第六章磁场中的原子

1、Applied Physics1 前面，我们研究了前面，我们研究了各种原子各种原子的的光谱光谱和和能级能级特点，并利用角特点，并利用角动量的相互作用（动量的相互作用（ 、）给出了理论解释。）给出了理论解释。 本章，我们将研究这类问题本章，我们将研究这类问题磁场中原子的运动特点磁场中原子的运动特点。 磁场中原子的行为，可通过几个重要现象来反映：磁场中原子的行为，可通过几个重要现象来反映：、。对这几个现象的研究。对这几个现象的研究和分析，就是本章的主要内容。通过对和分析，就是本章的主要内容。通过对角动量和磁场相互作用角动量和磁场相互作用的研究，得到在磁场作用下的的研究，得到在磁场作用下的，进一步得

2、出，进一步得出特点，从而可从理论上解释上述现象。特点，从而可从理论上解释上述现象。 而我们知道，在磁场中而我们知道，在磁场中角动量角动量的的取向取向也是也是量子化量子化的，这会的，这会进一步影响原子的特性。进一步影响原子的特性。 那么，在那么，在磁场作用磁场作用下，原子的运动将发生怎样的变化呢？下，原子的运动将发生怎样的变化呢？Applied Physics21 原子的磁矩原子的磁矩2 外磁场对原子的作用外磁场对原子的作用 3 Stern-Gerlach实验的结果实验的结果4 顺磁共振顺磁共振5 物质的磁性物质的磁性6 Zeeman效应效应Applied Physics3ri-eno p d一

3、个有闭合电流流一个有闭合电流流过的过的磁壳磁壳的的磁矩磁矩为为电流为电流为为电子运动的周期为电子运动的周期面积面积为为常常数数 2mrp Applied Physics4角动量是量子化的，所以磁矩也是量子化的，有角动量是量子化的，所以磁矩也是量子化的，有一、磁矩的一般形式一、磁矩的一般形式轨道磁矩为轨道磁矩为自旋磁矩为自旋磁矩为原子核磁矩为原子核磁矩为计算原子的总磁矩时，可忽略原子核的磁矩。计算原子的总磁矩时，可忽略原子核的磁矩。Applied Physics5如图，电子的轨道角动量如图，电子的轨道角动量 与自旋与自旋角动量角动量 合成总角动量合成总角动量为为二、单电子原子的总磁矩二、单电子原

4、子的总磁矩jplpspj s l 而总磁矩而总磁矩 是电子的轨道磁矩是电子的轨道磁矩与与自旋磁矩自旋磁矩合成的，但是合成的，但是 与与 ，所以，所以 不在不在的延长线的延长线上。上。、绕绕旋进，旋进，、 也绕也绕旋进，可将旋进，可将 分解为两个，沿分解为两个，沿延延长线方向的长线方向的为恒量；另一个垂直为恒量；另一个垂直于于的对外平均效果为的对外平均效果为 。所以，对外总磁矩就为所以，对外总磁矩就为。Applied Physics6jplpspj s l 总磁矩总磁矩 这里这里 称为朗德因子称为朗德因子jjPmeg2)j(j)s(s)l(l)j(jg121111)1(2)1()1(23jjll

5、ssg1lgg0l0l0s2sgg 朗德因子朗德因子 当 s = 0, 时 当 , 时单电子原子总磁矩（有效磁矩）单电子原子总磁矩（有效磁矩）Applied Physics8三、多电子原子的磁矩三、多电子原子的磁矩（1） 为原子总角动量为原子总角动量（2）其中其中()、 ( )分别反映分别反映个电子的集体及最后电子。个电子的集体及最后电子。Applied Physics9的磁矩的磁矩JppJpijpJ ij pJ Applied Physics10在磁场作用下，磁矩绕磁场方向旋进，也就是总角动量在磁场作用下，磁矩绕磁场方向旋进，也就是总角动量绕磁绕磁场方向旋进，如图。场方向旋进，如图。 磁场对

