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1、第六章第六章 在磁场中的原子在磁场中的原子6.1 原子的磁矩原子的磁矩一、电子运动的磁矩一、电子运动的磁矩一、电子运动的磁矩一、电子运动的磁矩1.1.1.1.电子轨道运动磁矩电子轨道运动磁矩电子轨道运动磁矩电子轨道运动磁矩闭合电流回路的磁矩闭合电流回路的磁矩闭合电流回路的磁矩闭合电流回路的磁矩电子轨道运动的电流电子轨道运动的电流电子轨道运动的电流电子轨道运动的电流: :“-”表示电流方向与电子运动方向相反表示电流方向与电子运动方向相反表示电流方向与电子运动方向相反表示电流方向与电子运动方向相反 一个周期扫过的面积：一个周期扫过的面积：一个周期扫过的面积：一个周期扫过的面积： 量子化。量子化。量
2、子化。量子化。磁矩大小磁矩大小磁矩大小磁矩大小: : : : 玻尔磁子玻尔磁子玻尔磁子玻尔磁子 磁矩磁矩磁矩磁矩空间取向量子化空间取向量子化空间取向量子化空间取向量子化 .电子轨道运动磁矩电子轨道运动磁矩电子轨道运动磁矩电子轨道运动磁矩 2.2.2.2.电子自旋运动磁矩电子自旋运动磁矩电子自旋运动磁矩电子自旋运动磁矩自旋磁矩自旋磁矩自旋磁矩自旋磁矩二、单电子原子的总磁矩二、单电子原子的总磁矩二、单电子原子的总磁矩二、单电子原子的总磁矩 在在在在 方向投影方向投影方向投影方向投影 是恒定的，垂直是恒定的，垂直是恒定的，垂直是恒定的，垂直 的分量因旋转，其平的分量因旋转，其平的分量因旋转，其平的分
3、量因旋转，其平均效果为零。所以对外起作用的是均效果为零。所以对外起作用的是均效果为零。所以对外起作用的是均效果为零。所以对外起作用的是 ，常把它称为，常把它称为，常把它称为，常把它称为电子的电子的电子的电子的总磁矩总磁矩总磁矩总磁矩。单电子原子总磁矩（有效磁矩）单电子原子总磁矩（有效磁矩）单电子原子总磁矩（有效磁矩）单电子原子总磁矩（有效磁矩）: : 朗德因子朗德因子朗德因子朗德因子 单单电子电子电子电子, , , ,自旋自旋自旋自旋s = 1/2,s = 1/2,s = 1/2,s = 1/2, 三、多电子原子的磁矩三、多电子原子的磁矩三、多电子原子的磁矩三、多电子原子的磁矩原子总磁矩仍表示
4、为原子总磁矩仍表示为原子总磁矩仍表示为原子总磁矩仍表示为: :（1 1 1 1）L-SL-SL-SL-S 耦耦耦耦 合合合合（2 2 2 2）j-jj-jj-jj-j耦合耦合耦合耦合解：解：解：解：(1) ： ， ，(2) ：， ， ，例例例例 求下列原子态的求下列原子态的求下列原子态的求下列原子态的g g g g因子因子因子因子：(1) (2) (3)(3) ：， ， ，6.2 外磁场对原子的作用外磁场对原子的作用一、拉莫尔旋进一、拉莫尔旋进一、拉莫尔旋进一、拉莫尔旋进将绕磁场进动将绕磁场进动将绕磁场进动将绕磁场进动, , , , 只改只改只改只改变方向而不改变数值变方向而不改变数值变方向而
5、不改变数值变方向而不改变数值. . . . 在外磁场在外磁场在外磁场在外磁场B B B B中中中中, , , ,原子磁矩原子磁矩原子磁矩原子磁矩 受磁场力矩的作用受磁场力矩的作用受磁场力矩的作用受磁场力矩的作用, , , ,绕绕绕绕B B B B连续进连续进连续进连续进动的现象。动的现象。动的现象。动的现象。 绕绕绕绕 的方向进动的角频率的方向进动的角频率的方向进动的角频率的方向进动的角频率, , , ,与与与与 的方向一致的方向一致的方向一致的方向一致, , , ,称为称为称为称为拉拉拉拉莫尔进动莫尔进动莫尔进动莫尔进动角频率角频率角频率角频率. . . .拉莫尔频率拉莫尔频率拉莫尔频率拉莫
