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1.13电子自旋.ppt

发布:2017-05-19约1.42千字共11页下载文档
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* 第二节 1 - 13 spin of electron 塞曼效应 无外磁场时的某一谱线 加外磁场后分裂成三条谱线 光 源 外磁场 分光计 这里仅以一种最简单的情况为例,将锌灯置于强磁场中,在垂直于磁场 的方向上观测,锌原子能级跃迁原来发射的单线,分裂成三条谱线。 塞曼效应是由于具有磁矩的原子在磁场中获得附加能量,使原来的一个能级发生分裂成若干个能级,谱线亦随之分裂。这一现象也证明了角动量空间量子化的存在。 若将光源置于足够强的外磁场中,它所发出的一条谱线会分 裂成若干条相互靠近的谱线,这种现象是荷兰物理学家塞曼于 1896年发现的,称为塞曼效应。 彼得.塞曼,1865.5-1943.10,是一位荷兰科学家,由于他发现了塞曼效应的出色工作,与洛伦兹分享了1902年的诺贝尔物理学奖。 续上 若用玻尔的轨道模型作比喻 好比圆电流 此圆电流的磁矩大小为 电子轨道角动量大小为 联立解得 反向(右手定则),故 在量子力学中,角动量大小量子化 相应地存在磁矩量子化 称为玻尔磁子 9. 274×10 - 24 J ·T-1 相应地存在磁矩取向量子化 角动量取向量子化 当沿 Z 轴方向对上述原子系统施以外磁场 B 时,磁力矩对各可能取向的 做功 ,使原子系统获得附加能量为 0, ±1, ±2, …, 附加能量 使得原子系统原来的一个能级分裂成 个能级,这是 导致谱线分裂的重要因素之一。在不同光源、外磁场及观测方向的条件下,塞曼效应呈现更复杂的谱线分裂现象,对后来电子自旋的发现起了重要作用。 ± 与 因 分类: 置于强磁场中的原子(光源)发出的每条光谱线都分裂为三条,间隔相同,称为正常塞曼效应。 无外磁场 加强磁场 正常塞曼效应 1897年普雷斯顿(T. Preston)发现:当磁场较弱时,谱线分裂的数目可以不是三条,间隔也不尽相同。在量子力学和电子自旋概念建立之前,一直不能解释。称为反常塞曼效应。它可以用电子自旋与轨道相互作用来得到解释. 电子的自旋 银原子沉积记录屏 一束银原子分裂成两束 非 均 磁 场 匀 银原子发射源 狭缝 的银原子束 l = 0, ml = 0 1924年德国物理学家斯特恩和盖拉赫发明了 的方法测量原子的磁矩。 直接用原子束通过非均匀磁场时发生偏转 对于外层只有一个价电子而且处于基态的银原子,其轨道角动量为零,磁矩本应为 零,这样的原子束通过磁场时不应发生偏转,但实验结果是原子束分成了对称的两 这一方法不但能直接证明角动量的空间量子化和原子磁矩的量子化,而且还发现, 束。这预示着原子系统中还有另一类起源的磁矩,它在外场的方向上仅有两个投影。 为了解释斯特恩-盖拉赫实验,1925年美籍荷兰物理学家乌仑贝克和戈德史密特 提出了电子自旋的概念: (1)电子除空间运动外,还有自旋运动,与之相联系的 有 自旋角动量 和 自旋磁矩。 (2)自旋角动量 和轨道角动量一样,均服从角动量的 普遍法则, 的大小是量子化的 称为 自旋量子数 仅有一个值,而且是半整数: 故 称为 自旋磁量子数 (3) 在 Z 轴(外磁场)方向上的投影 只能取两个值: 故 自旋概念小结 电子自旋角动量 电子自旋量子数 电子自旋角动量大小 电子自旋磁量子数 在 Z 轴(外磁场)方向上的投影 简称 自旋 *
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