6第六章磁场中的原子

第六章磁场中的原子一、学习要点1．原子有效磁矩JJPmeg2,)1(2)1()1()1(1JJSSLLJJg(会推导)2．外磁场对原子的作用：（1）拉莫尔进动圆频率(会推导):BmegeL2（2）原子受磁场作用的附加能量:BgMBEBJJ附加光谱项1-m7.464~,~4BmceBLLgMmceBgMTJJ能级分裂图（3）史—盖实验；原子束在非均匀磁场中的分裂BJgMvLdzdBms221,（m为原子质量）（4）塞曼效应：光谱线在外磁场中的分裂，机制是原子磁矩与外磁场的相互作用,使能级进一步的分裂所造成的.塞曼效应的意义①正常塞曼效应：在磁场中原来的一条谱线分裂成3条,相邻两条谱线的波数相差一个洛伦兹单位L~Cd6438埃红光1D21P1氦原子66781埃1D21P1②反常塞曼效应：弱磁场下：Na黄光：D2线5890埃2P3/22S1/2（1分为6）；D1线5896埃2P1/22S1/2（1分为4）Li(2D3/22P1/2)格罗春图、相邻两条谱线的波数差、能级跃迁图选择定则)(1);(0);(1JM垂直磁场、平行磁场观察的谱线条数及偏振情况③帕邢—贝克效应：强磁场中反常塞曼效应变为正常塞曼效应BMMBEBSLSL2，LMMSL~2~，1,0,0LSMMLL~,0,~~~0（5）顺磁共振、物质的磁性二、基本练习1．楮书P197①—⑧P198⑩⑾2．选择题（1）在正常塞曼效应中，沿磁场方向观察时将看到几条谱线：A．0；B.1；C.2；D.3（2）正常塞曼效应总是对应三条谱线，是因为：A．每个能级在外磁场中劈裂成三个；B.不同能级的郎德因子g大小不同；C．每个能级在外场中劈裂后的间隔相同；D.因为只有三种跃迁（3）B原子态2P1/2对应的有效磁矩（g＝2／3）是A.B33；B.B32；C.B32；D.B22.(4)在强外磁场中原子的附加能量E除正比于B之外,同原子状态有关的因子有：A.朗德因子和玻尔磁子B.磁量子数、朗德因子C.朗德因子、磁量子数ML和MJD.磁量子数ML和MS(5)塞曼效应中观测到的和成分,分别对应的选择定则为：A；)(0);(1JMB.)(1);(1JM;0JM时不出现；C.)(0JM，)(1JM；D.)(0);(1SLMM(6)原子在6G3/2状态,其有效磁矩为：A．B315；B.0；C.B25；D.B215(7)若原子处于1D2和2S1/2态,试求它们的朗德因子g值：A．1和2/3；B.2和2/3；C.1和4/3；D.1和2（8）由朗德因子公式当L=S,J≠0时,可得g值：A．2；B.1；C.3/2；D.3/4（9）由朗德因子公式当L=0但S≠0时,可得g值：A．1；B.1/2；C.3；D.2（10）如果原子处于2P1/2态,它的朗德因子g值：A.2/3；B.1/3；C.2；D.1/2（11）某原子处于4D1/2态,若将其放于弱磁场中,则能级分裂为：A．2个；B.9个；C.不分裂；D.4个（12）判断处在弱磁场中,下列原子态的子能级数那一个是正确的：A.4D3/2分裂为2个；B.1P1分裂为3个；C.2F5/2分裂为7个；D.1D2分裂为4个(13)如果原子处于2P3/2态，将它置于弱外磁场中时，它对应能级应分裂为：A.3个B.2个C.4个D.5个(14)态1D2的能级在磁感应强度B的弱磁场中分裂多少子能级?A.3个B.5个C.2个D.4个(15)钠黄光D2线对应着32P3/232S1/2态的跃迁，把钠光源置于弱磁场中谱线将如何分裂：A.3条B.6条C.4条D.8条(16)碱金属原子漫线系的第一条精细结构光谱线(2D3/22P3/2)在磁场中发生塞曼效应,光谱线发生分裂,沿磁场方向拍摄到的光谱线条数为A.3条B.6条C.4条D.9条(17)对钠的D2线(2P3/22S1/2)将其置于弱的外磁场中，其谱线的最大裂距max~和最小裂距min~各是A.2L和L/6;B.5/2L和1/2L;C.4/3L和2/3L;D.5/3L和1/3L(18)使窄的原子束按照施特恩—盖拉赫的方法通过极不均匀的磁场，若原子处于5F1态，试问原子束分裂成A.不分裂B.3条C.5条D.7条（19）（1997北师大）对于塞曼效应实验，下列哪种说法是正确的？A．实验中利用非均匀磁场观察原子谱线的分裂情况；B．实验中所观察到原子谱线都是线偏振光；C．凡是一条谱线分裂成等间距的三条线的，一定是正常塞曼效应；D．以上3种说法都不正确.3．计算题(1)分析4D1/2态在外磁场中的分裂情况.(2)原子在状态5F中的有磁矩为0，试求原子在该状态的角动量.(3)解释Cd的6438埃的红光(1D21P1)在外磁场中的正常塞曼效应，并画出相应的能级图.(4)氦原子从1D21P1跃迁的谱线波长为6678.1埃,(a)计算在磁场B中发生的塞曼效应(,用L洛表示);(b)平行于磁场方向观察到几条谱线？偏振情况如何？(c)垂直于磁场方向观察到几条谱线？偏振情况如何？(d)写出跃迁选择定则，画出相应跃迁图.（5）Hg原子从6s7s3S16s6p3P1的跃迁发出波长为4358埃的谱线,在外磁场中将发生何种塞曼效应？试分析之.(6)计算Hg原子从6s7s3S16s7p3P2跃迁发出的波长为5461nm的谱线,在外场B=1T中所发生的塞曼效应（7）试举两例说明如何测量普朗克常数.（8）处于2P1/2态的原子在半径为r=5cm.载有I=10A的线圈轴线上，原子和线圈中心之间的距离等于线圈的半径，求磁场对原子的最大作用力.（9）处于正常状态下的氢原子位于载有电流I=10A长直导线旁边，距离长直导线为r=25cm的地方，求作用在氢原子上的力.（10）若要求光谱仪能分辨在T200.0B的磁场中钠原子谱线589nm（2P3/22S1/2）的塞曼结构，试求此光谱仪最小分辨本领.（已知：-15BTeV10788.5nm,eV1240hc）（2000中科院）（11）在Ca的一次正常塞曼效应实验中，从沿磁场方向观察到钙的422.6nm谱线在磁场中分裂成间距为0.05nm的两条线，试求磁场强度.（电子的荷质比为1.75×1011C/kg）（2001中科院固体所）；Ca原子3F23D2跃迁的光谱线在磁场中可分裂为多少谱线？它们与原来谱线的波数差是多少（以洛仑兹单位表示）？若迎着磁场方向观察可看到几条谱线？它们是圆偏振光，线偏振光，还是二者皆有？（中科院）（12）以钠原子的D线为例，讨论复杂塞曼效应.（1997北师大）