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1、 单一原子的磁矩：单一原子的磁矩： 在磁场方向的分量：在磁场方向的分量： 在磁场中的能量：在磁场中的能量： （mmJ J 共 J, J1，0，J： 2J1个值） 设单位体积中有设单位体积中有N N0 0个原子，个原子， 如果如果如果如果: : : : 原子数按能原子数按能原子数按能原子数按能级级级级平均分配平均分配平均分配平均分配, , , ,则：则： 每个能级的原子数每个能级的原子数: MM (磁化强度磁化强度磁化强度磁化强度：单位体积中的磁矩和单位体积中的磁矩和) )M = 结结结结 果：果：果：果： 原子蒸汽无磁性！原子蒸汽无磁性！原子蒸汽无磁性！原子蒸汽无磁性！ 如果：如果：如果：如果
2、：原子数随能量按原子数随能量按原子数随能量按原子数随能量按波耳兹曼律波耳兹曼律波耳兹曼律波耳兹曼律分布分布分布分布 ( ( ( (热平衡！）热平衡！）热平衡！）热平衡！）, , 则处于：则处于：则处于：则处于： J, BJ, B g gJ J mmJ J B B 能级的原子数为：能级的原子数为：能级的原子数为：能级的原子数为： 弱磁场时弱磁场时弱磁场时弱磁场时， 代入上式代入上式代入上式代入上式： 磁化强度磁化强度磁化强度磁化强度： 因为：因为：因为：因为： 因为：因为：因为：因为： 所以：所以：所以：所以： 讨论：讨论：讨论：讨论： （1 1 1 1）J J J J0 0 0 0 的原子（如
3、惰性气体）的原子（如惰性气体）的原子（如惰性气体）的原子（如惰性气体）无顺磁性无顺磁性无顺磁性无顺磁性； （2 2）MM 1/T1/T ( (居里定律居里定律居里定律居里定律) )，MM B B；说明热运；说明热运；说明热运；说明热运 动使原子趋于无序，外场使原子趋于规则排列。动使原子趋于无序，外场使原子趋于规则排列。动使原子趋于无序，外场使原子趋于规则排列。动使原子趋于无序，外场使原子趋于规则排列。. 原子光谱的塞曼效应原子光谱的塞曼效应 EJ, B gJ mJ B 的应用之三的应用之三 塞曼效应：塞曼效应：塞曼效应：塞曼效应：塞曼（塞曼（P. Zemam, 荷兰人，荷兰人，1896）发现：
4、）发现： 发射原子光谱的发射原子光谱的光源放入磁场光源放入磁场光源放入磁场光源放入磁场中后，光源的中后，光源的光谱线发光谱线发光谱线发光谱线发 生分裂生分裂生分裂生分裂的现象。的现象。 由于塞曼效应的发现，塞曼于由于塞曼效应的发现，塞曼于1902年，获得诺贝尔物理年，获得诺贝尔物理 学奖。学奖。 上能级，上能级，上能级，上能级，1 1P P1 1 ： S S=0=0，L L=1=1， J J=1=1； mmJ J=1=1，0 0，-1-1 5.3.1 5.3.1 正常塞曼效应正常塞曼效应正常塞曼效应正常塞曼效应 ( ( ( ( 定义：？定义：？定义：？定义：？） 例例1，He He ：502.
5、6 nm502.6 nm 线（线（ ） 在磁场中能级分裂情况：在磁场中能级分裂情况： E EJ, BJ, Bg gJ J mmJ J B B B B= =BB，-BB.0, 下下下下能级能级能级能级, , 1 1S S0 0 ：S =0, L=0, J =0; mJ = 0 E EJ, BJ, B0 (0 (Why?)Why?)mJ，gJ mJ 1， 1 -1， -1 0， 0 0， 0 mmJ J 的选择定则：的选择定则：的选择定则：的选择定则： mmJ J 1 1，0 01020 为求能级分裂后的谱线频率，为求能级分裂后的谱线频率， 设：设：上能级上能级上能级上能级未分裂前能量未分裂前能量
6、 E E2 2， 分裂后能量为分裂后能量为 E E2 2 E E2 2 E E2 2； 下能级下能级下能级下能级未分裂前能量为未分裂前能量为 E E1 1，分裂后能量为分裂后能量为 E E1 1 E E1 1 E E1 1； E E2 2 - E- E1 1 = =（E E2 2 + + E E2 2）- -（E E1 1+ + E E1 1） = =（E E2 2-E-E1 1）+ +（ E E2 2- - E E1 1）= = h h 代入代入代入代入： h h = h 0 + B B（gJ 2 mJ 2 - gJ 1 mJ 1） = 0 0 +( B B/ h)（g gJ J 2 2 m
7、mJ J 2 2 - - g gJ J 1 1 mmJ J 1 1） 1 1 = = 0 0 - - B B B B/ / h h， 1 1P P1 11 1S S0 0 2 2 = = 0 0 + + B B B B/ / h h， 又例又例又例又例：Ca 原子原子 643.9 nm643.9 nm线线（1 1D D2 2 1 1P P1 1） 步骤步骤步骤步骤 1 1：1 1D D2 2 和和和和 1 1P P1 1 能级的能级的能级的能级的塞曼塞曼塞曼塞曼能级裂距能级裂距能级裂距能级裂距上能级：上能级：上能级：上能级： 1 1D D2 2：S=0, L=2, J=2; mJ = 2,1,
