[物理]第六章 在磁场中的原子.ppt

6.4 顺磁共振 一、顺磁共振原理 具有磁矩的原子（即磁矩不为零）称为顺磁性原子。 将这种原子放入磁场中，能级会分裂，分裂后与原能级的差为： 则分裂后相邻的两能级差为： 若再加一个交变电磁场（频率为v），并且满足 则能观察到两能级的跃迁。 例1：关于Cd 6438.47埃（1D2→1P1）谱线的塞曼效应 解: (1) 格罗春图法 * * 第六章 在磁场中的原子 6.1 原子的磁矩 6.2 外磁场对原子的作用　 6.3 史特恩－盖拉赫实验的结果 6.4* 顺磁共振 6.5 塞曼效应 2012.11.7 6.1 原子的磁矩 一. 单电子原子的总磁矩 电子的轨道磁矩： 电子的自旋磁矩： 原子核的磁矩具有 的倍数形式，比电子的磁矩小三个数量级，可以忽略。 所以，单电子原子的总磁矩： 电子磁矩同角动量的关系图 由于 所以, 例：求 For 2P? : g=2/3; 2P3/2 : g=4/3 二. 多电子原子的总磁矩 对于多电子原子的总磁矩，具有相似的公式： 根据不同的角动量耦合方式，g的计算方法不同： 在LS耦合条件下, 2.在 耦合下， 其中， 是每个电子的总角量子数， 是对应的 g因子。 所以,如果知道了原子的状态（各量子数如L,S,J等）,它的磁矩就可以计算出来。 反过来,由原子的磁矩（磁性）可以探测到原子的结构。 例：求 和 态的朗德g因子 结论：在LS耦合下，所有单重态的朗德g因子 都等于1。 6.2 外磁场对原子的作用　 一．原子在外磁场中的旋进——拉莫尔旋进 1. 磁场对原子磁矩的力矩 原子总磁矩受磁场作用发生的旋进 2. 旋进的角速度和频率 ―角动量定理 所以，力矩的大小 所以，拉莫尔旋进的角速度为 拉莫尔旋进的频率为 3. 旋进对能量的影响 当α900时，旋进角动量叠加在PJ在B的分量上，使该方向的角动量增加，因而原子体系的能量增加；反之，当α900时，旋进使原子体系的能量减小。 二.外磁场中具有磁矩μJ原子的附加能量 由于 为 在磁场方向分量，是量子化的。因此, 光谱项差为： 结论：对于给定的J，M可取2J+1个。因此，在稳定的磁场下（B不变）， ②.有J＝3/2，得M= 例1： 能级在磁场中的分裂情况（P177） 解：根据公式 ，分别先求出各物理量 ①.由L，S 和 J 得到 g = 例2：P178页，表6.1 几种双重态的g因子和Ｍg值 Mg g 原子态 从表中可以看出： a.同一能级在磁场中分裂的层数为 2J+1, 等间隔； b.不同能级分裂的层数不同，间隔也不等； c.Ｂ变大，分裂间隔变大． 练习: 画出下列能级在磁场中的能级分裂图，并分析能级分裂的特点。 6.3 史特恩－盖拉赫实验的结果　 一. 实验装置 实验结果： 银原子通过不均匀磁场，相片上仅出现了两条黑斑。 二. 理论解释 （M取J，J-1，…，-J） 所以， 史特恩－盖拉赫实验的意义： （1）验证空间量子化理论． （2）测定原子态的J和g值。 有几个M值→相片上有几条黑线。 ∴一束原子经非均匀磁场后，应分裂成 2J+1 束原子。 例：Ag基态 例2：P180， 表6.2 。 设电磁场的强度为5x105安/米，则频率为： 波长为： 顺磁共振实验装置 课外作业: 阅读6.6节 顺磁共振 二、核磁共振（NMR） 核有自旋角动量和自旋磁矩，核自旋磁矩沿此磁场方向的分量为： mI为自旋磁量子数，对氢核， 为核磁子. 核磁矩在磁场的进动： 氢的核自旋在磁场中的取向： 附加能量： 两能级差为： B B=0 B≠0 mI=-1/2 mI=1/2 核磁共振仪原理图 核磁共振成像技术就是通过识别水分子中氢原子 信号的分布来推测水分子在人体内的分布，进而 探测人体内部结构的技术。 6.5 塞 曼 效 应　 1896年，荷兰物理学家塞曼发现：原子发出的一条谱线，会在磁场中分裂成几条谱线，且分裂后的谱线是偏振的 ，这种现象称为塞曼效应。 一、研究塞曼效应的实验装置 实验装置 塞曼效应的一些结果 二.对一些谱线的实验结果 1. 镉（Cd）红色谱线6438.47?分裂结果（ 1D2→ 1P1跃迁） Cd 6438埃谱线的塞曼效应 无磁场 ： 垂直于磁场观察方向 ： 平行与磁场观察方向 2 . 钠（N