6、磁场对产生一力产生一力矩矩 ，该力矩引起角动量，该力矩引起角动量的改变，即的改变，即BJPPd dJ JPPdJ dB Applied Physics11一、拉莫尔旋进一、拉莫尔旋进旋进旋进角动量的这种旋进运角动量的这种旋进运动称为动称为。旋进旋进BJPPd dJ Applied Physics12二、原子在磁场作用下的附加能量二、原子在磁场作用下的附加能量1、附加能量、附加能量BJPPd dJ 增量增量Applied Physics132、能级分裂、能级分裂可取可取共共个可能值，即个可能值，即取取个可能个可能值。也就是说，在磁场作用下，一个能级分裂为值。也就是说，在磁场作用下，一个能级分裂为

7、个。个。M23P223无磁场无磁场有磁场有磁场Mg2121 23 23232 2 例：原子态为例：原子态为，加磁场，加磁场能级分裂为能级分裂为，间隔都相等，为，间隔都相等，为Applied Physics143、一般特点、一般特点能级分裂的能级分裂的层数层数都是都是，间隔都等于，间隔都等于。 3.分裂后的两相邻磁能级的间隔都等于分裂后的两相邻磁能级的间隔都等于 即由同一能级分裂出来的诸磁能级的间隔都相等即由同一能级分裂出来的诸磁能级的间隔都相等, 但从不同的能级分裂出来的磁能级的间隔彼此但从不同的能级分裂出来的磁能级的间隔彼此 不一定相等不一定相等,因为因为g因子不同。因子不同。 BgB 1.

8、原子在磁场中所获得的附加能量与原子在磁场中所获得的附加能量与B成正比；成正比；结结 论论:2.因为因为M取取(2J+1)个可能值个可能值,因此无磁场时的原子因此无磁场时的原子 的一个能级的一个能级,在磁场中分为在磁场中分为(2J+1)个子能级。个子能级。可取可取共共个可能值个可能值无磁场无磁场有磁场有磁场232pM Mg3/2 6/31/2 2/3-1/2 -2/3-3/2 -6/3能级在磁场中分裂情况能级在磁场中分裂情况232p讨论讨论（1）只有外加磁场只有外加磁场B较弱时上述讨论才正确。因为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只有在这一条件下，原

9、子内的旋轨相互作用才不至于被磁场所破坏，破坏， S 和和 L才能合成总磁矩才能合成总磁矩 ，且，且 绕绕PJ旋转很快，以至于旋转很快，以至于对外加磁场而言，有效磁矩仅为对外加磁场而言，有效磁矩仅为 在在PJ方向的投影方向的投影 J。在弱磁。在弱磁场场B中原子所获得的附加能量才为中原子所获得的附加能量才为:BMgEBMjnlnljmEEEEj所以在弱磁场中原子的能级可表为：所以在弱磁场中原子的能级可表为：在分裂后的磁能级间的跃迁要符合选择定则：在分裂后的磁能级间的跃迁要符合选择定则：00,01,0; 1,0; 1MMJMJL时时除外。Applied Physics18(a)弱磁场：弱磁场：PL、

10、PS围绕PJ旋转，同时PJ围绕B旋转PS快快B慢慢PLPJ（2）如果磁场如果磁场B加强到一定程度，超过原子内部旋轨作加强到一定程度，超过原子内部旋轨作用，使用，使PJ在磁场中旋转的频率远小于在磁场中旋转的频率远小于PL和和PS分别绕磁场旋分别绕磁场旋转的频率，以至于在磁场中可以认为转的频率，以至于在磁场中可以认为PL和和PS的耦合被破坏，的耦合被破坏，磁场的作用就是使得磁场的作用就是使得PL和和PS分别在磁场中很快旋转。这时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原子在磁场中的附加能量主要由 S 和和 L在磁场中的能量来在磁场中的能量来决定，即附加能量由决定，即附加能量由- S

