1反常塞曼效应：弱磁场下：Na 黄光：D2线 5890 埃 2P3/22S1/2（1 分为 6） ；D1线5896 埃 2P1/22S1/2（1 分为 4）Li (2D3/22P1/2)格罗春图、相邻两条谱线的波数差、能级跃迁图选择定则 )( 1);(0);( 1JM垂直磁场、平行磁场观察的谱线条数及偏振情况帕邢贝克效应：强磁场中反常塞曼效应变为正常塞曼效应，BMMBEBSLSL2rrrLMMSL21, 0, 0LSMMLL, 0 ,
3、 0（5）顺磁共振、物质的磁性二、基本练习二、基本练习 1楮书 P197 P198 2选择题 （1）在正常塞曼效应中，沿磁场方向观察时将看到几条谱线： A0； B.1； C.2； D.3 （2）正常塞曼效应总是对应三条谱线，是因为： A每个能级在外磁场中劈裂成三个； B.不同能级的郎德因子 g 大小不同；C每个能级在外场中劈裂后的间隔相同； D.因为只有三种跃迁 （3）B 原子态2P1/2对应的有效磁矩（g23）是A. ； B. ； C. ； D. .B33B32B32B22(4)在强外磁场中原子的附加能量除正比于 B 之外,同原子状态有关的因子有：E A.朗德因子和玻尔磁子 B.磁量子数、朗
4、德因子 C.朗德因子、磁量子数 ML和 MJ D.磁量子数 ML和 MS (5)塞曼效应中观测到的和成分,分别对应的选择定则为：A； B. ;时不)(0);( 1JM)( 1);( 1JM0JM出现；C. ，； D. )(0JM)( 1JM)(0);( 1SLMM(6)原子在6G3/2状态,其有效磁矩为：A； B. 0； C. ； D. B315B25B215(7)若原子处于1D2和2S1/2态,试求它们的朗德因子 g 值：A1 和 2/3； B.2 和 2/3； C.1 和 4/3； D.1 和 2 （8）由朗德因子公式当 L=S,J0 时,可得 g 值： A2； B.1； C.3/2； D
5、.3/4 （9）由朗德因子公式当 L=0 但 S0 时,可得 g 值： A1； B.1/2； C.3； D.2 （10）如果原子处于2P1/2态,它的朗德因子 g 值：A.2/3； B.1/3； C.2； D.1/2（11）某原子处于4D1/2态,若将其放于弱磁场中,则能级分裂为：A2 个； B.9 个； C.不分裂； D.4 个 （12）判断处在弱磁场中,下列原子态的子能级数那一个是正确的： A.4D3/2分裂为 2 个； B.1P1分裂为 3 个； C.2F5/2分裂为 7 个； D.1D2分裂为 4 个 (13)如果原子处于2P3/2态，将它置于弱外磁场中时，它对应能级应分裂为：A.3
6、个 B.2 个 C.4 个 D.5 个 (14)态1D2的能级在磁感应强度 B 的弱磁场中分裂多少子能级?A.3 个 B.5 个 C.2 个 D.4 个 (15)钠黄光 D2线对应着 32P3/232S1/2态的跃迁，把钠光源置于弱磁场中谱线将如何分 裂： A.3 条 B.6 条 C.4 条 D.8 条 (16)碱金属原子漫线系的第一条精细结构光谱线(2D3/22P3/2)在磁场中发生塞曼效应,光 谱线发生分裂,沿磁场方向拍摄到的光谱线条数为 A.3 条 B.6 条 C.4 条 D.9 条(17)对钠的 D2线(2P3/22S1/2)将其置于弱的外磁场中，其谱线的最大裂距和最小max裂距各是m
7、inA.2L 和 L/6; B.5/2L 和 1/2L; C.4/3L 和 2/3L; D.5/3L 和 1/3L(18)使窄的原子束按照施特恩盖拉赫的方法通过极不均匀的磁场 ，若原子处于5F1态，试问原子束分裂成 A.不分裂 B.3 条 C.5 条 D.7 条 （19） （1997 北师大）对于塞曼效应实验，下列哪种说法是正确的？ A实验中利用非均匀磁场观察原子谱线的分裂情况； B实验中所观察到原子谱线都是线偏振光； C凡是一条谱线分裂成等间距的三条线的，一定是正常塞曼效应； D以上 3 种说法都不正确. 3计算题 (1)分析4D1/2态在外磁场中的分裂情况 .(2)原子在状态5F 中的有磁
8、矩为 0，试求原子在该状态的角动量.(3)解释 Cd 的 6438 埃的红光(1D21P1) 在外磁场中的正常塞曼效应，并画出相应的能 级图. (4)氦原子从1D21P1跃迁的谱线波长为 6678.1 埃,(a)计算在磁场 B 中发生的塞曼效应(,用L洛表示); (b) 平行于磁场方向观察到几条谱线？偏振情况如何？(c)垂直于磁场方向观察到 几条谱线？偏振情况如何？(d)写出跃迁选择定则，画出相应跃迁图 . （5）Hg原子从 6s7s3S16s6p3P1的跃迁发出波长为 4358 埃的谱线,在外磁场中将发生何 种塞曼效应？试分析之. (6)计算 Hg原子从 6s7s3S16s7p3P2跃迁发出
9、的波长为 5461nm 的谱线,在外场 B=1T 中 所发生的塞曼效应 （7）试举两例说明如何测量普朗克常数 . （8）处于2P1/2态的原子在半径为 r=5cm.载有 I=10A 的线圈轴线上，原子和线圈中心之间的距离等于线圈的半径，求磁场对原子的最大作用力 . （9）处于正常状态下的氢原子位于载有电流 I=10A 长直导线旁边，距离长直导线为 r=25cm 的地方，求作用在氢原子上的力 . （10）若要求光谱仪能分辨在的磁场中钠原子谱线 589nm（2P3/22S1/2）的T200. 0B塞曼结构，试求此光谱仪最小分辨本领. （已知：） （2000 中科院）-15 BTeV10788. 5nm,eV1240hc（11）在 Ca 的一次正常塞曼效应实验中，从沿磁场方向观察到钙的 422.6nm 谱线在磁 场中分裂成间距为 0.05nm 的两条线，试求磁场强度. （电子的荷质比为 1.751011C/kg） （2001 中科院固体所） ；Ca 原子3F23D2跃迁的光谱线在磁场中可分裂为多少谱线？它们与原来谱线的波数差是多少（以洛仑兹单位表示）？若迎着磁场方向观察可看到几条谱线？ 它们是圆偏振光，线偏振光，还是二者皆有？（中科院） （12）以钠原子的 D 线为例，讨论复杂塞曼效应. （1997 北师大）
