原子的量子态-激光光谱研究所.PPT

极化而成的电偶极子的电场又作用于价电子，使它感受到除库仑场以外的另加的吸引力，有效电荷不再为一个单位的正电荷，这就引起能量的降低。 L值较小的轨道是偏心率较大的椭圆轨道，当电子运动到一部分轨道上时，由于离原子实很近，所以引起较强的极化，对能量的影响大. 对L值较大的轨道来说，是偏心率不大的轨道，近似为圆形轨道，极化效应弱，所以对能量的影响也小。 碱金属光谱 对于同一n值 第二章 小结 普朗克的黑体辐射能量密度公式 维恩公式 光电效应 里德堡公式 波数 R=4/B, B=364.56nm 玻尔的氢（类氢）原子模型 定态条件 频率条件 角动量量子化 里德堡常数 波数 里德堡常数的修正： 玻尔模型的推广 椭圆轨道 相对论修正 n 称为主量子数，且 n=1,2,3……; L称角量子数，它决定运动系统轨道角动量的大小，且 n 取定后， 1，2，……，n。 组合常数 电子电荷 e=1.602 E-19C, 真空介电常数ε0=8.86E-12F/m 普朗克常数h=6.626E-34 Js 电子质量me=9.109E-31kg 光速c=28m/s 物理学、包括原子物理学研究的内容大体都可以分为这三类：物质的组成部分、其运动规律、和相互作用。在原子物理学中，人们对原子的个西瓜模型，认为原子核较为均为的分布在原子内，其余空间填充着电子；但卢瑟福的散射实验发组成结构的认识主要经历了如下几个阶段：道尔顿模型，他把原子看出一个实心小球；随着时间的推移和实验技术的进步，人们发现原子是由原子核和核外的电子组成的，汤姆生提出了一现原子核其实只占据原子内很小的空间，他类比天体运动，认为原子核就像一个恒星，电子就像微扰恒星运转的行星。后来的实验发现，原子中电子的运动轨道和宏观世界中行星运动是不一样的，轨道是分立的，这时玻尔提出了他的原子模型；而现代物理中的原子模型是基于波函数描述的原子云模型，电子以一些概率存在与特定的轨道能级。这些原子模型的发展越来越科学，越来越接近于真实的物理实在。由于玻尔的模型不需要很高的数学运算，还能解决绝大多数的实验现象，获得了广泛的应用。这些模型均是针对单个原子提出的，在通常情况下，原子以固、液、气三种形态存在，例如冰、水、水蒸汽。组成固体和液体的原子受到周围原子很强的作用，对于研究单个原子的特性不可能的，只有气态的原子与周围原子的相互作用可以忽略。但在室温下，原子的运动速度有上百米每秒，比高速铁路的速度还快些。如果能对气态原子进行有效减速，则对理解原子的组成结构和研究原子间的相互作用都有重要意义 。根据热力学知识，气体的动能和温度有这样的关系式，降速也就是降温。可是该如何降温呢？ 说起降温，我们很快能想到冰块可以降温。没错，古代时，人们在冬天把河里的冰块储存在地下的冰窖里，到了夏天可以拿出来消暑降温，可用它来等却气体，极限也不过是零度；现代人们用制冷设备建造冷冻库，温度达到零下二三十度，但换成热力学温度也有200多K。目前科学研究、医学上广泛使用液氦来降温温度可以达到几个热力学温度。如果把分子直接放到液氦里，不说技术上有困难，液氦中的分子受到液氦的作用，失去了气态分子的特性了。用热传导方式的话极限温度也就是几K。而这两位科学家在1975年提出了一种新颖的冷却原子的方法：用激光辐射降低原子气体的温度。我们称为激光冷却。 他们的方法说起来很简单：1.用三对相互对射的激光对射原子气体；1，激光的频率小于原子的共振跃迁频率。第一个条件很简单，不用解释。我说明下第二个条件【解图】。现在分析下激光冷却原子的方法。【一维的意义，原子运动在相互对射的光场中就需要考虑多普勒效应】。由于激光频率低于原子共振线，原子只能吸收迎面来的光子。【图】 激光中有大量的光子，我们考虑n个光子与原子的吸收-自发辐射过程。【图】。原子和光组成的系统，不受外力，动量守恒。【方程、例子】。整个过程能量守恒，可以写出这个式子。整个过程熵守恒。【表】。类似于经典力学中我们学过的运动学和动力学的关系一样，激光冷却原子的物理量变化告诉了我们原子光子作用的结局，那就是原子最终速度降低，理想情况为零，温度达到绝对零度。但不能告诉我们这个故事的过程，只有分析动力学过程才能告诉我们这个故事的经过。 【图】。面对这么个复杂的公式怎么分析呢？ 考虑原子的冷却，即降速过程。我们将公式中的速度作为变量，其余作为参数。数学上我们学过一种对任意连续可导函数都适用的泰勒展开公式。【描述公式】，我们在原子速度为0的位置做泰勒展开，取前两项作为近似。可以得到下面的近似结果。力的形式很简单。【讨论】。另一种方法可以用一种数学软件，方便的研究。 在玻尔理论发表的第二年，即1914年，夫兰克和赫兹进行了电子轰击汞原子的实验，证明了原