6、尔频率: : : : 二、二、二、二、原子受磁场作用的附加能量原子受磁场作用的附加能量原子受磁场作用的附加能量原子受磁场作用的附加能量1. 1. 1. 1. 弱磁场弱磁场弱磁场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外磁场的作用比原子内部轨道磁矩与自旋磁矩的耦合弱外磁场的作用比原子内部轨道磁矩与自旋磁矩的耦合弱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与外磁场耦合产生附加能量与外磁场耦合产生附加能量与外磁场耦合产生附加能量: : : :在外磁场中在外磁场中在外磁场中在外磁场中, , , ,原子的能级分裂成原子的能级分裂成原子的能级分裂
7、成原子的能级分裂成 个个个个, , , ,间隔为间隔为间隔为间隔为例例例例: : : : 在磁场中能级的分裂情况在磁场中能级的分裂情况在磁场中能级的分裂情况在磁场中能级的分裂情况分裂为四个能级，裂距分裂为四个能级，裂距分裂为四个能级，裂距分裂为四个能级，裂距2. 2. 2. 2. 强磁场强磁场强磁场强磁场在强外磁场作用下，在强外磁场作用下，在强外磁场作用下，在强外磁场作用下， 不能再耦合成不能再耦合成不能再耦合成不能再耦合成 ，而是分别直接与，而是分别直接与，而是分别直接与，而是分别直接与 耦合产生附加能量耦合产生附加能量耦合产生附加能量耦合产生附加能量. . . .取外磁场方向为取外磁场方向
8、为取外磁场方向为取外磁场方向为Z Z Z Z轴方向，轴方向，轴方向，轴方向，能量与量子数能量与量子数能量与量子数能量与量子数 有关。有关。有关。有关。由于不再出现由于不再出现由于不再出现由于不再出现 ，也就没有，也就没有，也就没有，也就没有 因子出现。因子出现。因子出现。因子出现。6.3 史特恩史特恩-革拉赫实验革拉赫实验1921192119211921年史特恩年史特恩年史特恩年史特恩-盖拉赫进行的实验是对盖拉赫进行的实验是对盖拉赫进行的实验是对盖拉赫进行的实验是对原子角动量空间原子角动量空间原子角动量空间原子角动量空间取向量子化取向量子化取向量子化取向量子化的首次直接观察，是原子物理学最重要
9、的实的首次直接观察，是原子物理学最重要的实的首次直接观察，是原子物理学最重要的实的首次直接观察，是原子物理学最重要的实验之一。验之一。验之一。验之一。 1943194319431943年，年，年，年，史特恩史特恩史特恩史特恩获诺贝尔物获诺贝尔物获诺贝尔物获诺贝尔物理学奖，贡献：开发了分子理学奖，贡献：开发了分子理学奖，贡献：开发了分子理学奖，贡献：开发了分子束方法以及质子磁矩的测量束方法以及质子磁矩的测量束方法以及质子磁矩的测量束方法以及质子磁矩的测量 当时，电子自旋角动量的概念尚未提出。实验目的：当时，电子自旋角动量的概念尚未提出。实验目的：当时，电子自旋角动量的概念尚未提出。实验目的：当时
10、，电子自旋角动量的概念尚未提出。实验目的：证明原子轨证明原子轨证明原子轨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。道角动量在外磁场中具有空间取向量子化特征。道角动量在外磁场中具有空间取向量子化特征。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每个角动量对应一个磁矩量子化量子化即：即：量子化量子化1.实验目的实验目的2.实验设计思想实验设计思想具有磁矩的原子在磁场中受力矩的作用而产生拉莫儿旋进具有磁矩的原子在磁场中受力矩的作用而产生拉莫儿旋进具有磁矩的原子在磁场中受力矩的作用而产生拉莫儿旋进具有磁矩的原子在磁场中受力矩的作用而产生拉莫儿旋进, , , ,在外在外在
