在磁场中的原子.
磁场对原子能级的影响
磁场对原子能级的影响
磁场是指能表示磁场的物理量组成的力场，是由电磁相互作用产生的，是磁性质的体现。
磁场对原子能级的影响可以看作是物理量的深层结构，也可以看作是磁性状态的调节。
由于磁性作用，原子受到磁场的影响后可以产生能级变化，此时称为原子磁性调节，是对原子和分子中能级构造的调整。
磁场作用下，原子核和电子绕它正转，原子在磁场中受到磁力作用，因此电子在原子核周围施加磁场，影响其能级构造，引发了其能级的调整。
原子易受外界磁场的影响，其能级的变化可以得到直接的观察，磁场的强度增强则能级的调整力量加强，降低磁场强度可以使原子能级发生反向变化。
磁场变化时，能级变化也会相应地发生变化，原子核中受磁力影响的电子能级，其变化率会比大小电子能级变化率要快得多。
而且，磁场给原子轨道添加的破坏作用会变得更强，这就意味着，当磁场强度增强的时候，原子轨道的能级变得更脆弱。
另外，磁场力也可改变原子离子辐射，影响离子数的变化，磁场的强弱也会随离子的种类而变化。
以上这些原子能级构造的变化，使得磁场对原子能级的影响越发明显，给物理研究带来了便利。
经过这些分析，我们可以清楚地认识到，磁场是原子能级构造的一个重要组成部分，对于原子能级的研究十分重要。
简单塞曼效应和复杂塞曼效应
简单塞曼效应和复杂塞曼效应
塞曼效应是指在磁场中原子能级出现分裂的现象。
它分为简单塞曼效应和复杂塞曼效应两种。
一、简单塞曼效应
1. 磁场力线方向为z轴，磁场的强度为B。
2. 磁场下，原子中每个能级的简并度变成2J+1，J是原子的角动量量子数。
3. 由于原子的量子态$|j,m_j \rangle$实际上不是z轴是在这个方向上的，而是在xyz三个方向上的，因此在磁场下，量子态的简并度依赖于m_j。
4. 原子在磁场中的能级分裂成了2J+1个亚能级，存在Zeeman子的区分。
二、复杂塞曼效应
1. 独立于原子自旋，涉及到原子电子的轨道角动量和自旋角动量，并在磁场下分裂成多个Zeeman子。
2. 磁场下，原子的轨道角动量L和自旋角动量S向量是相互作用的，产生一个总角动量J=L+S。
3. 如此，原子的能级分裂是由J，L和S三个角动量组合来决定的。
4. 这意味着，能量水平的分裂将变得比简单塞曼效应复杂得多，由于J，L和S角动量之间的相互作用，出现了更多的为复杂塞曼效应的能级变化。
结论：
简单塞曼效应和复杂塞曼效应是两种不同的现象。
简单塞曼效应指的
是原子在磁场中能级的简并度和能级分裂数量的变化，影响到原子的光谱线。
而复杂塞曼效应涉及到原子的自旋、轨道角动量及其相互作用，导致原子能级的更加复杂的分裂模式。
在现代物理学研究中，SCP 理论被广泛采用，以便预测磁场下原子能级的变化。
塞曼效应的研究对于原子及分子的结构和运动学的理解有着关键的意义。
原子光谱线在磁场中的分裂
原子光谱线在磁场中的分裂
原子光谱线的分裂是一种重要的物理现象，它是由磁场引起的。
原子光谱线的分裂是指原子光谱线在磁场中被分裂成两条或多条线，这种现象被称为磁场分裂。
磁场分裂是由于原子的电子在磁场中受到磁力的影响而发生的。
当原子的电子在磁场中受到磁力的影响时，它们的能量状态会发生变化，从而导致原子光谱线的分裂。
磁场分裂的现象可以用磁力谱仪来观察。
磁力谱仪是一种用于测量磁场的仪器，它可以测量磁场的强度和方向，从而可以观察到原子光谱线的分裂现象。
磁场分裂的现象在原子物理学中有着重要的意义。
它可以用来研究原子的能级结构，从而更好地了解原子的物理性质。
此外，磁场分裂的现象也可以用来研究原子的化学性质，从而更好地了解原子的化学性质。
总之，原子光谱线的分裂是一种重要的物理现象，它是由磁场引起的。
磁场分裂的现象在原子物理学和化学学中都有着重要的意义，它可以用来研究原子的物理性质和化学性质。
核磁共振的基本原理
核磁共振成像原理及其发展核磁共振（Nuclear Magnetic Resonance即NMR）是处于静磁场中的原子核在另一交变电磁场作用下发生的物理现象。
