原子物理4第四章解析.ppt

光谱和能级的精细结构应该从原子的运动特征进行解释 除了相对论效应外，还应该有其它因素 电子应该还有除了轨道运动之外的其它运动特征 用另外一个力学量描述这种运动特征 尝试引入另外一种角动量 第四章：原子的精细结构：电子的自旋 第五节：塞曼效应 故有 由上式可见，原来的谱线 hv 现在变成了hv′，v′的大小和取值个数取决于△（mg）。 磁场中的能级分裂 正常塞曼效应 反常塞曼效应 帕刑-巴克效应 原子态的表示 结束 目录 next back 在外磁场中，总自旋为零的原子表现出正常塞曼效应，总自旋不为零的原子表现出反常塞曼效应。 中放一光源，可以从平行磁场方向和垂直于磁场方向分别进行观测。 方向观察到的三条线偏振光，平行于 第四章：原子的精细结构：电子的自旋 第五节：塞曼效应 正常塞曼效应 在磁场 垂直于 方向观察到两条左、右旋偏振光。 磁场中的能级分裂 正常塞曼效应 反常塞曼效应 帕刑-巴克效应 原子态的表示 结束 目录 next back 第四章：原子的精细结构：电子的自旋 第五节：塞曼效应 正常塞曼效应—理论解释 正常塞曼效应产生于g=1（总自旋为零）的能级之间，这时有 （1） 由上式可见，△m 有多少个不同值，就有多少条谱线。 磁场中的能级分裂 正常塞曼效应 反常塞曼效应 帕刑-巴克效应 原子态的表示 结束 目录 next back 电子发生跃迁前后两个原子态的总自旋都为零的谱线称为单态谱线，单态谱线分裂为三条的现象称为正常塞曼效应。 第四章：原子的精细结构：电子的自旋 第五节：塞曼效应 根据量子力学的计算，选择定则不仅对量子数l ，j 提出了限制，对 m 也提出了限制。 m 的选择定则是 所以（1）式化为 0 （2） 磁场中的能级分裂 正常塞曼效应 反常塞曼效应 帕刑-巴克效应 原子态的表示 结束 目录 next back 塞曼效应的偏振特性 为了说明塞曼效应的偏振与ΔM的关系，我们先复习一下电磁学中偏振及角动量方向的定义。 对于沿Z方向传播的电磁波，它的电矢量必定在xy平面(横波特性)，并可分解为Ex和Ey ?: 当α=0时，电矢量就在某一方向做周期变化，此即线偏振； 当α=π/2，A=B 时，合成的电矢量的大小为常数，则电矢量 E 的矢端轨迹为圆，此即圆偏振。 右旋偏振和左旋偏振：若沿着z轴对准光传播方向观察见到的电矢量作顺时针转动，称右旋(圆)偏振(下图 (a))；假如见到的电矢量作逆时针转动，则称为左旋(圆)偏振(下图(b))。圆偏振光具有角动量的实验事实，是由贝思(R·A·Beth)在1936年观察到的，光的角动量方向和电矢量旋转方向组成右手螺旋定则。因而对右旋偏振，角动量方向与传播方向相反，对左旋偏振，两者相同。 偏振及角动量的定义 第四章：原子的精细结构：电子的自旋 第五节：塞曼效应 正常塞曼效应—对偏振光的解释 为了解释正常塞曼效应中的偏振光，我们首先介绍下面几个基本概念： 磁场中的能级分裂 正常塞曼效应 反常塞曼效应 帕刑-巴克效应 原子态的表示 结束 目录 next back 1)当原子处在某能级分裂后的新能级m上时，其角动量在 方向的分量是m h，光子的角动量是 h； 第四章：原子的精细结构：电子的自旋 第五节：塞曼效应 2)原子在不同能级间辐射跃迁时，角动量是守恒的，即系统辐射前的总角动量等于辐射后系统的角动量加上光子的角动量； 但新的跃迁不能发生在同一能级分裂的诸新能级之间。 磁场中的能级分裂 正常塞曼效应 反常塞曼效应 帕刑-巴克效应 原子态的表示 结束 目录 next back 3)辐射跃迁遵从选择定则 第四章：原子的精细结构：电子的自旋 第五节：塞曼效应 利用上面几条，我们可以对各种偏振现象给出合理的解释 磁场中的能级分裂 正常塞曼效应 反常塞曼效应 帕刑-巴克效应 原子态的表示 结束 目录 next back 方向上看是左旋光（?+偏振）。 当 时，意味着电子从 这时光子的角动量与 方向相同，所以平行于 方向上看是线偏振光。 方向上看是右旋光（?+ 偏振），垂直于 方向相反，以抵消总角动量的增加，所以平行于 时，理由同上，这时光子的角动量与 b.当 方向看不到此光，而在垂直于 方向角动量的守恒，这时在平行于