11、B和和- L B之和来确定。之和来确定。BBEESLmmMslBPLPs(b) 强磁场：强磁场：PL、PS围绕B旋转由于旋轨作用被破坏，在强磁场中原子能级应表为：由于旋轨作用被破坏，在强磁场中原子能级应表为：)(MmmnlmmnlEEEEslsl即在强磁场中的附加能量即在强磁场中的附加能量 的值由的值由ML和和MS的组合决定的组合决定,L一定时一定时ML有（有（2L+1）个可能值，）个可能值，MS有有（2S+1）个可能值，组合结果使附加能量有若干个可能）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，在这值，因此磁场中每一个能级将分裂为若干个子能级，在这些

12、子能级间的跃迁要符合选择定则：些子能级间的跃迁要符合选择定则：)(MmmEEsl 0, 1, 0; 1 SLMML 1,0)2( SLMM Applied Physics22Applied Physics23返6.2Applied Physics24Stern-Gerlach实验的实验装置如图。在实验的实验装置如图。在不均匀磁场不均匀磁场的作用下，的作用下，原子发生原子发生偏转偏转，偏转距离偏转距离由下式决定由下式决定Vacuum pumpingzDl1lxzO无磁场有磁场NS非均匀磁场中非均匀磁场中,原子束会发生分裂原子束会发生分裂,分裂的条数为分裂的条数为(2J+1)条条.Applied

13、Physics26原子束的原子束的（偏离最远的两束之间的距离）为（偏离最远的两束之间的距离）为前面我们研究的为银（前面我们研究的为银（）原子）原子，原子态为，原子态为，所以进入非均匀磁场中要分裂为所以进入非均匀磁场中要分裂为。一、一、 Stern-Gerlach实验的理论解释实验的理论解释有几个有几个（个），就有几条黑线。另外，裂距值也可通过个），就有几条黑线。另外，裂距值也可通过实验测量，可进行理论和实验的比较。实验测量，可进行理论和实验的比较。Applied Physics27 Stern-Gerlach实验是对实验是对的重要证明，它主要进行的重要证明，它主要进行了如下方面的验证：了如下方

14、面的验证：1、角动量空间取向量子化的正确性；、角动量空间取向量子化的正确性；2、电子自旋假设是正确的，而且自旋量子数、电子自旋假设是正确的，而且自旋量子数；3、电子自旋磁矩、电子自旋磁矩 。二、二、 Stern-Gerlach实验的意义实验的意义 对其它原子所作的实验，也都证明了如上理论的正确性。对其它原子所作的实验，也都证明了如上理论的正确性。（书（书P180表表6.2） 原子 基态 g Mg 相片图样Su, Cd, Hg, PbSu, PbH, Li, Na, KCu, Ag, AuTlO0313232 / 122 / 120301PPPPSPS22/33/23/2 0 01310 ,23

15、, 3 0 ,230史特恩-盖拉赫实验结果返6.3Applied Physics29 前面，我们发现，在磁场作用下，原子的状态发生改变，前面，我们发现，在磁场作用下，原子的状态发生改变，原子的能级会发生分裂，这些能级之间能否发生跃迁呢？原子的能级会发生分裂，这些能级之间能否发生跃迁呢？ 在磁场作用下，原子的某一能级分裂形成一系列能级，这在磁场作用下，原子的某一能级分裂形成一系列能级，这些能级称为些能级称为磁能级磁能级。磁能级相对于原能级的附加能量为。磁能级相对于原能级的附加能量为，相邻，相邻能级间隔能级间隔为为。 现在，我们要讨论的问题就是，磁能级间能否发生跃迁？现在，我们要讨论的问题就是，磁