通常人们所说的核磁共振指的是利用核磁共振现象获取分子结构、人体内部结构信息的技术。
并不是所有原子核都能产生这种现象，原子核能产生核磁共振现象是因为具有核自旋。
原子核自旋产生磁矩，当核磁矩处于静止外磁场中时产生进动核和能级分裂。
在交变磁场作用下，自旋核会吸收特定频率的电磁波，从核磁共振(MRI)又叫核磁共振成像技术。
是继CT后医学影像学的又一重大进步。
自80年代应用以来，它以极快的速度得到发展。
其基本原理：是将人体置于特殊的磁场中，用无线电射频脉冲激发人体内氢原子核，引起氢原子核共振，并吸收能量。
在停止射频脉冲后，氢原子核按特定频率发出射电信号，并将吸收的能量释放出来，被体外的接受器收录，经电子计算机处理获得图像，这就叫做核磁共振成像。
1核磁共振是一种物理现象，作为一种分析手段广泛应用于物理、化学生物等领域，到1973年才将它用于医学临床检测。
为了避免与核医学中放射成像混淆，把它称为核磁共振成像术(MRI)。
根据量子力学原理，原子核与电子一样，也具有自旋角动量，其自旋角动量的具体数值由原子核的自旋量子数决定，实验结果显示，不同类型的原子核自旋量子数也不同：质量数和质子数均为偶数的原子核，自旋量子数为0 ，即I=0，如12C,16O,32S等，这类原子核没有自旋现象，称为非磁性核。
质量数为奇数的原子核，自旋量子数为半整数，如1H,19F,13C等，其自旋量子数不为0，称为磁性核。
质量数为偶数，质子数为奇数的原子核，自旋量子数为整数，这样的核也是磁性核。
但迄今为止，只有自旋量子数等于1/2的原子核，其核磁共振信号才能够被人们利用，经常为人们所利用的原子核有： 1H、11B、13C、17O、19F、31P ，由于原子核携带电荷，当原子核自旋时，会由自旋产生一个磁矩，这一磁矩的方向与原子核的自旋方向相同，大小与原子核的自旋角动量成正比。
磁场中的铜原子
磁场中的铜原子
磁场中的铜原子
磁场是一种物理现象，它可以影响周围的物质。
铜是一种常见的金属，它在磁场中的行为引起了科学家们的兴趣。
在磁场中，铜原子会发生
什么变化呢？
首先，我们需要了解一些基础知识。
磁场是由磁性物质产生的，它会
对周围的物质产生力的作用。
铜是一种非磁性物质，它不会产生磁场。
但是，当铜处于磁场中时，它会受到磁场的影响。
铜原子在磁场中的行为可以通过一些实验来观察。
例如，可以将铜放
在磁场中，然后观察它的运动。
实验结果表明，铜原子会受到磁场的
力的作用，从而发生运动。
这种运动可以用一些物理量来描述，例如
速度、加速度等。
此外，铜原子在磁场中还会发生一些其他的变化。
例如，它的电导率
会发生变化。
电导率是指物质导电的能力，它与物质的结构和化学成
分有关。
在磁场中，铜原子的电导率会发生变化，这是因为磁场会影
响铜原子的电子运动。
铜原子在磁场中的行为对于科学研究具有重要意义。
它可以帮助我们更好地理解物质的性质和行为。
此外，铜是一种常见的金属，在工业生产中也有广泛的应用。
因此，研究铜在磁场中的行为也具有实际意义。
总之，磁场对铜原子的行为产生了影响，它会引起铜原子的运动和电导率的变化。
这种现象对于科学研究和工业生产都具有重要意义。
未来，我们可以通过进一步的研究来深入了解铜在磁场中的行为，为科学和工业的发展做出更大的贡献。
原子物理学课后习题详解第6章(褚圣麟)
第六章 磁场中的原子6.1 已知钒原子的基态是2/34F 。
（1）问钒原子束在不均匀横向磁场中将分裂为几束？（2）求基态钒原子的有效磁矩。
解：（1）原子在不均匀的磁场中将受到力的作用，力的大小与原子磁矩（因而于角动量）在磁场方向的分量成正比。
钒原子基态2/34F 之角动量量子数2/3=J ，角动量在磁场方向的分量的个数为4123212=+⨯=+J ，因此，基态钒原子束在不均匀横向磁场中将分裂为4束。
