大学物理演示(量子)7(赵)分解.ppt

* 25.3 电子自旋 1.正常塞曼效应 强磁场中的原子所发出的每条光谱线都分裂为三条 2.反常塞曼效应 (1) 光谱的精细结构：无磁场 如: 钠 D1 线: 589.0nm，D2 线: 589.6nm (2) 反常塞曼效应：弱磁场中，谱线分裂为偶数条 如: 钠D1 线 分裂为 4条，D2分裂为 6条 ----- 不可能由轨道运动状态引起的 25.3.1斯特恩 -盖拉赫实验(Stern-Gerlach experiment) 1.角动量和磁矩的关系 ? r -e , me ?z Lz v L B i z ● 1922年为验证角动量空间量子化而进行此实验。 2. 磁矩在磁场中受力 —— 玻尔磁子 （Bohr magneton） 令 这表明电子轨道磁矩的取向是量子化的。 有 设 Fz z 原子射线 ● 磁矩在磁场中的能量 也是分立的。 磁矩在 z向受力 3. 施特恩 — 盖拉赫实验 加了磁场 不加磁场 斯特恩正在观测 银原子束通过非均匀的磁场时，分裂成了两束 25.3.2 电子自旋 （electron spin） 1925年乌伦贝克（G.E.Uhlenbeck）和古兹 电子不是质点，有固有的 自旋角动量 自旋磁矩 电子带负电，磁矩的方向和自旋的方向应相反 提出了大胆的假设： 米特（S. Goudsmit）根据实验的事实， 和朝下两种取向。 这一经典图象 若把电子视为r =10 -16 m的小球， 估算出的电子表面速度 c ! 面对按经典图象理解所给出的“荒谬”结果， 乌、古二人(当时不到25岁)曾想撤回自旋的论文， 相对于外磁场方 向（z）， 有朝上 z 受到了泡利的责难。 电子自旋是一种 “内禀” 运动， 不是小球自转。 自旋算符 自旋角动量与 角动量 类似 m 有 2l+1 值 有 2s+1 值 实验：自旋角动量只有2个取向 （s 与 l 对应） s 称为自旋量子数 称为自旋磁量子数 本征值 自旋量子数 角量子数 自旋磁量子数 磁量子数 ∴ 自旋角动量平方 的本征值是 的本征值都是 则 自旋磁量子数ms 自旋角动量大小 3，考虑自旋自由度后，波函数应为 四个量子数 每一组确定一个波函数 所以，每一组 代表一个状态 考虑自旋后，对应主量子数为 n 的能级有 个简并度 一个电子其运动状态 由四个量子数 n, l, ml，ms决定 主量子数n 主要决定电子能量 角量子数 主要决定电子云（轨道）形状 （当 相同 不相同时，能量稍有不同） 磁量子数ml 决定电子云（轨道）空间取向 角动量大小 自旋磁量子数ms 决定电子自旋角动量空间取向 在外场方向投影 在外场方向投影 四个量子数 25.5 多电子原子 25.5.1、泡利原理 泡利不相容原理 1925年 一个原子内不可能有两个或两个以上的电子具有完全相同的状态。 微观粒子分类 玻色子 费米子 泡利原理对一切费米子都适用 全同粒子 1945年 Nobel Prize 质量,电荷,自旋,寿命, 不可能有两个或两个以上的电子处于同一个量子态。 一个原子内不可能有四个量子数完全相同的电子。 全同性原理 — 量子力学的基本原理 全同粒子所组成的体系中，二全同粒子相互交换不引起体系物理状态的改变。 两个全同粒子波函数 同一个状态 交换对称，玻色子 交换反对称，费米子 若两个全同粒子处在同一个量子态上 两组量子数完全相同 必然是交换对称的，玻色子 两个全同费米子不能处在同一个量子态上！ 25.5.2.原子的壳层结构 壳层 K, L, M, N, …… 壳层 s, p, d, f, g, …… 次壳层 次壳层 如：n = 3, l = 0, 1, 2 , …分别称为3s态,3p态,3d态… 电子在原子内的分布 多电子原子系统中，核外电子在不同的壳层上的分布要遵从的两条规律： 1.泡利原理 一个原子内不可能有两个或两个以上的电子处于完全相同的量子态。 2.能量最低原理 原子系统处于正常状态时,每个电子都趋向于首先占据能量最低的能级。 原子中的电子 5 原子的电子壳层结构 1. n, l, ml，ms 都确定以后, 具有这些量子数的电子不多于一个. 2. n，l，ml 相同, 最多只有两个， ms分别为1/2和-1/2. 一个电子的运动状态 ? 四个量子数 n, l, ml ，ms 3. n, l