原子核的自旋优秀PPT.ppt

1.2 1.2 原子核的原子核的自旋自旋（角动量）角动量）1.1.原子核外电子的状态量子数原子核外电子的状态量子数主量子数主量子数能量能量量子化量子化角动量量子数角动量量子数角动量角动量量子化量子化磁量子数磁量子数空间空间量子化量子化自旋量子数自旋量子数自旋运动自旋运动量子化量子化2.2.原子核的自旋（角动量）原子核的自旋（角动量）由各个核子的轨道角动量和自旋共同确定，核自旋是由各个核子的轨道角动量和自旋共同确定，核自旋是核内全部核子的轨道角动量和自旋的矢量和。核内全部核子的轨道角动量和自旋的矢量和。一般有两种耦合方式：一般有两种耦合方式：I 为原子核的为原子核的自旋量子数自旋量子数，它为，它为整数整数或或半整数半整数。原子核的自旋（角动量）原子核的自旋（角动量）自旋在自旋在 z 轴的投影为：轴的投影为：磁量子数，磁量子数，2I1个个 试验得到的两条规律：试验得到的两条规律：1)1)、偶偶 A 核核的自旋为的自旋为整数整数；2)2)、奇奇 A 核核的自旋为的自旋为半整数半整数；其中其中偶偶核基态偶偶核基态自旋为自旋为0 0；所以探讨原子光谱的超精细结构是探讨原子核性所以探讨原子光谱的超精细结构是探讨原子核性质的重要工具。质的重要工具。3.原子光谱的原子光谱的超超精细结构精细结构核核的的自旋自旋与与电子电子的的总角动量总角动量的的相互作用相互作用而形成。而形成。探讨原子光谱的初级阶段，只把原子核看成有确定质探讨原子光谱的初级阶段，只把原子核看成有确定质量的点电荷量的点电荷Ze，得到得到原子光谱的原子光谱的粗结构粗结构考虑了考虑了电子的自旋电子的自旋作用后，作用后，得到得到原子原子光谱的光谱的精细结构精细结构；考虑到考虑到原子核的自旋原子核的自旋、磁矩磁矩的贡献时，的贡献时，得到得到原子原子光谱的光谱的超精细结构超精细结构。例：早期发觉的钠例：早期发觉的钠D线线(波长波长D=589.3nm)是从是从3P到到3S的跃迁时发出的谱线。的跃迁时发出的谱线。(D光就是钠黄光光就是钠黄光)后后 发发 觉觉，钠钠 D D线线 由由 两两 条条 谱谱 线线 构构 成成(1=589.6nm1=589.6nm，2=589.0nm)2=589.0nm)，波长相差，波长相差0.6 nm 0.6 nm。得到得到原子光谱的原子光谱的粗结构粗结构得到得到原子原子光谱的光谱的精细结构精细结构；粗结构粗结构精细结构精细结构这种分裂约为这种分裂约为D1、D2线之间距离线之间距离0.6 nm的的1/300。后来发觉：后来发觉：D1D1线由两条线组成，相距线由两条线组成，相距0.0023 nm0.0023 nm；D2 D2线由两条线组成，相距线由两条线组成，相距0.0021 nm0.0021 nm。得到得到原子原子光谱的光谱的超精细结构超精细结构。粗结构粗结构精细结构精细结构超精细结构超精细结构可以利用超精细结构测量核自旋。可以利用超精细结构测量核自旋。*探讨内容：探讨内容：4.4.原子核自旋的测量原子核自旋的测量所以，只要测出能级数目，可求所以，只要测出能级数目，可求I I值；假如能级不值；假如能级不能分裂，则能分裂，则I=0I=0。（适用条件：（适用条件：当核自旋小时）当核自旋小时）超精细相互作用能量分裂表达式超精细相互作用能量分裂表达式常数常数A是能级分裂大小的量度是能级分裂大小的量度.适用条件：适用条件：当能级分裂不止两个。当能级分裂不止两个。举例：见书举例：见书P11.3)3)利用超精细结构谱线的相对强度利用超精细结构谱线的相对强度设设R1和和R2分别是谱线分别是谱线以上三种方法是通过测量原子光谱来定核的自旋，以上三种方法是通过测量原子光谱来定核的自旋，当然还有其他方法。当然还有其他方法。对一个对一个F F值，有值，有2F+12F+1个个MFMF值，它们具有相同的能量分裂，值，它们具有相同的能量分裂，超精细结构光谱线的相对强度满足相加规则，即，不同超精细结构光谱线的相对强度满足相加规则，即，不同F F值值的光强之比由统计权重（的光强之比由统计权重（MFMF的个数）确定，也就是由的个数）确定，也就是由2F+12F+1之比确定。之比确定。举例：见书举例：见书P12.