（2）J J P meg2=μ h h J J P J 215)1(=+= 按LS 耦合：52156)1(2)1()1()1(1==++++-++=J J S S L L J J gB B J h m e μμμ7746.0515215252≈=⋅⋅⋅=∴ 6.2 已知He 原子0111S P →跃迁的光谱线在磁场中分裂为三条光谱线，其间距厘米/467.0~=∆v，试计算所用磁场的感应强度。
解：裂开后的谱线同原谱线的波数之差为：mcBe g m g m v πλλ4)(1'1~1122-=-=∆ 氦原子的两个价电子之间是LS 型耦合。
对应11P 原子态，1,0,12-=M ；1,1,0===J L S ，对应01S 原子态，01=M ，211.0,0,0g g J L S =====。
mc Be vπ4/)1,0,1(~-=∆ 又因谱线间距相等：厘米/467.04/~==∆mc Be vπ。
特斯拉。
00.1467.04=⨯=∴emcB π 6.3 Li 漫线系的一条谱线)23(2/122/32P D →在弱磁场中将分裂成多少条谱线？试作出相应的能级跃迁图。
解：在弱磁场中，不考虑核磁矩。
2/323D 能级：,23,21,2===j S l54)1(2)1()1()1(123,21,21,232=++++-++=--=j j s s l l j j g M2/122P 能级：,21,21,2===j S l 32,21,211=-=g ML v)3026,3022,302,302,3022,3026(~---=∆ 所以：在弱磁场中由2/122/3223P D →跃迁产生的光谱线分裂成六条，谱线之间间隔不等。
原子物理习题集
第六章 X射线
• 例1.某X光机的高压为10万伏，问发射光子 的最大能量多大？算出发射X光的最短波长。 • 例2.铝（Al）被高速电子束轰击而产生的连 续X光谱的短波限为5A。问这时是否也能观 察到其标识谱K系线。
• 例3.已知Al和Cu对于λ＝0.7A的X光的质量 吸收系数分别是0.5m2/kg和5.0m2/kg。Al和 Cu的密度分别为2.7×103kg/m3和 8.93×103kg/m3。现若分别单独用Al板或铜 板作挡板，要使波长为0.7A的X光的强度减 至原来强度的1/100，问要选用的Al板或Cu 板应多厚？
• 例7.已知一对正负电子绕共同的质心转动会 暂时形成类似于H原子结构的“正电子素”， 试计算“正电子素”由第一激发态向基态 跃迁发射光谱的波长为多少？ • 例8.某类H原子，它的帕邢系第三条谱线和 H原子的Lyman系第一条谱线的频率几乎一 样，问该原子是何种元素？
• 例9.计算H原子的2p态电子在质子处产生的磁场 （根据玻尔模型作估计） • 例10.在Stern-Gerlach实验中，处于基态的窄银原 子束通过不均匀横向磁场，梯度为103T/m，磁场 横向范围L1＝0.04m，L2=0.10m，原子速度为5 ×102m/s，屏上两束分开的距离为d=0.002m，试 确定原子磁矩在磁场方向上的投影的大小（磁场 边缘的影响可忽略）。
第一章 卢瑟福模型
• 例1.若Rutherford 散射用的α粒子是放射性 物质Ra放射的，其动能是7.68MeV，散射 物质是原子序数Z=79的金箔，试问θ=150。 所对应的瞄准距离b多大？ • 例2. 若用动能为1MeV的质子射入金箔 (Z=79)，问质子与金箔原子核可能达到的 最小距离多大。若用同样能量的D核代替质 子，其与金箔原子核的最小距离是多大？
原子物理学第四,五,六,七章课后习题答案
第四章 碱金属原子1. 已知Li 原子光谱主线系最长波长0A 6707=λ，辅线系系限波长A 3519=∞λ.求Li 原子第一激发电势和电离电势.解：主线系最长波长是原子从第一激发态跃迁至基态的光谱线的波长E h hc νλ∆==第一激发电势1eU E =∆34811976.626210310V 1.850V 1.602210 6.70710E hc U e e λ---∆⨯⨯⨯====⨯⨯⨯辅线系系限波长是原子从无穷处向第一激发态跃迁产生的 辅线系~~*2n R n νν∞=-,~~*n n νν∞→∞=192 5.648910J hc eU λ-∞==⨯2 3.526V U =电离电势：U =U 1+U 2=5.376V2. Na 原子的基态3S .已知其共振线波长为58930A ，漫线系第一条的波长为81930A ，基线系第一条的波长为184590A ，主线系的系限波长为24130A 。