11、外在外磁场中的附加能量磁场中的附加能量磁场中的附加能量磁场中的附加能量( ( ( (势能势能势能势能): ): ): ): 而力而力而力而力: : : : 对均匀磁场对均匀磁场对均匀磁场对均匀磁场: , : , : , : , 原子不改变运动路径原子不改变运动路径原子不改变运动路径原子不改变运动路径. . . .对非均匀磁场对非均匀磁场对非均匀磁场对非均匀磁场: , : , : , : , 原子除受力矩作用外原子除受力矩作用外原子除受力矩作用外原子除受力矩作用外, , , ,还受到力的作用还受到力的作用还受到力的作用还受到力的作用, , , , 而改变运动路径而改变运动路径而改变运动路径而改变
12、运动路径. . . .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银原子束通过非均匀磁场时将分裂成两束3.实验结果实验结果对对对对 H H、LiLi、NaNa、K K 、CuCu、AuAu等等等等原子也都观察到了类似的取向行原子也都观察到了类似的取向行原子也都观察到了类似的取向行原子也都观察到了类似的取向行为。为。为。为。基态银原子基态银原子基态银原子基态银原子, , , ,相片相片相片相片P P上有两条黑上有两条黑上有两条黑上有两条黑斑，两者对称分布。斑，两者对称分布。斑，两者对称分布。斑，两者对称分布。证明了原证明了原证明了原证明了原子磁矩子磁矩子磁矩子磁矩 进而角动量的空间取进而
13、角动量的空间取进而角动量的空间取进而角动量的空间取向量子化行为。向量子化行为。向量子化行为。向量子化行为。按波尔理论，对一轨道角动量按波尔理论，对一轨道角动量按波尔理论，对一轨道角动量按波尔理论，对一轨道角动量 ，空间取向量子数有，空间取向量子数有，空间取向量子数有，空间取向量子数有 ，即，即，即，即分裂应为分裂应为分裂应为分裂应为奇数个奇数个奇数个奇数个。为什么为什么为什么为什么？为了解释上述困难以及碱金属原子的双线结构为了解释上述困难以及碱金属原子的双线结构为了解释上述困难以及碱金属原子的双线结构为了解释上述困难以及碱金属原子的双线结构，1925192519251925年两位不年两位不年两
14、位不年两位不到到到到25252525岁的荷兰学生乌伦贝克和古兹米特提出岁的荷兰学生乌伦贝克和古兹米特提出岁的荷兰学生乌伦贝克和古兹米特提出岁的荷兰学生乌伦贝克和古兹米特提出电子自旋电子自旋电子自旋电子自旋假设。假设。假设。假设。4.实验结果解释实验结果解释原子束偏离原方向的横向位移为原子束偏离原方向的横向位移为原子束偏离原方向的横向位移为原子束偏离原方向的横向位移为应为应为应为应为 在在在在 方向的分量方向的分量方向的分量方向的分量 : :有有有有 个值，因而有个值，因而有个值，因而有个值，因而有 个条纹。个条纹。个条纹。个条纹。基态原子最外层为基态原子最外层为基态原子最外层为基态原子最外层为
15、s s 电子，原子态：电子，原子态：电子，原子态：电子，原子态： 两个条纹！两个条纹！两个条纹！两个条纹！5.意义意义史特恩盖拉赫实验证明了史特恩盖拉赫实验证明了史特恩盖拉赫实验证明了史特恩盖拉赫实验证明了: : : :1.1.1.1.角动量空间量子化行为；角动量空间量子化行为；角动量空间量子化行为；角动量空间量子化行为；2.2.2.2.电子自旋假设是正确的，而且自旋量子数电子自旋假设是正确的，而且自旋量子数电子自旋假设是正确的，而且自旋量子数电子自旋假设是正确的，而且自旋量子数s s s s1/21/21/21/2；3.3.3.3.电子自旋磁矩为电子自旋磁矩为电子自旋磁矩为电子自旋磁矩为6.