16、能级间能否发生跃迁？ 实验发现，如原子处于稳定磁场中，则磁能级间不会发生实验发现，如原子处于稳定磁场中，则磁能级间不会发生跃迁；如在稳定磁场之上再叠加一个垂直的跃迁；如在稳定磁场之上再叠加一个垂直的，交变磁，交变磁场的频率场的频率 合适（合适（）时，就可）时，就可，这称为，这称为。Applied Physics30一、顺磁共振条件一、顺磁共振条件 实际上常用超高频电磁波来实际上常用超高频电磁波来。顺磁共振条件顺磁共振条件例如：例如：时，有时，有需要用微波来需要用微波来激发激发Applied Physics31二、顺磁共振实验二、顺磁共振实验1、实验装置、实验装置如图，微波谐振腔如图，微波谐振腔

17、 中放中放有有，在，在的磁的磁场作用下分裂形成场作用下分裂形成磁能磁能级级。电磁波发生器。电磁波发生器产生产生的的经波导管送入经波导管送入 ，与与 中物质中物质后，再经后，再经波导到达探测器波导到达探测器 ，探测，探测结果在结果在 上显示。上显示。实 验 时 ， 不 断 改 变 电 磁 波 频 率 ， 当 满 足 顺 磁 共 振 条 件实 验 时 ， 不 断 改 变 电 磁 波 频 率 ， 当 满 足 顺 磁 共 振 条 件时，会产生时，会产生。所以，可通过测量探测器。所以，可通过测量探测器的电磁波强度，找到的电磁波强度，找到，进一步确定，进一步确定。Applied Physics322、实验

18、现象、实验现象（1）共振吸收）共振吸收顺磁共振条件是顺磁共振条件是，频，频率率 与与 , 都有关，实际实验时，都有关，实际实验时，连续调节频率连续调节频率 较困难，常固定较困难，常固定而逐渐改变而逐渐改变，当探测器，当探测器显示显示电磁波强度电磁波强度时，就发生了时，就发生了。记下。记下 与与，可算出，可算出 ，这是原子基态的这是原子基态的 值，可与理论值，可与理论值进行比较。值进行比较。一般原子的吸收曲线如图，反映了基态原子的磁能级分裂情况。一般原子的吸收曲线如图，反映了基态原子的磁能级分裂情况。如原子之间的相互作用可忽略，分裂的磁能级是如原子之间的相互作用可忽略，分裂的磁能级是的，就的，就

19、产生产生一个一个。吸收吸收Applied Physics33（2）精细结构）精细结构单一原子或原子间的相互单一原子或原子间的相互作用可忽略时，分裂的磁作用可忽略时，分裂的磁能级是能级是的，就产生的，就产生一个一个。一般是用固体材料作样品，一般是用固体材料作样品，原子中电子的运动会受到原子中电子的运动会受到周围粒子的影响，周围粒子的影响，不再是等间隔的不再是等间隔的，这就会，这就会出现出现几个几个，如图所，如图所示。示。这种情况称为这种情况称为，和原子之间的相互作用有关，和原子之间的相互作用有关，反映了反映了。所以，对波谱。所以，对波谱的分析，常用的分析，常用来研究分子结构、固体及液体结构。来研

20、究分子结构、固体及液体结构。吸收吸收Applied Physics34（3）超精细结构）超精细结构 有时，有时，一个一个又分裂为几个很挨又分裂为几个很挨近的峰，这称为近的峰，这称为，如图，如图所示。所示。 这种现象，经研这种现象，经研究知道，是由于究知道，是由于的影响产生的。的影响产生的。 原子核的磁矩原子核的磁矩在强磁场中有在强磁场中有个取向，会产生个取向，会产生个个。所以，通过对。所以，通过对的研究，可以分析的研究，可以分析的的。由此发展出原子核的研究方法。由此发展出原子核的研究方法。吸收吸收Applied Physics35练习二十七（练习二十七（1-3）作作 业业（1 1）原子的总磁矩