试求3S 、3P 、3D 、4F 各谱项的项值. 解：主线系波数~p 22s p ,3,4,(3)()n R Rn n ν=-=-∆-∆~~p 2s ,(3)n Rn νν∞→∞==-∆系限波长：p λ∞=24130A =72.41310m -⨯~1613S 71m 4.144210m 2.41310T ν--∞-===⨯⨯共振线为主线系第一条线, 是原子从3P 到3S 跃迁产生的光谱线 共振线波长：λp1=58930A =75.89310m -⨯~61p13S 3P 71 1.696910m 5.89310mT T ν--=-==⨯⨯1616S 3P 3m 104473.2m 106969.1--⨯=⨯-=T T漫线系（第一辅线系）波数~d 22p d ,3,4,(3)()n R Rn n ν=-=-∆-∆漫线系第一条线是原子从3D 到3P 跃迁产生的光谱线 漫线系第一条光谱线的波长7d18.19310m λ-=⨯167D 3P 31~d m 102206.1m10193.81--⨯=⨯=-=T T ν1616P 3D 3m 102267.1m 102206.1--⨯=⨯-=T T基线系（柏格曼线系）波数,5,4,)()3(2f 2d ~f =∆--∆-=n n RR n ν 基线系第一条线是原子从4F 到3D 跃迁产生的光谱线 基线系第一条光谱线的波长6f1 1.845910m λ-=⨯156F 4D 31fm 104174.5m108459.1--⨯=⨯=-=T T ν 1515D 3F 4m 108496.6m 104174.5--⨯=⨯-=T T3. K 原子共振线波长为7665Å，主线系系限波长为2858Å. 已知K 原子的基态为4S. 试求4S 、4P 谱项的量子数修正项∆S 、∆P 值各为多少？K 原子的主线系波数,5,4,)()4(2P 2S ~p=∆--∆-=n n RR n ν 2S ~~p )4(,∆-==∞→∞Rn n νν 1617~m 104990.3m 10858.211---∞∞⨯=⨯==p λν 16~S 4m 104990.3-∞⨯==νT而 2S S 4)4(∆-=RT 所以 S4S 4T R =∆- 17m 100973731.1-∞⨯=≈R R 7709.14S =∆-2291.2S =∆K 原子共振线为主线系第一条线, 是原子从4P 到4S 跃迁产生的光谱线1p A 7665=λ167P 4S 41pm 103046.1m10665.7--⨯=⨯=-=T T ν 1616S 4P 4m 101944.2m 103046.1--⨯=⨯-=T T而 2P P 4)4(∆-=RT 所以 P4P 4T R =∆- 17m 100973731.1-∞⨯=≈R R7638.14P4P =-=∆T R第五章 多电子原子1. He 原子的两个电子处在2p3d 电子组态.问可能组成哪几种原子态?用原子态的符号表示之.已知电子间是LS 耦合.解：p 电子的轨道角动量和自旋角动量量子数分别为,11=l 211=s . d 电子的轨道角动量和自旋角动量量子数分别为,21=l 212=s . 因为是LS 耦合，所以.,,1,212121l l l l l l L -⋯-++=.1,2,3=L.0,1.2121=-+=S s s s s S 或而 .,,1,S L S L S L J -⋯-++=.1,0,1===J S L 原子态为11P . .0,1,2,1,1===J S L 原子态为30,1,2P ..2,0,2===J S L 原子态为12D ..1,2,3,1,2===J S L 原子态为31,2,3D ..3,0,3===J S L 原子态为13F . .2,3,4,1,3===J S L 原子态为32,3,4F .2. 