2022-2023学年高二物理竞赛课件：电子自旋 四个量子数

电子自旋 四个量子数 理学院 物理系 陈强 电子自旋 四个量子数 主要内容： 1. 斯特恩—革拉赫实验 2. 电子自旋 3. 四个量子数 理学院 物理系 陈强 中国国家管弦乐团在联合国总部的演出 理学院 物理系 陈强 自由度振动系统 耦合振子 两振子的运动微分方程为 (O1 、 O1 ) 为平衡位置 m1 k1 m2 k2 k O1 O2 x1 x2 x 设其特解为 （1） （2） 由(1)、(2)两式决定的特解表示两摆以相同的频率 作简谐振动的情况，振幅分别为A1、A2. 理学院 物理系 陈强 将特解代入微分方程，可求出振幅比和频率 振幅有非零解的条件为 简正频率： 由上式可求得ω2 的两个根ω21 、ω22 ，分别称为第一和第二简正频率. 为了简化问题，设 则有 理学院 物理系 陈强 球坐标的定态薛定谔方程 势能函数 定态薛定谔方程 理学院 物理系 陈强 1. 能量量子化 能量 n = 1 ，2 ，3 ，···（主量子数） 电子云 电子在这些地方出现的概率最大. 电子云密度 概率密度|Ψ|2 ，··· 玻尔氢原子理论中，电子的轨道位置… 结论: 理学院 物理系 陈强 2. 角动量量子化 l = 0 ，1 ，2 ， … , n-1 [角量子数(副量子数) ] 3. 角动量空间量子化 电子绕核转动的角动量 L 的大小 角动量 L 的在外磁场方向Z 的投影 ml = 0 , ±1 , ±2 , … , ±l （磁量子数） 讨论: l = 0, L = 0 ? 讨论: 如何观察 ? z 理学院 物理系 陈强 例 求 l = 2 电子角动量的大小及空间取向 ？ 磁量子数 ml = 0 , ±1 , ±2 L 在 Z 方向的投影 z L 的大小 z 若: l =1,则 解 理学院 物理系 陈强 (1) 实验现象 v0 v0 +△v v0 -△v 光源处于磁场中时，一条谱线会分裂成若干条谱线 光源 e 在z 轴（外磁场方向）投影 （玻尔磁子） 摄谱仪 （磁矩） 磁矩和角动量的关系 (2) 解释 N S 塞曼效应 磁场作用下的原子附加能量 z 理学院 物理系 陈强 ← 能 级 简 并 e （磁矩） z 由于磁场作用, 原子附加能量为 其中 ml = 0, ±1, ± 2, ···, ± l 能级分裂 l = 1 l = 0 ml 1 0 -1 △E 0 v0 v0 v0+△v v0-△v 无磁场 有磁场 0 0 理学院 物理系 陈强 50年30个诺奖 日本政府在2001年的第二个科学技术基本计划中提出，要在50年内拿30个诺贝尔奖。 在提出这一目标之前，在诺贝尔奖的百年历史中，日本仅有9位得主。但在这一目标提出的14年后，日本一共产生了13位诺贝尔奖得主。2001年，野依良治获得诺贝尔化学奖。一年之后，小柴昌俊和田中耕一分别获得了诺贝尔物理学奖和化学奖。2008年，南部阳一郎(美籍日裔)、小林诚、益川敏英被授予诺贝尔物理学奖；下村修则荣获化学奖。2010年，根岸英一和铃木章赢得化学奖。2012年，京都大学教授山中伸弥因在诱导多功能干细胞(iPS)领域的研究成果获得了诺贝尔生理学与医学奖。2014年诺贝尔物理学奖将颁给日本科学家赤崎勇、天野浩以及美籍日裔科学家中村修二,理由是他们发明了节能环保的“高亮度蓝色发光二极管”。 截至今年，日本共有22人获得诺贝尔奖，其中共有10人获得物理学奖，显示了日本在物理学领域的强大实力。同时，日本在自然科学领域的诺贝尔奖获奖人数至此已达到19人，超过瑞典，排在美国、英国、德国、法国之后的第5位。 $