21、与总角动量之间有何关系？这个）原子的总磁矩与总角动量之间有何关系？这个关系是否受耦合方式的影响？关系是否受耦合方式的影响？（2 2）外磁场对原子作用引起的附加能量与那些物理）外磁场对原子作用引起的附加能量与那些物理量有关？量有关？（3）史特恩）史特恩-盖拉赫实验证实了原子的那些性质？盖拉赫实验证实了原子的那些性质？ BMgEB Stern-Gerlach实验是对实验是对的重要证明，它主要进行的重要证明，它主要进行了如下方面的验证：了如下方面的验证：1、角动量空间取向量子化的正确性；、角动量空间取向量子化的正确性；2、电子自旋假设是正确的，而且自旋量子数、电子自旋假设是正确的，而且自旋量子数；3

22、、电子自旋磁矩、电子自旋磁矩 。Applied Physics36 前面，我们研究了一个原子的磁矩，并分析了原子在磁场前面，我们研究了一个原子的磁矩，并分析了原子在磁场中的行为，也就是说，我们研究了中的行为，也就是说，我们研究了特点。那么，特点。那么，由原子构成的由原子构成的宏观物体宏观物体，它的，它的磁性磁性有什么特点呢？有什么特点呢？ 实验发现，有些物质在磁场中磁化后，宏观磁矩的方向与实验发现，有些物质在磁场中磁化后，宏观磁矩的方向与磁场的磁场的，这类物质称为，这类物质称为；有些物质在磁场；有些物质在磁场中磁化后，宏观磁矩的方向与磁场中磁化后，宏观磁矩的方向与磁场，这类物质称为，这类物质称

23、为；另外还有些物质（铁、钴、镍等），在磁场作用下，；另外还有些物质（铁、钴、镍等），在磁场作用下，表现出比顺磁性表现出比顺磁性得多的得多的，且去掉磁场后，且去掉磁场后，这，这类物质称为类物质称为。 物质磁化为什么表现出这样的特点呢？为什么有抗磁性、物质磁化为什么表现出这样的特点呢？为什么有抗磁性、顺磁性和铁磁性之分呢？下面我们具体分析。顺磁性和铁磁性之分呢？下面我们具体分析。Applied Physics37一、磁化的基本规律一、磁化的基本规律1、磁化公式、磁化公式表示单位体积的磁矩，表示单位体积的磁矩， 称为称为。对。对于于， 为为；对于；对于， 为为。2、磁化率特点、磁化率特点（1）对于）

24、对于，其磁化率同绝对温度成反比，其磁化率同绝对温度成反比居里定居里定律律，的磁化率与温度的关系很小。的磁化率与温度的关系很小。（2）总磁矩为）总磁矩为 的原子或分子构成的物质，都表现为的原子或分子构成的物质，都表现为；总磁矩总磁矩的原子或分子构成的物质，表现为的原子或分子构成的物质，表现为。Applied Physics38二、抗磁性二、抗磁性1、抗磁性的由来、抗磁性的由来抗磁性是由于原子中的抗磁性是由于原子中的在磁场作用下的附加在磁场作用下的附加形成的。形成的。没有外磁场时，可认为没有外磁场时，可认为绕原子核作绕原子核作，法线方向为，法线方向为，如图。，如图。J JPBapa 在在作用下，作

25、用下，（），相当于，相当于（与磁场方向满足右手定则）。（与磁场方向满足右手定则）。这时，这时，相当于原有的，相当于原有的，而这个，而这个就就会形成一会形成一，产生，产生。（。（ 与与作用产生作用产生 ）Applied Physics39BJPPd dJ JPPdJ dB 在外磁场作用下，在外磁场作用下，的旋进的旋进是确定的（与是确定的（与磁场方向满足右手定则），磁场方向满足右手定则），附加附加中中也是这个方向，附加也是这个方向，附加的的与该方向与该方向，所以最后形成的磁矩，所以最后形成的磁矩。抗磁性分析抗磁性分析是由于是由于（在磁场作用下的在磁场作用下的）产生的）产生的附加附加形成的。形成的。