已知He 原子的两个电子被分别激发到2p 和3d 轨道，其所构成的原子态为3D ，问这两电子的轨道角动量p l 1与p l 2之间的夹角，自旋角动量p s 1与p s 2之间的夹角分别为多少？(1). 解：已知原子态为3D ,电子组态为2p3d, 所以2,1,1,221====l l S L因此'1212221211212221222211113733212/)(cos cos 26)1(6)1(22)1(οθθθπ==---=-+==+==+==+=l l l l L l l l l L L l l p p p p P p p p p P L L P l l p hl l p 所以'0'0471061373180=-=οθL(2).1212122s s S s s p p P =======因为所以而'2212221222212221228109312/)(cos cos 2οθθθ=-=---=-+=s s s s S s s s s S p p p p P p p p p P 所以'0'0327028109180=-=οθS4. 试以两个价电子l 1=2和l 2=3为例说明,不论是LS 耦合还是jj 耦合都给出同样数目的可能状态. (1) LS 耦合.3,221==l l.,,1,212121l l l l l l L -⋯-++=.1,23,4,5=L .2121==s s .0,1=S.,,1,S L S L S L J -⋯-++=当S =0时，J =L , L 的5个取值对应5个单重态, 即1=L 时,1=J ,原子态为11P .2=L 时,2=J ,原子态为12D .3=L 时,3=J ,原子态为13F . 4=L 时,4=J ,原子态为14G .5=L 时,5=J ,原子态为15H .当S =1时，.1,,1-+=L L L J代入一个L 值便有一个三重态．５个L 值共有５乘３等于１５个原子态，分别是：1=L 时,0,1,2=J 原子态为30,1,2P2=L 时,1,2,3=J 原子态为31,2,3D3=L 时,2,3,4=J 原子态为32,3,4F 4=L 时,3,4,5=J 原子态为33,4,5G5=L 时,4,5,6=J 原子态为34,5,6H因此，LS 耦合时共有２０个可能状态． (2) jj 耦合.,...,.2527;2325;21212121j j j j j j J j j s l j s l j -++===-=+=或或或 将每个j 1、j 2 合成J 得：.1,2,3,42523.2,3,4,52723.0,1,2,3,4,52525.1,2,3,4,5,6272521212121============J j j J j j J j j J j j ，合成和，合成和，合成和，合成和4,3,2,15,4,3,25,4,3,2,1,06,5,4,3,2,1)25,23()27,23()25,25()27,25(共20个可能状态所以，无论是LS耦合还是jj耦合，都会给出20种可能状态．6.已知He原子的一个电子被激发到2p轨道，另一个电子还在1s轨道,试做出能级跃迁图来说明可能出现哪些光谱线跃迁.解：在1s2p组态的能级和1s1s基态之间存在中间激发态，电子组态为1s2s.利用LS耦合规则求出各电子组态的原子态如下:1s1s：1S01s2s：1S0、3S11s2p：1P1、3P0,1,2根据选择定则,这些原子态之间可以发生5条光谱线跃迁。
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R 记录器
微 波 顺 磁 共 振
微 波 顺 磁 共 振
微 波 顺 磁 共 振
二、核磁共振
对于 J 0 的原子束或 J 0,但构成分子时,
角动量与所发光子的角动量的矢量和(光子的角动量为 ).
