习题解答

内容发布更新时间 : 2024/12/24 8:58:44星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

总轨道角动量L和总自旋角动量S将分别独立地绕B旋进. (1)写出此时原子总磁矩μ的表达式;

(2)写出原子在此磁场B中的取向能ΔE的表达式;

(3)如置于B磁场中的原子是钠,试计算其第一激发态和基态的能级分裂,绘出分裂后的能级图,并标出选择定则(Δms=0,Δml=0,±1)所允许的跃迁. 解:

(1)在强磁场中,忽略自旋一轨道相互作用,这时原子的总磁矩是轨道磁矩和自旋磁矩的矢量和,即有: ???????L????S??e2mec??PL?emec??PS

??e2mec????(PL?2PS)

(2)此时,体系的势能仅由总磁矩与外磁场之间的相互作用来确定,于是有:

???? V????Be2meceB2mec

???????(PL?2PS)?B ? ?(mL?2mS)

(mL?2mS)?BB

?0,mS??12(3)全内原子的基点为32Sy2,第一激发点为32P。对3S点,mL因此式(2)结合出双分裂,分裂后的能级与原能级的能量差。

?E1mL对于3P点,

mS???0,?1,

12,

???BB

?12,式(2)理应给出2?3个分裂,但mLmL,

??1与mS??12,mL?1对应的?E值相同,故实际上只给出五分裂,能量差为,原能级与分裂后的能级如下图所示。

?E2?(2,1,0,?1,?2)?BB 26

根据选择定则:?mS ?mL?0

?0,?1

它们之间可发生6条跃迁,由于较高的各个能级之间的间距相等,只产生三个能值(?1,0,1)?BB,因此只能观察到三条谱线,其中一条与不加磁场时相重合。这时,反常塞曼效应被帕邢—巴克效应所取代。

4-14 在B=4T的外磁场中,忽略自旋-轨道相互作用,试求氢原子的2P→1S跃迁(λ=121nm)所产生的谱线的波长.

??解:因忽略自旋一轨道相互作用,自旋轨道角动量不再合成J,而是分别绕外磁

场旋进,这说明该外磁场是强场,这时,反常塞曼效应被帕型—巴克效应所取代, 并超于正常塞曼效应,即厚谱线分裂为三条。因此,裂开后的谱线与原谱线的波 数差可用下式表示: ??式中:

L~~~?(1,0,?1)L

?e4?mecB?46.7?B?46.7?4m?1

?1.87?102m?1 因??1?v?1.87?10?7nm?1

,故有:

? ??????v2 27

?值代入上式得: 将?,?v ????'????(121.0nm)?(1,0,?1)L2~

??2.74?10?3nm???0??3nm?2.74?10

?121.0?0.00274nm? ∴?/??0?121.0?0.00274nm?

第五章习题解答

5—1氮原子中电子的结合能为24.5ev,试问:欲使这个原子的两个电子逐一分

离,外界必须提供多少能量?

解:先电离一个电子即需能量E1=24.5ev,此时He?为类氢离子,所需的电离能

E2=E??E基=0?(?zRhcn22)?zRhcn22

将R=109737.315cm2,Rc2?1.24nm?kev代入,可算得

E2=

2?109737.315?1.2412ev = 54.4ev

E= E1+ E2= 24.5ev + 54.4ev = 78.9ev

即欲使He的两个电子逐一分离,外界必须提供78.9ev的能量。 5—2 计算

2D3??态的L?S2。

?32解:2D3中的L2?2,S,J?32

??????????J?L?S?J?J?(L?S)?(L?S)

即J2?L?S22?2L?S2

2??L?S=12(J2?L?S)

28

=? =?222[J(J?1}?L(L?1)?S(S?1)[3?(3?1)?2?(2?1)?3]

2?(32?1)]222

=?3?2

5—3 对于S解:S?1?12??,L?2,试计算L?S的可能值。

222?????????2?J?L?S?J?J?(L?S)(?L?S)?L?S??1?L?S?(J2?22,L?2,J?5或

3

2???2L?S

?L?S)22

1?2[J(J?1)?L(L?1)?S(S?1)]

2???55112[(?1)?2(2?1)?(?1)]?2? 当S?,L?2,J?时,L?S?22222225当

2???331132S?,L?2,J?时,L?S?[(?1)?2(2?1)?(?1)]???

2222222213???L?S的可能值为2?或?232?2

5—4试求3F2态的总角动量和轨道角动量之间的夹角。

解:3F2中,L?3,S?1,J?2.

?????????????J?L?S,?S?J?L,?S?S?(J?L)?(J?L)即S2?J2????1?L?2J?L?J?L?(J2222?L?S)?L?S)22222??1又?J?L?JLcos?即JLcos??(J2

?cos??[J(J?1)?L(L?1)?S(S?1)]h2J(J?1)?L(L?1)h2

?[(22?1)?(33?1)?(11?1)]2(22?1)?(23?1)?23222???arccos3 29

5-5在氢,氦,锂,铍,镁,钾和钙中,哪些原子会出现正常塞曼效应,为什 么?

解:由第四章知识可知,只有电子数目为偶数并形成独态(基态S才能发生正常塞曼效应。

氢,氦,锂,铍,镁,钾和钙的各基态为

2?0)的原子

S1,S0,212S1,21S0,2S12,S0,12S12,S01

电子数目为偶数并且S?0的有He, Be, Mg, Ca,故它们可发生正常塞曼效应。

5-7 依L—S耦合法则,下列电子组态可形式哪些原子态?其中哪个态的能量 最低?

(1)np;4(2)np;5(3)(nd)(nd)

/解:在p态上,填满6个电子的角动星之和为零,即对总角动量无贡献,这说明 p态上1个电子和5个电子对角动星的贡献是一样,即对同科电子P和P5。同

P和P24

有相同的态次4。

l1?l2,131(1) np?np,?2S1?S2?12,?L?2,1,0;S?1,0

3同科电子的原子态有:S0,P2,D0.由洪特定则可知,P2的能级位置最低,能量最

低,列表如下图

0 1 2 (2) np5

L S 0 11 3S0S1 31P1 D2P2 1 32或123D3 P1,由洪特定

2?np,L?1。S?12,?J?2,可形成的原子态2P3,2则的附加规则可知,2P2的能级最低,能量最低3。

(3)(nd)(n/d)中,l1?l2?2,?L?4,3,2,1,0

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