高二物理竞赛帕邢-贝克效应课件

原子谱线在强磁场中分裂的现象。强磁场虽然破坏了L—S耦合，但各电子间的轨道角动量、自旋角动量仍然存在，L、S量子数仍然有意义，而总角动量J不再有意义。轨道磁矩、自旋磁矩与强磁场作用，产生的能级分裂为：1、

帕邢—贝克效应例.对钠原子主线系第一条谱线由两条精细谱线组成，同理可计算出内磁场约为18.5T。B=3.2T相对是弱磁场

，表现为塞曼效应。能级和谱线的超精细结构是由原子核自旋和原子的角动量相互作用而引起的。原子核是由质子和中子构成的，质子和中子一样也都有轨道和自旋角动量，核内所有质子和中子的自旋与轨道角动量的矢量和就是原子核角动量，习惯称为原子核的自旋，用I表示。原子能级的超精细结构所有偶偶核（质子、中子数都是偶数）基态自旋都是0；所有奇奇核（质子、中子数都是奇数）基态自旋都是hbar整数倍；所有奇偶核（质子、中子数有一个是奇数）基态自旋都是hbar半整数倍。质子、中子、电子都是费米子，自旋都是1/2hbar。具有偶数质量数A的原子核的基态I值都是整数；具有奇数质量数A的原子核的基态I值都是半整数。原子核自旋角动量：I是原子核的自旋量子数，为整数或半整数。原子核自旋角动量空间取向也是量子化的，原子核磁矩（磁偶极矩）：中子不带电，与轨道角动量联系的磁矩为零；但是中子内部有电荷分布，与自旋联系的磁矩不为零，自旋指向与磁矩相反。质子带电，它的自旋和轨道运动都运动会产生磁矩；MP是质子的质量,gI是原子核的g因子。称为核磁子，是玻尔磁子μB的1/1836。原子核的g因子不能通过公式计算，只能由实验测得，其数值有正有负。通常用μIZ的最大值作为衡量核磁矩大小的量。原子核磁矩比原子磁矩小得多。原子核磁矩（磁偶极矩）与磁场相互作用附加能：即，发生塞曼能级分裂，一条核能级在磁场中分裂为2I+1条。相邻两能级间隔：原子总角动量=原子核角动量+原子角动量原子能级的超精细结构：超精细结构能级间隔：超精细结构能级间的电偶极跃迁选择定则：钠原子的核自旋I=3/2，对2P3/2,J=3/2,量子数F有四个取值，F=3,2,1,0;对2P1/2和2S2/1,J=1/2,F=2,1；根据跃迁选择定则，磁共振的分类：电子顺磁共振（EPR）：hv＝gμBB

（GHz）核磁共振（NMR）：hv＝gμNB

（MHz)）电子顺磁共振若在原子所在的稳定磁场区域中又迭加一个同稳定磁场垂直的交变磁场，产生频率为的电磁波，当电磁波的能量与塞曼能级间距相等时，即：h=gBB

，部分处于低能级的原子将吸收电磁波的能量跃迁到高能级。(ElectronParamagneticResonance)电子顺磁共振现象是1944年苏联学者柴伏依斯基首次发现。当把具有未成对电子的物质置于外磁场B中时，由于电子自旋磁矩与外磁场相互作用而产生塞曼分裂；具有磁矩的原子称为顺磁原子.相邻能级的间隔为：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D探测器R记录器无磁场有磁场2P1/22S1/2塞曼能级顺磁共振hν＝gμBB塞曼效应—价电子在电子能级间的跃迁；顺磁共振—电子在基态塞曼能级本身之间的跃迁，即电子顺磁共振仅对应于由电子自旋磁矩引起的塞曼能级分裂。电子顺磁共振和塞曼效应均基于电子磁矩与外加磁场相互作用产生的塞曼能级分裂。估算：设顺磁共振所用电磁波的波长在厘米量级（微波）。实际中，固定电磁波的频率，通过调节励磁电流，改变B，当满足gB0H0=hν时，电磁波强度聚减，表明顺磁物质从电磁波吸收了能量。电子顺磁共振所用电磁波波长可以测定原子基态的g值例：某原子处在B=0.