电子自旋的假设.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第四章 电子自旋的假设,第一节：,原子中电子轨道运动磁矩,前面我们详细讨论了,氢原子,和,碱金属原子,的能级与光谱，理论与实验符合的很好，可是后来用高分辨率光谱仪观测时发现，上述光谱还有精细结构，这说明我们的原子模型还很粗糙。,本章我们将引进电子自旋假设，对磁矩的合成以及磁场对磁矩的作用进行讨论，去考察原子的精细结构，并且我们要介绍,史特恩,-,盖拉赫,，,塞曼效应,，,碱金属双线,三个重要实验，它们证明了,电子自旋假设的正确性。,电子自旋假设的引入，正确解释了氦原子的光谱和塞曼效应,.,可是,“,自旋是一种结构呢？,还是存在着几类电子呢？,”,并且到现在为止，我们的研究还只限于原子的外层价电子，其内层电子的总角动量被设为零，下一章我们将要着手讨论原子的壳层结构。,本节介绍了原子中电子轨道运动引起的磁矩，从电磁学定义出发，我们将得到它的经典表达式，利用量子力学的计算结果，我们可以得到电子轨道磁矩的量子表达式。,对原子中电子轨道磁矩的讨论使我们发现，,电子运动轨道的大小，运动的角动量以及原子内部的能量都是量子化的。,不仅如此，我们还将看到，在磁场中或电场中，原子内电子的轨道只能取一定的方向，一般地说,在电场或磁场中，原子的角动量也是量子化的，人们把这种情况称作空间量子化。,在电磁学中，我们曾经定义，闭合通电回路的磁距为,（,1,）,因此，原子中电子绕核转也必定与一个磁距相对应，式中,i,是回路电流，,S,是回路面积,计算磁矩与角动量的关系为：,称为,旋磁比,考虑到,反向，写成矢量式为,(4),的方向旋进。,中将受到力矩的作用，力矩将使得磁矩,磁矩在外磁场,绕外磁场,由电磁学知,在均匀外磁场,中受到的力矩为,另一方面，由,理论力学,得,将,代入得,令,（,1,）,的物理意义：,与,同向,沿“轨道”切向，,则,在,dt,时间内旋进角度,(1),式的标量形式为,另一方面，设,则把式,代入上式得,轨道磁矩的量子表达式,量子力学关于轨道角动量的计算结果,量子力学的结论为,（,1,）,根据量子力学的计算，角动量,是量子化的，这包括它的大小和空间取向都是量子化的。,式中,l,称为角量子数，它的取值范围为,称为轨道磁量子数,当,l,取定后，他的可能取值为,