16、4 塞曼效应塞曼效应一、实验事实一、实验事实一、实验事实一、实验事实1.1.1.1.塞曼效应现象塞曼效应现象塞曼效应现象塞曼效应现象1896189618961896年，荷兰物理学家塞曼发现：若把光源放入磁场中，则年，荷兰物理学家塞曼发现：若把光源放入磁场中，则年，荷兰物理学家塞曼发现：若把光源放入磁场中，则年，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，且一条谱线就会分裂成几条，且一条谱线就会分裂成几条，且一条谱线就会分裂成几条，且分裂后的谱线成分是偏振的，分裂后的谱线成分是偏振的，分裂后的谱线成分是偏振的，分裂后的谱线成分是偏振的，这种现象称为这种现象称为这种现象称为
17、这种现象称为塞曼效应。塞曼效应。塞曼效应。塞曼效应。正常塞曼效应：正常塞曼效应：正常塞曼效应：正常塞曼效应：一条谱线在外磁场作用下，分裂为等间隔的一条谱线在外磁场作用下，分裂为等间隔的一条谱线在外磁场作用下，分裂为等间隔的一条谱线在外磁场作用下，分裂为等间隔的三条谱线。三条谱线。三条谱线。三条谱线。垂直于磁场方向观察垂直于磁场方向观察垂直于磁场方向观察垂直于磁场方向观察沿磁场方向观察沿磁场方向观察沿磁场方向观察沿磁场方向观察反常塞曼效应：反常塞曼效应：反常塞曼效应：反常塞曼效应：除正常塞曼效应外的塞曼效应。除正常塞曼效应外的塞曼效应。除正常塞曼效应外的塞曼效应。除正常塞曼效应外的塞曼效应。19
18、021902年，洛仑兹、塞曼获诺贝尔物理学奖年，洛仑兹、塞曼获诺贝尔物理学奖年，洛仑兹、塞曼获诺贝尔物理学奖年，洛仑兹、塞曼获诺贝尔物理学奖二、理论解释二、理论解释二、理论解释二、理论解释1.1.1.1.基本理论基本理论基本理论基本理论 设无磁场时，有两个能级设无磁场时，有两个能级设无磁场时，有两个能级设无磁场时，有两个能级 ，它们之间的跃迁将它们之间的跃迁将它们之间的跃迁将它们之间的跃迁将产生产生产生产生一条谱线：一条谱线：一条谱线：一条谱线： 若加外磁场，则两个能级各附加能量若加外磁场，则两个能级各附加能量若加外磁场，则两个能级各附加能量若加外磁场，则两个能级各附加能量 , ,使能级发使能
19、级发使能级发使能级发生分裂，所以光谱为：生分裂，所以光谱为：生分裂，所以光谱为：生分裂，所以光谱为：将频率差转为波数差将频率差转为波数差将频率差转为波数差将频率差转为波数差: : 磁能级之间的跃迁选择定则磁能级之间的跃迁选择定则磁能级之间的跃迁选择定则磁能级之间的跃迁选择定则 产生产生产生产生 线线线线( ( ( (但但但但 时时时时 除外除外除外除外) ) ) ) 产生产生产生产生 线线线线2.2. 镉镉镉镉6438.476438.476438.476438.47埃的塞曼效应埃的塞曼效应埃的塞曼效应埃的塞曼效应这条线对应的跃迁是这条线对应的跃迁是这条线对应的跃迁是这条线对应的跃迁是1D21P
20、11P11D2L S J M g Mg2 0 2 0，1， 2 1 21 0 1 0， 1 1 1 00L 借助格罗春图计算波数的改变：借助格罗春图计算波数的改变：M 2 1 0 -1 -2 M2g2 2 1 0 -1 -2M1g1 1 0 -1（M2g2 - M1g1）=0 0 0-1 -1 -11 1 1 0L01D21P16438无磁场有磁场Cd6438的正常塞曼效应跃迁图MMg-1-2-1-2210210-1-110103.3. NaNaNaNa原子原子原子原子5890589058905890埃和埃和埃和埃和5896589658965896埃双线的塞曼效应埃双线的塞曼效应埃双线的塞曼效
