1、1 原子分子物理实验1什么是正常塞曼效应？什么是反常塞曼效应？早年把那些谱线分裂为三条而裂距（相邻两谱线的裂距差）按波数计算正好等于一个洛仑兹单位 的现象叫正常塞曼效应。正常塞曼效应从机理上说是原子内纯轨道运动的塞曼效应，应用经典理论就能给与解释。JJ 耦合中，各个电子轨道运动与电子自旋运动之间的相互作用，大于每个电子的轨道运动之间和自旋运动之间的相互作用。实际上大多数物质的谱线在磁场中分裂的谱线多于三条，谱线的裂距可以大于也可以小于一个洛仑兹单位，人们称之为反常塞曼效应。反常塞曼效应只有用量子理论才能得到满意的解释。 LS 耦合常见于轻元素中，各个电子轨道运动之间的相互作用和各个电子自旋运动
2、之间的相互作用，大于每个电子的轨道运动和自旋运动之间的相互作用。2汞的 546.1nm 谱线在外磁场中分裂为几条谱线？它们的偏振特性是怎么样的？汞 546.1nm 谱线在磁场中分裂成 9 条新谱线，其中对应 m2g2-m1g1=0 的线与原谱线相同，各相邻的分裂谱线波数差是 L/2。 当m=0 时，产生 3 条 线。沿垂直于磁场方向观测， 线为振动方向平行于磁场的线偏振光；沿平行磁场方向观测不到 线。当m= 1 时，产生 6 条 线。沿垂直于磁场方向观测， 线为振动方向垂直于磁场的线偏振光；沿平行磁场方向观测， 线为圆偏振光。3汞的 546.1nm 谱线在外磁场中分裂为 9 条谱线，在用法布里
3、-珀罗标准具进行观察时，这些谱线所形成的干涉圆环有什么特点和规律？（a）在波长不变的情况下，同一级次 k 对应相同的入射角 ，形成一个亮环。 （b）中心亮环的 ，此时： ，故中心亮环的级次最大： ，依次向外由=0 =1 =2不同直径的亮纹形成一套同心环。由此式可以看出：（a）干涉级 k 与圆环直径平方成线性关系，随着圆环直径的增大，条纹越来越密。（b）直径越大则干涉环的干涉级越小，中心圆环的干涉级最大。（c）对于同一干涉级 k 的干涉环，直径大则波长小。4eLBmc218dDfk（d）同一波长 的相邻 k 和（k-1）级两个圆环的直径平方差与 k 无关4在汞的 546.1nm 谱线的塞曼效应试
4、验中，怎样证明在平行于磁场方向观察所看到的谱线是圆偏振光？让光先通过四分之一波片然后再通过偏振片，旋转偏振片 360，若出现两次消光现象，即入射光为圆偏振光。5在外磁场中光源发出的光谱线为什么会产生分裂？分裂的谱线为什么是有限条？原子中电子的运动导致原子具有磁矩，在磁场中，原子磁矩与外磁场的作用将引起原子能级的变化，其大小可以表示为：E=mgBB设有一频率为 的光谱线，是由能级 E2 和 E1 之间的跃迁所产生，即：h=E 2-E1。在磁场中上、下能级分裂后所产生的新谱线的频率 与能级的关系为：波数差形式为：6电子自旋共振与塞曼效应在机理上的区别？电子自旋共振研究的同一电子状态(基态)的不同塞
5、曼能级本身之间的跃迁，这种跃迁只发生在相邻的塞曼能级之间。而塞曼效应则研究的是不同电子状态的能级间的跃迁，塞曼效应机理：原子中电子的运动导致原子具有磁矩，在磁场中，原子磁矩与外磁场的作用将引起原子能级的变化，通过能级间跃迁产生的谱线就会发生分裂。电子自旋共振：恒定磁场 中，总角动量 和对应的磁矩 的空间取向是量子化的， 与 的相 互作用导致磁偶极体系（由磁场和交变电磁场相互作用的体系）能级简并度的解除，产生塞曼分裂：式中磁量子数 m 是总角动量在外磁场方向的分量，m=J，J-1，-J 。这 2J+1 个等距子能级间的跃迁服从m=1 的偶极跃迁选择定则，相邻磁能级间距：Bgmh)()121212
6、1()()4emgLcJBEmgA如果在垂直于外磁场 方向加一频率为 的电磁辐射线偏振磁场，当满足 = ()时，电子在相邻磁能级间跃迁。这种在交变磁场作用下，电子自旋体系与外磁场相互作用所产生的塞曼能级间的共振吸收（和辐射）现象，称为电子顺磁共振。由于凝聚态（固相和液相）物质的顺磁性主要来源于未偶电子的自旋磁矩，因此现在更普遍地称为电子自旋共振。式（*）即为共振条件。7什么样的物质可以观察到电子自旋共振现象？为什么？电子自旋共振只发生在具有未偶电子的顺磁材料中，因为只有当一个原子、离子或分子中所有电子的自旋磁矩与轨道磁矩的总合不为零，也就是这个原子、离子或分子是顺磁性的，其不为零的磁矩才能在外
7、磁场中能级分裂。电子自旋共振（ESR）只能发生在原子固有磁矩不为零的顺磁材料中，因此又称为电子顺磁共振（EPR） 。8朗德 因子的物理意义是什么？g表征原子的总磁矩和总角动量的关系。 （1）若原子的磁矩完全由电子自旋磁矩贡献，此时：L=0、J=S，则： g=2。 （2）若磁矩完全由电子的轨道磁矩所贡献，此时： S=0、J=L ，则：g=1。 （3）若自旋和轨道磁矩两者都有贡献，则 g 的值介乎 1 与 2 之间。9怎样理解电子的自旋运动？自旋就是电子的一个内禀性质。电子自旋假设是经典物理学是无法接受的。如将电子自旋视为机械自旋，可证明电子自旋使其表面的切向线速度将超过光速，但电子自旋的概念是微
