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1、第一节:原子中电子轨道运动磁矩,前面我们详细讨论了氢原子和碱金属原子的能级与光谱,理论与实验符合的很好,可是后来用高分辨率光谱仪观测时发现,上述光谱还有精细结构,这说明我们的原子模型还很粗糙。,本章我们将引进电子自旋假设,对磁矩的合成以及磁场对磁矩的作用进行讨论,去考察原子的精细结构,并且我们要介绍史特恩-盖拉赫,塞曼效应,碱金属双线三个重要实验,它们证明了电子自旋假设的正确性。,电子自旋假设的引入,正确解释了氦原子的光谱和塞曼效应.可是“自旋是一种结构呢?还是存在着几类电子呢?”,并且到现在为止,我们的研究还只限于原子的外层价电子,其内层电子的总角动量被设为零,下一章我们将要着手讨论原子的壳
2、层结构。,本节介绍了原子中电子轨道运动引起的磁矩,从电磁学定义出发,我们将得到它的经典表达式,利用量子力学的计算结果,我们可以得到电子轨道磁矩的量子表达式。,对原子中电子轨道磁矩的讨论使我们发现,电子运动轨道的大小,运动的角动量以及原子内部的能量都是量子化的。 不仅如此,我们还将看到,在磁场中或电场中,原子内电子的轨道只能取一定的方向,一般地说,在电场或磁场中,原子的角动量也是量子化的,人们把这种情况称作空间量子化。,在电磁学中,我们曾经定义,闭合通电回路的磁距为,(1),因此,原子中电子绕核转也必定与一个磁距相对应,式中i是回路电流,S 是回路面积,计算磁矩与角动量的关系为:,称为旋磁比,考虑到,反向,写成矢量式为,(4),的方向旋进。,由电磁学知,在均匀外磁场,中受到的力矩为,另一方面,由理论力学得,将,代入得,令,(1),沿“轨道”切向,,则,在dt时间内旋进角度,(1)式的标量形式为,另一方面,设,则把式,代入上式得,轨道磁矩的量子表达式,量子力学关于轨道角动量的计算结果,量子力学的结论为,(1),根据量子力学的计算,角动量 是量子化的,这包括它的大小和空间取向都是量子化的。,式中l 称为角量子数,它的取值范围为,称为轨道磁量子数,当l 取定后,他的可能取值为,