高二物理竞赛塞曼效应课件.pptx

一、实验事实1896年，荷兰物理学家塞曼发现：若把光源放入磁场中，则一条谱线就会分裂成几条，且分裂后的谱线成分是偏振的，这种现象称为塞曼效应由于历史的习惯分为正常塞曼效应和反常塞曼效应1、 塞曼效应光谱的分裂根源于其能级的分裂!一条谱线，在外磁场作用下分裂为三条，且彼此间隔相同，间隔值为L这与正常Zeeman效应的实验结果完全一致2. 正常塞曼效应对原子中初末态自旋均为零的谱线跃迁 (单线系的谱线) S1=S2=0, g1 = g2 = 1单线系的每一条谱线,在外磁场作用下的分裂：跃迁选择定则： (Jz0，00除外)只有电子数目为偶数并形成单态的原子，才有正常塞曼效应例1 镉原子的一条谱线(中发分裂，问(1)原谱线分为几条？(2)相邻谱线的间隔为)在外场多少？(3)是否为正常塞曼效应？(4)画出相应的能级图解：， ， ， ， ， ，分裂出的谱线与原谱线波数差：是正常塞曼效应格罗春图格罗春图步骤：步骤：1. 1. 计算两能级的计算两能级的g g值；值；2. 2. E E2 2能级等间隔的标记在上能级水平线上能级等间隔的标记在上能级水平线上(M(M2 2 g g2 2) )；3. 3. E E1 1能级等间隔的标记在下能级水平线上能级等间隔的标记在下能级水平线上(M(M1 1 g g1 1) ) ；4. 4. 两条水平线上的相同的两条水平线上的相同的MM值一一对应值一一对应5. 5. 的跃迁，上下相对的的跃迁，上下相对的MgMg值相减；值相减；6. 6. 的跃迁，斜角位置的的跃迁，斜角位置的MgMg值相减；值相减；7. 7. 把算得的把算得的MM2 2 g g2 2- M- M1 1 g g1 1数值列在下一行，这些数值乘数值列在下一行，这些数值乘以以L L，就是裂开后每条谱线与原谱线的波数差，就是裂开后每条谱线与原谱线的波数差借助格罗春图计算波数的改变。

2 1 0 -1 -22 1 0 -1 -22 1 0 -1 -22 1 0 -1 -21 0 -11 0 -1-1 -1 -1 0 0 0 1 1 1-1 -1 -1 0 0 0 1 1 1MMMM2 2 g g2 2MM1 1 g g1 1MM2 2 g g2 2- M- M1 1 g g1 1格罗春图格罗春图: :1 1D D2 21 1P P1 1对应九种跃迁，三条谱线 01D21P1643.nm8无磁场有磁场Cd 6438 的正常塞曼效应跃迁图mjmjg-1-2-1-2210210-1-11010L03.反常塞曼效应正常塞曼效应，产生于S=0, g=1 的系统，此时不涉及自旋，所以经典理论就可以对它作出解释在发现并解释了正常塞曼效应的同时，人们观察到,一般情况下，光谱的分裂数目并不是三个，间隔也不相同从1897年发现反常塞曼效应，在长达三十年的时间内，人们一直无法解释它，直到电子自旋假设提出后，反常塞曼效应才得到合理的解释3.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跃迁选择定则： (Jz0，00除外)例2 讨论Na双线：，在外场中的分裂 解：2P1/22S1/2mj 1/2 -1/2 mj2g2 1/3 -1/3 mj1g1 1 -1( mj2g2 - mj1g1 )-2/3 2/3-4/34/3借助格罗春图计算波数的改变：借助格罗春图计算波数的改变：分为4条，分裂谱线与原谱线波数差：2P3/22S1/2mj 3/2 1/2 -1/2 -3/2 mj2g2 6/3 2/3 -2/3 -6/3mj1g1 1 -1-1/3 1/3-5/3 -3/33/3 5/3分为6条，分裂谱线与原谱线波数差：3S3P不考虑自旋考虑自旋2S1/22P1/22P3/21/2 1/3-1/2 -1/31/2 1-1/2 -1mj g-1/2 -2/3mj3/2 6/31/2 2/3-3/2 -6/3在磁场中 5896 5890589658905893Na原子5890埃和5896埃双线的塞曼效应24/32/3能级间隔右旋圆偏振光右旋椭圆偏振光 y yx z传播方向 /2xE某时刻左旋圆偏振光E 随z 的变化 0三. 圆偏振光, 椭圆偏振光原子和发出的光子作为整体的原子和发出的光子作为整体的角动量角动量是是守恒守恒的。

的光子的角动量光子的角动量( )( )方向和电矢量旋转方向组成右手螺旋定则方向和电矢量旋转方向组成右手螺旋定则光子的偏振态及角动量的定义 。