原子的精细结构：电子的自旋.PPT

第三章：原子的精细结构：电子的自旋 把原子放入磁场中，其光谱线发生分裂，原来的一条谱线分裂成几条的现象，被称为塞曼效应。 这是1896年由荷兰物理学家塞曼在实验中观察到的。光谱的分裂根源于其能级的分裂。 根据谱线分裂情况的不同，塞曼效应分为正常塞曼效应与反常塞曼效应。 第五节：塞曼效应 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 第三章：原子的精细结构：电子的自旋 第五节：塞曼效应 一般情况下，谱线分裂成很多成分。称为反常塞曼效应，也叫复杂塞曼效应。 特殊情况下，谱线分裂成三种成分。称为正常塞曼效应，也叫简单塞曼效应。 塞曼效应反映了原子所处状态，从塞曼效应的实验结果可以推断有关能级的分裂情况，是研究原子结构的重要途径之一。 本节从研究能级的分裂着手对正、反常塞曼效应进行讨论。 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 前面讨论了自旋磁矩 在原子内磁场中的附加能量引起能级第二次分裂，导致光谱精细结构的情况，在原子内， 与 的合成使得原子有一个总角动量 ； 第三章：原子的精细结构：电子的自旋 第五节：塞曼效应 塞曼效应-磁场中的能级分裂 与此对应，原子有一个总磁 的有效分量就是上面讨论的 ；以下记为 ； 原子放入外磁场时， 与 的作用使原子又获得附加能量，从而导致能级的第三次分裂；分裂层数由附加能量的个数决定；这是产生塞曼效应的本质原因。 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 （取 方向为 Z 轴） 第三章：原子的精细结构：电子的自旋 第五节：塞曼效应 下面先讨论这个附加能量。磁矩 在外磁场中的势能为 因为 所以 式中 m 和 g 都与能级有关，对于给定的l ,s,j，g 同样是确定的。 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 分裂成2j+1个新能级，我们也常称其为能级的第三次分裂。 第三章：原子的精细结构：电子的自旋 第五节：塞曼效应 Mj有2j+1个值（mj=j，j-1，…-j）， 即式 U=mgμBB 因为 m 的不同，有2j+1个不同的值 原来的一个能级 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 能级的分裂必然导致光谱的分裂，设某条谱线产生与 的跃进，加外磁场后，E1，E2 分别变为E1′和E2′，即 第三章：原子的精细结构：电子的自旋 第五节：塞曼效应 而 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 第三章：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），根据b 的不同又分为正常和反常塞曼效应。 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 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 第三章：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 第三章：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。 由于跃迁的结果是放出光子，光子的自旋角动量是h，因此，△m 的数值不可能超过1 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 第三章：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 第三章：原子的精细结构：电子的自旋 第五节：塞曼效应 Cd原子的分裂谱线 磁场中的能级分裂 正常塞曼效应 反常塞曼效应 帕