四、帕邢--背克效应
1.上述塞曼效应是在弱磁场中(即磁场不破坏L-S耦合的 情况)观察到的。若外磁场增加到很强时,破坏了L-S耦合,则一 切反常塞曼效应将趋于正常塞曼效应,这种现象称为帕邢--背克 效应。
2.理论解释
磁场很强破坏了L-S耦合,此时pL和 ps互不相干的各自绕外
EM Emlms L B S B
LBCOS (LB) S BCOS (SB)
e 2m
PL
BCOS
(
LB)
e m
PS
BCOS
(
SB)
eB 2m
PLZ
eB m
PSZ
eB 2m
M
L
eB m
M
S
BB(M L 2M S )
由于旋轨作用被破坏，在强磁场中原子能级应表 为：
Pj Pl
Ps
µs µl
µ
µj
单电子原子总磁矩（有效磁矩）
μ j
g
e 2m Pj
朗德因子 g 1 j( j 1) l(l 1) s(s 1) 2 j( j 1)
g 3 s(s 1) l(l 1)
2
2 j( j 1)
当 s = 0, l 0时 g gl 1 当 l 0, s 0时 g gs 2
沿 B方 向观察
B
B
Cd6438Å
5896
5890
Na
锌的单线
正常三重线 锌的正常塞曼效应
钠主线系的双线
无磁场
反常花样 钠的反常塞曼效应
加磁场
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§6.2 原子的有效磁矩
一、单电子原子的总磁矩
轨道磁矩：
μl
e 2m
Pl
自旋磁矩：
μS
e m PS
h gBH
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。
g 0B H
h
g
4
107 0.92710 6.6261034
23
5105
g 0.881010 s1
c 3.4cm g
C 微波谐振 腔
放置顺磁性 物质
G 电磁波发 生器发出的 电磁波经波 导送入谐振 腔
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6.5 史特恩-盖拉赫实验的结果
1.非均匀磁场中,原子束会发生分裂,分裂的条 数为(2J+1)条.
2.原子束偏离原方向的横向位移为
S
1 2m
dB dZ
(
L)2 u
MgB
N S
无磁场
有磁场
史特恩-盖拉赫实验结果
原子
基态 g
Mg
相片图样
Su, Cd, Hg,, Pb
1S0 —
0
Su, Pb
磁场B进动,因此原子系统受外磁场B作用所获得的附加能
量为两部分进动能量之和.