21、应埃双线的塞曼效应这两条线对应的跃迁是：这两条线对应的跃迁是：这两条线对应的跃迁是：这两条线对应的跃迁是：2P3/22P1/22S1/22S1/22P3/22P1/2L S J M g Mg 0 1/2 1/2 1/2 2 1 1 1/2 1/2 1/2 2/3 1/3 1 1/2 3/2 1/23/2 4/3 2/3 6/32S1/2在外磁场中2P3/2分裂为四个塞曼能级， 间距为4 BB /3；2P1/2分裂为二，间距为 2BBo/3 ； 2S1/2分裂为二，间距为 2BBo2P1/22S1/2M 1/2 -1/2 M2g2 1/3 -1/3 M1g1 1 -1（M2g2 - M1g1）=
22、-2/3 2/3-4/34/3借助格罗春图计算波数的改变：借助格罗春图计算波数的改变：借助格罗春图计算波数的改变：借助格罗春图计算波数的改变：2P3/22S1/2M 3/2 1/2 -1/2 -3/2 M2g2 6/3 2/3 -2/3 -6/3M1g1 1 -1-1/3 1/3-5/3 -3/33/3 5/33S3P不考虑自旋不考虑自旋考虑自旋考虑自旋2S1/22P1/22P3/21/2 1/3-1/2 -1/31/2 1-1/2 -1Mg-1/2 -2/3M3/2 6/31/2 2/3-3/2 -6/3在磁场中在磁场中 5896 58905896589058934.4. 塞曼效应谱线的偏振
23、性质塞曼效应谱线的偏振性质塞曼效应谱线的偏振性质塞曼效应谱线的偏振性质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发光子的角动量的矢量和发光子的角动量的矢量和发光子的角动量的矢量和( ( ( (光子的角动量为光子的角动量为光子的角动量为光子的角动量为 ).).).). M=MM=M2(2(初初初初) )-M-M1(1(末末末末) )=+1: =+1: （ + +型偏振）型偏振）型偏振）型偏振）原子在磁场方向的角
24、动量减少原子在磁场方向的角动量减少原子在磁场方向的角动量减少原子在磁场方向的角动量减少 1 1 1 1 ，所发光子必定具有在，所发光子必定具有在，所发光子必定具有在，所发光子必定具有在磁场方向磁场方向磁场方向磁场方向+1+1+1+1 的的的的角动量。角动量。角动量。角动量。迎着磁场方向观察：迎着磁场方向观察：迎着磁场方向观察：迎着磁场方向观察：该光的矢量该光的矢量该光的矢量该光的矢量逆时旋转逆时旋转逆时旋转逆时旋转，所以，所以，所以，所以它是左旋圆偏振光它是左旋圆偏振光它是左旋圆偏振光它是左旋圆偏振光+ + + +。（沿B方向观察，它是右旋圆偏振光-）垂直于磁场方向观察：垂直于磁场方向观察：垂
25、直于磁场方向观察：垂直于磁场方向观察： 线偏振光。线偏振光。线偏振光。线偏振光。 M=MM=M2(2(初初初初) )-M-M1(1(末末末末) )= -1: = -1: （ - - 型偏振）型偏振）型偏振）型偏振）原子在磁场方向的角动量增加原子在磁场方向的角动量增加原子在磁场方向的角动量增加原子在磁场方向的角动量增加 1 1 1 1 ，所发光子必定具有在，所发光子必定具有在，所发光子必定具有在，所发光子必定具有在磁场方向磁场方向磁场方向磁场方向 - - 的的的的角动量。角动量。角动量。角动量。迎着磁场方向观察：迎着磁场方向观察：迎着磁场方向观察：迎着磁场方向观察：该光的矢量该光的矢量该光的矢量
26、该光的矢量顺时旋转顺时旋转顺时旋转顺时旋转，所以，所以，所以，所以它是右旋圆偏振光它是右旋圆偏振光它是右旋圆偏振光它是右旋圆偏振光- - 。（沿B方向观察，它是左旋圆偏振光+ + + + ）垂直于磁场方向观察：垂直于磁场方向观察：垂直于磁场方向观察：垂直于磁场方向观察： 线偏振光。线偏振光。线偏振光。线偏振光。 M=0M=0： （ 型偏振）型偏振）型偏振）型偏振）光子携带角动量垂直于磁场。光子携带角动量垂直于磁场。光子携带角动量垂直于磁场。光子携带角动量垂直于磁场。迎着磁场方向观察：迎着磁场方向观察：迎着磁场方向观察：迎着磁场方向观察：观察不到观察不到M=0M=0M=0M=0跃迁的光跃迁的光跃
