高二物理競賽帕邢-貝克效應(yīng)課件

原子譜線在強磁場中分裂的現(xiàn)象。強磁場雖然破壞了L—S耦合，但各電子間的軌道角動量、自旋角動量仍然存在，L、S量子數(shù)仍然有意義，而總角動量J不再有意義。軌道磁矩、自旋磁矩與強磁場作用，產(chǎn)生的能級分裂為：1、

帕邢—貝克效應(yīng)例.對鈉原子主線系第一條譜線由兩條精細(xì)譜線組成，同理可計算出內(nèi)磁場約為18.5T。B=3.2T相對是弱磁場

，表現(xiàn)為塞曼效應(yīng)。能級和譜線的超精細(xì)結(jié)構(gòu)是由原子核自旋和原子的角動量相互作用而引起的。原子核是由質(zhì)子和中子構(gòu)成的，質(zhì)子和中子一樣也都有軌道和自旋角動量，核內(nèi)所有質(zhì)子和中子的自旋與軌道角動量的矢量和就是原子核角動量，習(xí)慣稱為原子核的自旋，用I表示。原子能級的超精細(xì)結(jié)構(gòu)所有偶偶核（質(zhì)子、中子數(shù)都是偶數(shù)）基態(tài)自旋都是0；所有奇奇核（質(zhì)子、中子數(shù)都是奇數(shù)）基態(tài)自旋都是hbar整數(shù)倍；所有奇偶核（質(zhì)子、中子數(shù)有一個是奇數(shù)）基態(tài)自旋都是hbar半整數(shù)倍。質(zhì)子、中子、電子都是費米子，自旋都是1/2hbar。具有偶數(shù)質(zhì)量數(shù)A的原子核的基態(tài)I值都是整數(shù)；具有奇數(shù)質(zhì)量數(shù)A的原子核的基態(tài)I值都是半整數(shù)。原子核自旋角動量：I是原子核的自旋量子數(shù)，為整數(shù)或半整數(shù)。原子核自旋角動量空間取向也是量子化的，原子核磁矩（磁偶極矩）：中子不帶電，與軌道角動量聯(lián)系的磁矩為零；但是中子內(nèi)部有電荷分布，與自旋聯(lián)系的磁矩不為零，自旋指向與磁矩相反。質(zhì)子帶電，它的自旋和軌道運動都運動會產(chǎn)生磁矩；MP是質(zhì)子的質(zhì)量,gI是原子核的g因子。稱為核磁子，是玻爾磁子μB的1/1836。原子核的g因子不能通過公式計算，只能由實驗測得，其數(shù)值有正有負(fù)。通常用μIZ的最大值作為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（磁偶極矩）與磁場相互作用附加能：即，發(fā)生塞曼能級分裂，一條核能級在磁場中分裂為2I+1條。相鄰兩能級間隔：原子總角動量=原子核角動量+原子角動量原子能級的超精細(xì)結(jié)構(gòu)：超精細(xì)結(jié)構(gòu)能級間隔：超精細(xì)結(jié)構(gòu)能級間的電偶極躍遷選擇定則：鈉原子的核自旋I=3/2，對2P3/2,J=3/2,量子數(shù)F有四個取值，F(xiàn)=3,2,1,0;對2P1/2和2S2/1,J=1/2,F=2,1；根據(jù)躍遷選擇定則，磁共振的分類：電子順磁共振（EPR）：hv＝gμBB

（GHz）核磁共振（NMR）：hv＝gμNB

（MHz)）電子順磁共振若在原子所在的穩(wěn)定磁場區(qū)域中又迭加一個同穩(wěn)定磁場垂直的交變磁場，產(chǎn)生頻率為的電磁波，當(dāng)電磁波的能量與塞曼能級間距相等時，即：h=gBB

，部分處于低能級的原子將吸收電磁波的能量躍遷到高能級。(ElectronParamagneticResonance)電子順磁共振現(xiàn)象是1944年蘇聯(lián)學(xué)者柴伏依斯基首次發(fā)現(xiàn)。當(dāng)把具有未成對電子的物質(zhì)置于外磁場B中時，由于電子自旋磁矩與外磁場相互作用而產(chǎn)生塞曼分裂；具有磁矩的原子稱為順磁原子.相鄰能級的間隔為：C微波諧振腔放置順磁性物質(zhì)G電磁波發(fā)生器發(fā)出的電磁波經(jīng)波導(dǎo)送入諧振腔D探測器R記錄器無磁場有磁場2P1/22S1/2塞曼能級順磁共振hν＝gμBB塞曼效應(yīng)—價電子在電子能級間的躍遷；順磁共振—電子在基態(tài)塞曼能級本身之間的躍遷，即電子順磁共振僅對應(yīng)于由電子自旋磁矩引起的塞曼能級分裂。電子順磁共振和塞曼效應(yīng)均基于電子磁矩與外加磁場相互作用產(chǎn)生的塞曼能級分裂。估算：設(shè)順磁共振所用電磁波的波長在厘米量級（微波）。實際中，固定電磁波的頻率，通過調(diào)節(jié)勵磁電流，改變B，當(dāng)滿足gB0H0=hν時，電磁波強度聚減，表明順磁物質(zhì)從電磁波吸收了能量。電子順磁共振所用電磁波波長可以測定原子基態(tài)的g值例：某原子處在B=0.