26、Applied Physics40ia-ea Br2、磁化率的得出、磁化率的得出磁矩磁矩为为旋进旋进Applied Physics41物质的磁化率物质的磁化率单位体积单位体积为原子数为原子数密度密度算出磁化率值，与实验符合。算出磁化率值，与实验符合。是是的的形成的，发生在任何原子或分形成的，发生在任何原子或分子中，是普遍存在的。子中，是普遍存在的。 但对于原子，只有在但对于原子，只有在，因而，因而时，才能表现时，才能表现出来；如出来；如或或不为不为 ，则较强的顺磁性会掩盖抗磁性。，则较强的顺磁性会掩盖抗磁性。Applied Physics42顺磁性的产生，是原子的顺磁性的产生，是原子的在磁场中

27、在磁场中。三、顺磁性三、顺磁性1、顺磁性的产生原理、顺磁性的产生原理热平衡时，原子在各能级的分布满足玻尔热平衡时，原子在各能级的分布满足玻尔兹曼分布，即各能级兹曼分布，即各能级与与成成。每一个能级相当于磁矩的一个取。每一个能级相当于磁矩的一个取向，而低能级的原子数多于高能级，向，而低能级的原子数多于高能级，为为的原子比的原子比为为的原子的原子。+2+10-2-1+3-3B附加能量附加能量大量原子的平均磁矩为大量原子的平均磁矩为，也就是宏观物质显示出，也就是宏观物质显示出。Applied Physics432、磁化率的得出、磁化率的得出一个原子顺磁性磁化率一个原子顺磁性磁化率Applied Ph

28、ysics443、总磁化率、总磁化率的原子，既有的原子，既有，也有，也有，所以总磁，所以总磁化率应为二者之和。化率应为二者之和。的总磁化率为的总磁化率为在室温下，在室温下，磁化率要比磁化率要比磁化率磁化率，所以物体表现出，所以物体表现出。这时，磁化率与绝对温度成反比，。这时，磁化率与绝对温度成反比，这就是居里定律。这就是居里定律。 如在不同温度下测出如在不同温度下测出 ，作出，作出曲线，会得到一条直曲线，会得到一条直线，直线的线，直线的为为。 宏观物体磁性的基础为原子磁性，但不完全一致。如物体宏观物体磁性的基础为原子磁性，但不完全一致。如物体由分子组成，则其磁性取决于分子磁性。由分子组成，则其

29、磁性取决于分子磁性。Applied Physics45四、铁磁性四、铁磁性铁磁性物质的原子之间发生铁磁性物质的原子之间发生作用，在小区域内原子作用，在小区域内原子磁矩沿一个方向排列，合成一较磁矩沿一个方向排列，合成一较强的联合磁矩，这样的小区域称强的联合磁矩，这样的小区域称为为。一块铁磁性材料由数量。一块铁磁性材料由数量很大的磁畴组成，但每个很大的磁畴组成，但每个，总效果抵消，总效果抵消，。加加后，各后，各（磁矩）（磁矩）向外磁场方向向外磁场方向，显出很，显出很。铁磁。铁磁性同材料的结构密切相关，不再性同材料的结构密切相关，不再是孤立原子的磁性了。是孤立原子的磁性了。磁磁化化前前磁磁化化后后A

30、pplied Physics46 前面，我们研究了外磁场对原子磁矩的作用，并得出了原前面，我们研究了外磁场对原子磁矩的作用，并得出了原子态的变化特点，从而解释了子态的变化特点，从而解释了Stern-Gerlach实验实验和和顺磁共振现顺磁共振现象象，并对宏观物体的磁性进行了分析。本节，我们利用上述方，并对宏观物体的磁性进行了分析。本节，我们利用上述方法对法对进行分析。进行分析。 光源放在足够强的磁场中时，所发光源放在足够强的磁场中时，所发的谱线会的谱线会，而，而且每条谱线的光都是且每条谱线的光都是的。这种现象称为的。这种现象称为。一、一、Zeeman效应效应 由于历史的原因，由于历史的原因，