27、迁的光跃迁的光垂直磁场方向观察垂直磁场方向观察垂直磁场方向观察垂直磁场方向观察：电矢量平行磁场的线电矢量平行磁场的线电矢量平行磁场的线电矢量平行磁场的线偏振光。偏振光。偏振光。偏振光。按观察方向：按观察方向：按观察方向：按观察方向：在垂直磁场方向：在垂直磁场方向：在垂直磁场方向：在垂直磁场方向： 迎磁场方向：迎磁场方向：迎磁场方向：迎磁场方向：6.5 帕邢帕邢贝克效应贝克效应1912191219121912年年年年。原原原原子子子子谱谱谱谱线线线线在在在在强强强强磁磁磁磁场场场场中中中中分分分分裂裂裂裂的的的的现现现现象象象象。强强强强磁磁磁磁场场场场虽虽虽虽然然然然破破破破坏坏坏坏了了了了L
28、SLSLSLS耦耦耦耦合合合合，但但但但各各各各电电电电子子子子间间间间的的的的轨轨轨轨道道道道角角角角动动动动量量量量、自自自自旋旋旋旋角角角角动动动动量量量量的的的的耦耦耦耦合合合合仍仍仍仍然存在，然存在，然存在，然存在，L,SL,SL,SL,S量子数仍然有意义，而总角动量量子数仍然有意义，而总角动量量子数仍然有意义，而总角动量量子数仍然有意义，而总角动量J J J J不再有意义。不再有意义。不再有意义。不再有意义。轨道磁矩、自旋磁矩与强磁场作用，产生的能级分裂为：轨道磁矩、自旋磁矩与强磁场作用，产生的能级分裂为：轨道磁矩、自旋磁矩与强磁场作用，产生的能级分裂为：轨道磁矩、自旋磁矩与强磁场
29、作用，产生的能级分裂为：选择定则：选择定则：选择定则：选择定则：因此：因此：因此：因此：当当当当 当当当当 谱线分裂为三条。谱线分裂为三条。谱线分裂为三条。谱线分裂为三条。正正正正常常常常塞塞塞塞曼曼曼曼分分分分裂裂裂裂谱谱谱谱线线线线也也也也为为为为三三三三条条条条，但但但但两两两两者者者者产生的机理不同。产生的机理不同。产生的机理不同。产生的机理不同。强、弱外磁场说明：强、弱外磁场说明：强、弱外磁场说明：强、弱外磁场说明：例题：例题：例题：例题：已知锂原子主线系第一条谱线由两条精细谱线已知锂原子主线系第一条谱线由两条精细谱线已知锂原子主线系第一条谱线由两条精细谱线已知锂原子主线系第一条谱线
30、由两条精细谱线 A A A A组组组组成成成成，试试试试问问问问当当当当外外外外磁磁磁磁场场场场为为为为B=3.2T B=3.2T B=3.2T B=3.2T 时时时时，产生何种效应，能级分裂的裂距？产生何种效应，能级分裂的裂距？产生何种效应，能级分裂的裂距？产生何种效应，能级分裂的裂距？解解解解: : : :此此此此能能能能量量量量也也也也可可可可理理理理解解解解为为为为电电电电子子子子自自自自旋旋旋旋磁磁磁磁矩矩矩矩与与与与电电电电子子子子轨轨轨轨道道道道运动产生的内磁场间的作用所致。运动产生的内磁场间的作用所致。运动产生的内磁场间的作用所致。运动产生的内磁场间的作用所致。可见，表现为帕邢
31、可见，表现为帕邢可见，表现为帕邢可见，表现为帕邢- - - -贝克效应。在磁场中，能级的裂距贝克效应。在磁场中，能级的裂距贝克效应。在磁场中，能级的裂距贝克效应。在磁场中，能级的裂距 波数表示：波数表示：波数表示：波数表示： 对钠原子主线系第一条谱线由两条精细谱线对钠原子主线系第一条谱线由两条精细谱线对钠原子主线系第一条谱线由两条精细谱线对钠原子主线系第一条谱线由两条精细谱线 A A A A组成，同理可计算出内磁场约为组成，同理可计算出内磁场约为组成，同理可计算出内磁场约为组成，同理可计算出内磁场约为18T18T18T18T。 思考题 （1）什么是正常塞曼效应和反常常塞曼效应？反常塞曼效应“反