8、 0, -1, -2 EJ, B gJ mJB B2B B, B B, 0, - B B, -2B B下能级：下能级：下能级：下能级： 1 1P P1 1：S S=0, =0, L L=1, =1, J J=1; =1; mmJ J = 1, 0, -1 = 1, 0, -1 EJ, B gJ mJB BB B, 0, - B B 步骤步骤步骤步骤 2 2 2 2：作图标明能级跃迁情况及谱线的分裂作图标明能级跃迁情况及谱线的分裂 步骤步骤步骤步骤 3 3：分裂后的谱线频率分裂后的谱线频率分裂后的谱线频率分裂后的谱线频率 = = 0 0 +( +( B B B B/ / h h) )（g gJ
9、J 2 2 mmJ J 2 2 - -g gJ J 1 1 mmJ J 1 1） mJ 1： 1 = 0 + B B B/ h mmJ J-1-1： 2 2 = = 0 0 - - B B B B/ / h h mmJ J 0 0： 0 0 一条谱线一条谱线一条谱线一条谱线在在弱磁场弱磁场弱磁场弱磁场中中分裂为三条分裂为三条分裂为三条分裂为三条 的塞曼效应称为的塞曼效应称为正常塞曼效应。正常塞曼效应。正常塞曼效应。正常塞曼效应。 特点：特点：特点：特点：单重态单重态单重态单重态 单重态单重态单重态单重态 （g gJ J = =1 1，能级等距分裂），能级等距分裂），能级等距分裂），能级等距分裂
10、） 1 , 0 0 , 2 25.3.25.3.2 塞曼效应的偏振特性塞曼效应的偏振特性塞曼效应的偏振特性塞曼效应的偏振特性 设设 E E 为光场的电矢量方向，为光场的电矢量方向，0：E E B B 的的线偏光线偏光线偏光线偏光，记为，记为 ； 1：E E B B 的的圆偏光圆偏光圆偏光圆偏光，记为，记为 （ ，左旋，左旋，左旋，左旋）；）； -1：E E B B 的的圆偏光圆偏光圆偏光圆偏光，记为，记为 （ ，右旋，右旋，右旋，右旋）。）。 mJ = 分量分量分量分量： 横向观察：可见，线偏！横向观察：可见，线偏！ 纵向观察：纵向观察：不可见不可见! 分量分量分量分量： 横向观察：可见，线偏
11、横向观察：可见，线偏! 纵向观察：纵向观察：可见，圆偏可见，圆偏!5.3.3 5.3.3 反常塞曼效应反常塞曼效应反常塞曼效应反常塞曼效应弱磁场中非三线分裂弱磁场中非三线分裂弱磁场中非三线分裂弱磁场中非三线分裂的塞曼效应的塞曼效应的塞曼效应的塞曼效应例如：例如：Na ：589.6 nm 线线 (3 2 2P P1/2 1/2 3 3 2 2S S1/21/2) ) ) ) 上能级上能级， S=1/2, L=1, J =1/2; g gJ J = 2/3 = 2/3; mmJ J = 1/2, -1/2= 1/2, -1/2 EJ, B gJ mJB B -B B/3 , B B /31/2 ,
12、 1/3-1/2 , -1/3 下能级下能级， S=1/2, L=0, J=1/2; g gJ J = 2; = 2; mmJ J = 1/2, -1/2 = 1/2, -1/2 EJ, B gJ mJB B -B B , B B1/2 , 1-1/2 , -1 1 2 3 4 0精品课件精品课件！精品课件精品课件！又例：又例：Na ：589.0 nm 线线 (3 2 2P P3 / 2 3 / 2 3 3 2 2S S1 / 21 / 2) ) ) ) EJ, B gJ mJB B 2B B , 2B B/3 , - 2B B /3, -2B B 下能级下能级， S=1/2, L=0, J=
13、1/2; g gJ J = 2; = 2; mmJ J = 1/2, -1/2 = 1/2, -1/2 EJ, B gJ mJB B -B B , B B 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 + + + + - - - - 上能级上能级， S=1/2, L=1, J=3/2; gJ = 4/3; mmJ J = 3/2= 3/2，1/21/2，-1/2-1/2，-2/3-2/3 1/2 , 1-1/2 , -13/2 , 6/3 1/2 , 2/3 -1/2 , -2/3 -2/3 , -6/3 1 1 = 0 + B B/ h; 2 2 = 0 -（ B B/ h）/3; 3 3 = 0 + 5( B B/ h) /3; 6 6 = 0 - B B/ h ; 5 5 = 0 +（ B B/ h）/3; 4 4 = 0 - 5( B B/ h) /3. 0