式中
Eμ L Bμ SB
(M L 2M S )B B M L L,L1,L
M S S,S 1,S
而
M L 0,1
M S 0
(M L 2M S )0,1
~ ~' ~(0,1)L
二、多电子原子的磁矩
J
g
e 2m
pJμ J
g
e 2m
PJ
（1）L-S耦合 g 1 J (J 1) L(L 1) S(S 1)
2J (J 1)
（2）j-j耦合
g
gi
J(J
)
ji ( ji ) J(J )
JP (JP
)
gp
J(J
)
当沿磁场方向观察时,中间的 成分看不到,
只能看到两条 线,，它们都是圆偏振的。
垂 直 于 磁 场 方 向 观 察
沿 着 磁 场 方 向 观 察
在 投 影 仪 下 观 察
2.反常塞曼效应
双重或多重结构的原子光谱,在较弱的 磁场中,每一条谱线分裂成许多条分线。
无磁场
在垂直 于B方向 B 观察
3P0 —
0
H, Li, Na, K Cu, Ag,, Au
S2 1/2 2
1
Tl
P2 1/2 2/3
1 3
P3 3/2 2
3, 3 ,0 2
O
P3 3/2 1
3 ,0 2
返
3P0 —
0
回 目 录
5.6 顺次共振和核磁共振
一、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
Enl mlms Enl Emlms (EM )
即ML在和强M磁S的场组中合的决附定加,L能一量定E时mlMms L(有E（M2L) +的1）值个由可
能值，MS有（2S+1）个可能值，组合结果使附加 能量有若干个可能值，因此磁场中每一个能级将 分裂为若干个子能级，在这些子能级间的跃迁要 符合选择定则：
Enljmj Enl E j EM
在分裂后的磁能级间的跃迁要符合选择定则：
L 1; J 0,1; M 0,1 J 0 时 ,M 0 M 0 除外。
如果磁场B加强到一定程度，超过原子内部旋轨 作用，使PJ在磁场中旋转的频率远小于PL和PS分 别绕磁场旋转的频率，以至于在磁场中可以认为 PL和PS的耦合被破坏，磁场的作用就是使得PL 和PS分别在磁场中很快旋转。这时原子在磁场中 的附加能量主要由S 和L在磁场中的能量来决 定，即附加能量由-S• B和-L •B之和来确定。
S2 1/ 2
2
P2 1/ 2
2/3
P2 3/2
4/3
D2 3/2
4/5
D2 5/2
6/5
Mg
±1/2
±1/3 ±2/3,±6/3
±2/5,±6/5 ±3/5,±9/5,±15/5
无磁场
有磁场
M Mg 3/2 6/3
2 p3
2
1/2 2/3 -1/2 -2/3
-3/2 -6/3
2 p3 能级在磁场中分裂情况
1P1
1 0 1 0， ±1
1
1
~
(
1
'
1
)
M
2
g
2
M1
g1
L
ML (0,1)L
简便方法计算波数的改变：
M
2 1 0 -1 -2
M2g2
2 1 0 -1
-2
M1g1
1 0 -1
（M2g2 - M1g1）= -1 -1 -1 0 0 0 1 1 1
~ ( 1 ) (1,0,1)L
JP (JP J(J
) )
ji ( ji
)
返
回
目
gi ji 是最后一个电子的, g p J P 是(n-1)个电子集体的 。 录
§6.3外磁场对原子的作用
一、拉莫旋进
在外磁场B中,原子磁矩 J受磁场力矩的作用,
绕B连续进动的现象。
L 0μ J H μ J B
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 6.6 抗磁性，顺磁性赫铁磁性
§6.1塞曼效应的实验事实
一、塞曼效应
1896年开始荷兰物理学家塞曼（P.Zeeman)逐 步发现,当光源放在足够强的磁场中时，所发 射的每一条光谱线都分裂成几条,条数随能级 的类别而不同,分裂后的谱线成分是偏振的。 人们称这种现象为塞曼效应。
' M 2 g2 M1g1
Be
4m
~
(
1
'
1
)
M
2g2
M 1 g1 L
二、磁能级之间的跃迁选择定则
M 0 产生 线(但J 0时 M2 0 M1 0
除外)
M 1 产生 线
根据上述理论可以解释塞曼效应的实验事实。
2
需要指出的是：只有外加磁场B较弱时上述讨论才
正确。因为只有在这一条件下，原子内的旋轨相互作 用才不至于被磁场所破坏， S 和L才能合成总磁矩， 且绕PJ旋转很快，以至于对外加磁场而言，有效磁 矩仅为在PJ方向的投影 J。在弱磁场B中原子所获
得的附加能量才为 E MgBB 。
所以在弱磁场中原子的能级可表为：
对于单线系的一条谱线，由于S=0，2S+1=1， 所以可以算出g2=g1=1,因而：
~
(
1
'
1
)
M
2
g
2
M1
g1
L
ML (0,1)L
例如镉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
LS J
M
g Mg
1D2 2 0 2 0，±1，± 2 1 2
2P3/2 1 1/2 3/2 ±1/2±3/2 4/3 ±2/3 ±6/3