《原子物理学》(褚圣麟)第六章 磁场中的原子.ppt

教学内容 6.1 原子的磁矩 6.2 外磁场对原子的作用 6.3 史特恩-盖拉赫实验结果的再分析 6.4 塞曼效应 6.5 物质的磁性、顺磁共振、核磁共振 重点 原子有效磁矩 原子能级在磁场中的分裂 塞曼效应（正常、反常） 史特恩-盖拉赫实验结果的再分析 6.2 外磁场对原子的作用 一、塞曼效应的实验事实 有些物质放在磁场中磁化后，它的宏观磁矩的方向同磁场的方向相反，这类物质称为抗磁性的。磁化率为负。凡是总磁矩等于零的原子或分子都表现为抗磁性。 有些物质放在磁场中磁化后，它的宏观磁矩的方向同磁场的方向相同，这类物质称为顺磁性的。凡是总磁矩不等于零的原子或分子都表现为顺磁性。 某些物质，如铁、钴、镍和某些稀土元素以及好多种氧化物，在外磁场中磁化后，显示出比顺磁性强得多的磁性，且去掉磁场后缓保留磁性，这种现象称铁磁性。磁畴沿磁场方向有序排列显示强磁性。 4. 正常塞曼效应 对于单重态的一条谱线，由于S 0，2S+1 1，所以可以算出g2 g1 1,因而： 例：镉6438.47埃红线在磁场中的分裂情况就是正常塞曼效应。 这条线对应的跃迁是 1D2 1P1 1P1 1D2 L S J M g Mg 2 0 2 0，±1，± 2 1 2 1 0 1 0， ±1 1 1 计算波数的改变： M 2 1 0 -1 -2 M2g2 2 1 0 -1 -2 M1g1 1 0 -1 （M2g2 - M1g1） 0 0 0 -1 -1 -1 1 1 1 ? ? ? ?0 L ?0 1D2 1P1 6438 无磁场 有磁场 Cd6438?的正常塞曼效应跃迁图 M Mg -1 -2 -1 -2 210 210 -1 -1 10 10 5.反常塞曼效应 对于具有双重或多重结构的光谱线在磁场中的分裂情况，由于 因而， 由 的组合，结合选择定则，就可得到许多条分线。 这两条线对应的跃迁是： 2S1/2 2P3/2 2P1/2 2S1/2 2S1/2 2P3/2 2P1/2 L S J M g Mg 0 1/2 1/2 ±1/2 2 ± 1 1 1/2 1/2 ±1/2 2/3 ±1/3 1 1/2 3/2 ±1/2±3/2 4/3 ±2/3 ±6/3 例 ： Na钠5890埃和5896埃双线在磁场中的分裂情况。 在外磁场中2P3/2分裂为四个塞曼能级， 间距为4 μBB /3； 2P1/2分裂为二，间距为 2μBBo/3 ； 2S1/2分裂为二，间距为 2μBBo 2P3/2 2S1/2 M 3/2 1/2 -1/2 -3/2 M2g2 6/3 2/3 -2/3 -6/3 M1g1 1 -1 -1/3 1/3 -5/3 -3/3 3/3 5/3 计算波数的改变： 2P1/2 2S1/2 M 1/2 -1/2 M2g2 1/3 -1/3 M1g1 1 -1 （M2g2 - M1g1） -2/3 2/3 -4/3 4/3 2P3/2 2P1/2 2S1/2 无磁场 有磁场 -3/2 -6/3 Mg -1/2 -2/3 M 3/2 6/3 1/2 2/3 1/2 1/3 -1/2 -1/3 1/2 1 -1/2 -1 ?? ? ? ? ? ? ?? ? 5896 5890 5896 5890 谱线的偏振情况可以用原子发光时遵从角动量守恒定 律来说明:发光前原子系统的角动量等于发光后原子系统的 角动量与所发光子的角动量的矢量和 光子的角动量为 . 三、偏振情况 产生 ? 线 产生 线 §6.5 物质的磁性、顺磁共振、核磁共振 一、物质的磁性 二、顺磁共振 三、核磁共振 一、物质的磁性 N N S S H N S N S H 抗磁性 顺磁性 二、顺磁共振 顺磁性原子 即具有磁矩的原子 置于磁场中,其能级分裂为 2J+1 层,如果在原子所在的稳定磁场区域又叠加一个与稳定磁场相垂直的交变磁场,并且调整交变磁场的频率使hv满足 则原子将在两临近的磁能级之间发生跃迁,可通过仪器探测出来。 第6章 在磁场中的原子 第六章 在磁场中的原子 教学要求 （1）理解原子有效磁矩概念和有关计算。 （2）掌握原子在外磁场中附加能量公式，并能用来解释原子能级在外磁场中分裂现象。 （3）正确解释史特恩——盖拉赫实验的结果。 （4）掌握正常塞曼效应的基本概念及其特征，会用量子理论对其做出正确解释。 （5）了解物质的磁性，了解顺磁共振、核磁共振的概念、原理和应用。 难点 拉摩尔进动频率 反常塞曼效应 顺磁共振、核磁共振 §6.1 原子的磁矩 一、单电子原子的总磁矩 二、多电子原子的磁矩 一、单电子原子的总磁矩 轨道磁矩： 自旋磁矩： μj μl μ μs Ps Pj Pl 由于gs＝2gl，所以μl 和μs 合成