8、观物理学中最重要的概念。 （电子的自旋不能理解为像陀螺一样绕自身轴旋转，它是电子内部的属性，与运动状态无关。它在经典物理中找不到对应物，是一个崭新的概念） 。对某确定粒子，其自旋量子数是确定的。半整数自旋的粒子被称为费米子，整数的则称为玻色子（如光子） 。电子的自旋为 ，为费米子。1210凝聚态物质未偶电子的自旋磁矩，与外磁场的相互作用导致原子的基态能级分裂为两个塞曼能级，对于由该两能级组成的量子跃迁系统会发生哪些物理过程？BEg两个塞曼能级间在一定条件下能发生电子自旋共振。这两个能级在与其他能级发生跃迁时会出现塞曼效应。 （不太确定这答案是不是这道题想问的）11在电子自旋共振试验中单螺调配器
9、有什么作用？魔 T 有什么作用？（1）单螺调配器：改变探针深入到波导内的深度和水平位置时，可以改变此臂反射波的振幅和相位。（2）魔 T：分波作用：将 H 臂输入的信号同相等分给 2、3 臂。隔离作用：E 臂和 H 臂之间固有隔离；反向臂 2、3 之间彼此隔离，即从任一臂输入信号都不能从相对臂输出，只能从两旁臂输出。*魔 T 桥检测信号的大致过程：速调管振荡器产生的微波功率从魔 T 的 H 臂输入，同相平分给臂 2 和 3。样品腔调谐时，腔与波导接近匹配状态，即 腔所产生的驻波很小。这种情况下，双 T 调配器 最容易调节到使端口 2 和端口 3 的输入阻抗相等 或接近相等，有该两端口所产生的反射
10、波等幅同 相或接近于等幅同相，使得 E 臂输出为零或接近 于零，微波桥达到平衡或接近平衡（平衡时，H 臂得到的和信号均为其上的隔离器所吸收，不会影响微波源的稳定工作） 。当磁场扫过共振区时，样品腔等小阻抗发生变化，导致 2、3 端口的输入阻抗不等，微波桥平衡被破坏，此时两反射波既非同相，也不等幅，E 臂输出大为增加，由此检测到共振吸收信号。E 臂上晶体检波器的信号输出经低噪声晶体管宽带高放、脉冲幅值检波、低放后，送示波器显示。（3）可变衰减器：垂直波导宽壁中线沿纵向插入吸收片以吸收部分传输功率，调节其插入深度或离宽壁中线距离，可改变微波输出功率大小。12在电子自旋共振试验中共振波形与扫场电压相
11、位有什么关系？交变电压 V：示波器 x 轴偏转板的输入信号。当稳恒磁场满足共振吸收条件时，即： ，若 V 与扫场同相，如图 3-5 所示，则在一=个周期 T 内，将产生两个吸收峰（图中 1 点和 2 点： ） ，并且两个吸收峰重合在示()=0EH波器上亮线上的中点，如图所示。若 V 与扫场不同相，则产生的两个吸收峰不重合，但相对示波器上亮线的中点对称，如图 3-6所示：13在电子自旋共振试验中发生共振的条件是什么？垂直于外磁场 方向加一频率为 的电磁辐射线偏振磁场，满足 =14夫兰克-赫兹实验证明了什么？证明了原子能级的存在，为玻尔在 1913 年发表的原子理论的假说提供了有力的实验证据，也是
12、证实玻尔量子化能级的第一个决定性试验，证实了原子内部能量是量子化的。15在夫兰克-赫兹实验中，电子在被加速过程中会与原子发生碰撞，电子与原子的碰撞有什么特点？碰撞分为两类：弹性碰撞和非弹性碰撞。电子经历一次弹性碰撞所损失的能量是很小的，而运动方向可以有较大变化。电子的动能小于原子的第一激发态电位时，原子与电子发生弹性碰撞 ；当电子的动能大=0于原子的第一激发态电位时，电子的动能转化为原子的内能 ， 为原子的第一激发电位。=1 116什么是原子的第一激发电位和第一激发能？第一激发电位：电子被加速后获得能量 eV，e 是电子电量， V 是加速电压。当 V 值较小时，电子与原子只能发生弹性碰撞，当电
13、位差为 Vg 时，电子具有的能量 eVg 恰好使原子从正常状态跃迁到第一激发状态，V g 就称为第一激发电位，与第一激发电位相对应原子所具有的能量叫第一激发能（eV g） 。17掌握和理解测量结果的不确定度和相对误差的表示和计算。不确定度：不确定度的含义是指由于测量误差的存在，对被测量值的不能肯定的程度。反过来，也表明该结果的可信赖程度。不确定度的值即为各项值距离平均值的最大距离。例：有一列数。A 1,A2, . , An, 他们的平均值为 A，则不确定度为：max |A - Ai|, i = 1, 2, ., n相对误差：测量的绝对误差与被测量约定真值之比再乘以 100%所得的数值，以百分数表示。=()100%其中 为测量值与真值的绝对误差，L 为真值。