32、常”在哪些方面？用格罗春图原则地解释钠原子D线的塞曼效应。（吉林大学1994、北师大1997）（2）导出原子的有效磁矩的表达式。（3）氢原子中单电子的g因子表达式，并指出适用条件。（吉林大学2001） （4）简要描述史特恩盖拉赫实验在原子物理学发展过程中的重要性，并回答下列问题：画出实验装置示意图、说明实验原理及实验结果。磁场为什么在垂直于原子束方向必须是非均匀的？用一束处于基态的氢原子，会产生什么样的图样？为什么？用一束处于基态的汞原子（1S0），会产生什么样的图样？为什么？（吉林大学1998、2000）（5）塞曼效应结果说明了什么？（6）导出拉摩尔进动频率。 （7）计算Hg原子从6s7s3
33、S16s7p3P2跃迁发出的波长为5461nm的谱线,在外场B=1T中所发生的塞曼效应。（8）若要求光谱仪能分辨在B=0.2T的磁场中钠原子谱线589nm（2P3/22S1/2）的塞曼结构，试求此光谱仪最小分辨本领。 （2000中科院）（9）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）；（10）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
34、光，线偏振光，还是二者皆有？1.1.在正常塞曼效应中在正常塞曼效应中, ,沿磁场方向观察时沿磁场方向观察时, ,将看到几条光谱线将看到几条光谱线? ? A. 0条 B. 1条 C.2条 D. 3条2.2.正常塞曼效应总是对应正常塞曼效应总是对应3 3条谱线条谱线, ,是因为是因为: : A. 每个能级在外磁场中劈裂成三个; B. 不同能级的朗德因子g的大小不同 C. 每个能级在外磁场中劈裂后的间隔相同 D. 因为只有三种跃迁 3. 3. 塞曼效应对于谱线偏振的正确解释是塞曼效应对于谱线偏振的正确解释是: :A.沿磁场观察时,垂直于磁场方向的谱线将看不见B.因光子内禀角动量是，因而观察到的谱线总
35、是偏振的C.由于跃迁在磁场中进行，所以角动量在磁场方向的分量量子化是导致偏振的原因D.角动量守恒是导致谱线偏振的根本原因4.4.原子的有效磁矩应理解为：原子的有效磁矩应理解为：A.原子内轨道磁矩和自旋磁矩的代数和B.原子总磁矩在总角动量方向的投影值C.原子内轨道磁矩和自旋磁矩的向量和D.原子总磁矩垂直于总角动量方向的投影值5.5.某原子处于某原子处于4 4D D1/21/2态态, ,若将该原子放置于弱磁场中若将该原子放置于弱磁场中, ,则原能级则原能级: :A. 分裂为2个 B. 分裂为9个C. 不分裂 D. 分裂为4个选择题 6.碱碱金金属属的的漫漫线线系系的的第第一一条条精精细细结结构构光
36、光谱谱线线2 2D D3/23/2 2 2P P3/23/2在在磁磁场场中中发发生生塞塞曼效应而光谱线分裂曼效应而光谱线分裂, ,沿磁场方向拍摄的光谱线条数为沿磁场方向拍摄的光谱线条数为: : A.3条 B.9条 C.4条 D.6条7.7.原子在外磁场中形成的某谱线裂距一般是指原子在外磁场中形成的某谱线裂距一般是指: : A.受外磁场作用后形成的与未加磁场时谱线波数之差 B.受外磁场作用后形成的与未加磁场时的能级间的能级差 C.受外磁场作用后形成的谱线间的波数之差 D.受外磁场作用后形成的谱线的最大波数与最小波数之差8.8.在塞曼效应中在塞曼效应中, ,原子谱线分裂的宽度与原子谱线分裂的宽度与
37、 A.外加的磁感应强度成正比 B. 外加的磁感应强度成反比 C.原子的质量成反比 D.原子所带电量成反比9.9.使窄的原子束按照施特恩使窄的原子束按照施特恩格拉赫的方法通过极不均匀的磁场格拉赫的方法通过极不均匀的磁场, ,若原子若原子处于处于3 3P P1 1态态, ,试问原子束分裂成多少试问原子束分裂成多少? ? A.不分裂 B.3束 C.5束 D.7束10.10.碳原子碳原子(Z=6)(Z=6)当被激发到当被激发到2p5s2p5s3 3P P2,1,02,1,0状态后状态后, ,如能直接跃迁到如能直接跃迁到1s2s1s2s3 3S S1 1状状态态, ,则可能产生几条谱线则可能产生几条谱线? ? A.3条 B.6条 C.2条 D.不能跃迁
