chp15-10.ppt

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1、第十五单元量子物理QuantumPhysics,第十讲电子的自旋SpinofElectron原子的电子壳层结构ElectronShellStructureinAtom,一、斯特恩盖拉赫实验（O.SternW.Gerlach，1921年）,1921年，施特恩和盖拉赫为验证电子角动量空间量子化而进行的实验，发现一些处于S态的原子射线束，在非均匀磁场中一束分为两束。,实验结果：,不加磁场时底板上呈现一条正对狭缝的原子沉积；加磁场时底板上呈现上下对称分布的两条原子沉积.,一、斯特恩盖拉赫实验（O.SternW.Gerlach，1921年）,取离散值,磁矩在磁场中受力：,磁矩和角动量在z轴（外磁场方向）

2、投影:,一、斯特恩盖拉赫实验（O.SternW.Gerlach，1921年）,Fz取分立的值,分立的沉积线,Z取分立的值,一、斯特恩盖拉赫实验（O.SternW.Gerlach，1921年）,1)证明了空间量子化的存在，原子沉积层不是连续一片，而是分开的线，说明角动量空间量子化的存在。,2)提出了新的矛盾,处于基态的银原子作实验时，由于l=0，故ml，原子束不应有分裂，应有1条沉积线，实验结果却有两条沉积线。改用处于基态氢原子束做实验，同样发现原子束分裂成两束。,说明原子仍具有磁矩！,这种磁矩显然不是轨道磁矩，它是什么？,不能把电子看成一个简单的点电荷，电子除有绕核转动的轨道角动量(和轨道磁矩

3、)之外，还有一个与绕核转动无关的、固有的自旋角动量(和自旋磁矩)。电子还应具有自旋角动量SpinAngularMomentum,二、电子的自旋SpinofElectron,s:自旋角量子数,自旋角动量与轨道角动量相似，也是量子化的，类比有:,ms:自旋磁量子数,S在外磁场方向的投影:,ms只能取两个值,2s+1=2，,电子自旋角动量的大小,电子自旋角动量在z轴的分量,二、电子的自旋SpinofElectron,三、原子的电子壳层结构ElectronShellStructureinAtom,1、描述原子中电子状态的四个量子数,1)主量子数n,n=1,2,3,2)轨道角量子数l,l=0,1,2,(

4、n1),3)轨道磁量子数ml,ml=0,1,2,l,4)自旋磁量子数ms,ms=1/2,大体上决定原子中的电子的能量,决定电子的轨道角动量,对能量也有影响,决定轨道角动量在外场方向上的分量,决定电子自旋角动量在外场方向上的分量,原子中电子状态由四个量子数(n、l、ml、ms)决定,三、原子的电子壳层结构ElectronShellStructureinAtom,主量子数n相同的电子属于同一壳层壳层,2、原子的壳层结构,n=1,2,3,4,5,6,.,用K,L,M,N,O,P,.表示,同一壳层中(n相同)，l相同的电子组成同一分壳层支壳层,用s,p,d,f,表示,l=0，1,2,3,n1,在多电子

5、原子中，电子的能量不仅与主量子数n有关，也与角量子数l有关，按照主量子数n和角量子数l的不同取值，把电子的可能状态分成若干壳层和支壳层。,三、原子的电子壳层结构ElectronShellStructureinAtom,2、原子的壳层结构,原子是由多个电子与原子核组成系统，系统的状态用电子状态分布来描写，用n、l标记，再指明该态中的电子数原子组态若有x个电子处于nl态，记nlx,主量子数n相同的电子属于同一壳层壳层,n=1,2,3,4,5,6,.,用K,L,M,N,O,P,.表示,同一壳层中(n相同)，l相同的电子组成同一分壳层支壳层,用s,p,d,f,表示,l=0，1,2,3,n1,三、原子的

6、电子壳层结构ElectronShellStructureinAtom,3、原子的壳层结构中电子的填充原则,（1）主量子数为n的壳层中最多能容纳电子数为：,（2）角量子数为l的支壳层中最多能容纳电子数为：,三、原子的电子壳层结构ElectronShellStructureinAtom,三、原子的电子壳层结构ElectronShellStructureinAtom,3、原子的壳层结构中电子的填充原则,2)能量最小原理原子处于未激发的正常状态时，在不违背泡利不相容原理的条件下，每个电子都趋向占据可能的最低能级，使原子系统的总能量尽可能的低。,外层的电子能级高低由(n+0.7l)的大小来确定,能级高低

7、,4s：(4+0.70)=4,3d：(3+0.72)=4.4,(4+0.70)=4(3+0.72)=4.4,所以，E4sE3d,一、普朗克能量子假说,1、黑体辐射的实验定律,2、普朗克能量子假说,二、爱因斯坦光量子假说,1、光量子假说,2、光电效应方程：,光具有“波粒二象性”,碰撞过程中能量守恒：,碰撞过程中动量守恒：,四、玻尔氢原子理论,一切实物粒子都具有波粒二象性,2)角动量量子化条件假设；,1)定态假设；,3)频率条件假设,七、波函数,2、波函数满足的条件,1、波函数的统计意义,1)归一化条件,t时刻，粒子在空间r处的单位体积中出现的概率，与波函数模的平方成正比。,概率密度：,粒子在整个空间出现的总概率等于1,即：,2)标准化条件：单值、连续、有限,一维情况：,八、定态薛定谔方程,1、定态：若粒子的势能EP(x)与t无关，仅是坐标的函数，微观粒子在各处出现的概率与时间无关,2、一维定态薛定谔方程：,1、能量量子化和主量子数n,2、角动量量子化和角量子数l,3、角动量空间量子化和磁量子数ml,4、自旋角动量和自旋量子数,十、原子的电子壳层结构,1、原子中电子状态由四个量子数(n、l、ml、ms)决定,同学们再见！,