31、又常分为又常分为（） 和和（）。指指经典理论能够解释的谱线分裂，谱线分为经典理论能够解释的谱线分裂，谱线分为且有确定且有确定；经典理论不能解释的都称为经典理论不能解释的都称为。Applied Physics47Zeeman效应的谱线效应的谱线第 一 图 为第 一 图 为，其，其它 都 为它 都 为。谱。谱线图下的线图下的三条短三条短线线指指经典经典理论给理论给出的谱线出的谱线分裂位分裂位置置。Applied Physics48二、二、 Zeeman效应的实验现象效应的实验现象1、镉（、镉（Cd643.8nm）的）的Zeeman效应效应 Cd光源置于强磁场中，光谱线会发生分裂。沿磁场方向光源置于

32、强磁场中，光谱线会发生分裂。沿磁场方向（于于B）和）和磁场方向观察，谱线有磁场方向观察，谱线有特点。如图。特点。如图。0 BBBB B B| 在在磁场磁场B的方向观察，谱线分裂的方向观察，谱线分裂为为，一条在原位置，左右各一条，一条在原位置，左右各一条，；三条线都为；三条线都为（平面偏振），（平面偏振），一条电矢量一条电矢量平行于磁场方向平行于磁场方向 ，称这样的谱线（，称这样的谱线（）为为；两边的谱线；两边的谱线 垂直于垂直于 ，称这样，称这样的谱线（的谱线（）为）为。如沿着磁场方向（如沿着磁场方向（）观察，）观察，变为变为（）和）和（）圆偏振光，）圆偏振光，Applied Physics4

33、90 Bnm6 .589nm0 .5892、钠（、钠（Na）的）的Zeeman效应效应 Na主线系的黄光双线（主线系的黄光双线（589.0nm,589.6nm）在磁场作用下，）在磁场作用下，也会发生分裂。两条线分裂的情况不同，如图所示。也会发生分裂。两条线分裂的情况不同，如图所示。B 在在磁场磁场B的方向观察，的方向观察，589.6nm的的谱线分裂为谱线分裂为，没有谱线在原位置，没有谱线在原位置，为为的的； 589.0nm的谱线分裂为的谱线分裂为，没有谱线，没有谱线在原位置，相邻谱线在原位置，相邻谱线都都。所有。所有都是都是的，如图所示。的，如图所示。如沿着磁场方向（如沿着磁场方向（）观察，）

34、观察，而，而变为变为。Applied Physics50三、三、 Zeeman效应的理论解释效应的理论解释1、跃迁的一般理论、跃迁的一般理论设谱线为设谱线为跃跃迁产生的，则迁产生的，则2E1E12EEhv 附加能量附加能量加磁场后，有加磁场后，有波 数 变波 数 变化为化为Applied Physics512、选择定则、选择定则3、Cd（643.8nm）Zeeman效应的解释效应的解释Cd镉原子在无外磁场时镉原子在无外磁场时跃迁对应谱线为跃迁对应谱线为，在，在外磁场作用下，外磁场作用下，将分裂成将分裂成能级，能级，分裂为分裂为能级。能级。Applied Physics52跃迁遵从选择定则，借助上图（格罗春跃迁遵从选择定则，借助上图（格罗春Grotrain图），可方便图），可方便地画出跃迁情况。可看出，在磁场作用下分裂的上下能级之间，地画出跃迁情况。可看出，在磁场作用下分裂的上下能级之间，将出现将出现，但，但，且相邻谱线间隔为一个，且相邻谱线间隔为一个 。这属于这属于简单简单Zeeman效应效应。Cd（643.8nm） 的的Zeem