物理答案激光課件1

1、1.2原子能級(jí)和輻射躍遷1.2.1 原子能級(jí)、簡(jiǎn)并度1. 原子中電子的狀態(tài)由下列四個(gè)量子數(shù)來(lái)確定：主量子數(shù)n：n1，2，3 大體上決定了電子能量, 代表電子運(yùn)動(dòng)區(qū)域的大小和它的總能量的主要部分輔量子數(shù)（角量子數(shù)）l:代表軌道的形狀和軌道角動(dòng)量 l=0，1，2，3 s、p、d、f 來(lái)表示，通常稱 s電子、p電子。 對(duì)同一個(gè) n n個(gè)不同的l n個(gè)不同的軌道角動(dòng)量（但能量相同）磁量子數(shù)（軌道方向量子數(shù)）m l：ml=0，1，2， l 決定軌道角動(dòng)量在某一特殊方向的分量。自旋磁量子數(shù)（自旋方向量子數(shù)）ms：ms= 1/2，決定電子自旋角動(dòng)量在外磁場(chǎng)方向上的分量 電子自旋角動(dòng)量大?。?， s為自旋量子

2、數(shù)S 在外磁場(chǎng)方向的投影： 自旋磁量子數(shù) ms 取值個(gè)數(shù)為 2s +1= 2，則 s = 1/2 ，ms = 1/2 能級(jí): 粒子的內(nèi)部能量值 基態(tài)：最低能級(jí)狀態(tài)。 激發(fā)態(tài)：能量高于基態(tài)的其他狀態(tài)。E1基態(tài)E2E3En激發(fā)態(tài)2. 簡(jiǎn)并，簡(jiǎn)并態(tài)：（1）簡(jiǎn)并 與同一能級(jí)對(duì)應(yīng)的有兩個(gè)或以上的電子態(tài)。（2）簡(jiǎn)并能級(jí) 兩個(gè)或兩個(gè)以上的不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的電子可以具有相同的能級(jí)。（3）簡(jiǎn)并度 同一能級(jí)所對(duì)應(yīng)的不同電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的數(shù)目氫原子1s,2p態(tài)的簡(jiǎn)并度電子n=3態(tài)，有幾種簡(jiǎn)并態(tài)?角動(dòng)量32l+1電子218種簡(jiǎn)并態(tài)， 1.2.2 原子狀態(tài)的標(biāo)記1.泡利不相容原理 一個(gè)原子內(nèi)不可能有兩個(gè)或兩個(gè)以上的電子具有完全

3、相同的狀態(tài)，或者 一個(gè)原子內(nèi)不可能有四個(gè)量子數(shù)完全相同的電子，或者 不可能有兩個(gè)或兩個(gè)以上的電子處于同一個(gè)量子態(tài)。2能量最低原理電子優(yōu)先占據(jù)最低能態(tài)電子填充各殼層的次序是：1s，2s，2p，3s，3p，4s，3d，4p，5s，4d，5p，6s3. 原子的電子組態(tài)符號(hào)相同 n, l 組成一個(gè)支殼層，對(duì)應(yīng)于l = 0, 1, 2, 3,的各支殼層分別記做 s, p, d, f, g, h例: 鈉原子有11個(gè)核外電子,鈉原子基態(tài)的電子組態(tài)為 電子組態(tài)符號(hào) 原子實(shí) 價(jià)電子n3的激發(fā)態(tài)的鈉原子電子組態(tài)為:等等。4.原子態(tài)的標(biāo)記由于原子中電子的軌道角動(dòng)量與自旋角動(dòng)量之間的相互作用,原子的同一電子組態(tài)可以形

4、成不同的原子組態(tài)。以兩個(gè)電子為例來(lái)說(shuō)明：軌道運(yùn)動(dòng)： 自旋運(yùn)動(dòng)： 六種相互作用：在 LS耦合中，兩個(gè)軌道角動(dòng)量合成一個(gè)總軌道角動(dòng)量，其量子數(shù)為L(zhǎng) 兩個(gè)自旋角動(dòng)量合成一個(gè)總自旋角動(dòng)量，其量子數(shù)為S, 總自旋角動(dòng)量和總軌道角動(dòng)量合成總角動(dòng)量J，其量子數(shù)為： J=L+S ,L+S-1 L-S 。 S=s1 + s2 或 s1 - s2用 表示原子組態(tài)，L：S、P、D、F、G、H L=0,1,2,3,4.。例:氦原子的幾個(gè)不同電子組態(tài)的原子態(tài)(1):氦原子的1s1s電子組態(tài)(2):氦原子的1s2s電子組態(tài)(3):氦原子的1s2p電子組態(tài)氦原子部分能級(jí)圖20.55ev19.77ev5.輻射躍遷選擇定則(1

5、).躍遷只能發(fā)生在不同的宇稱態(tài)之間; (2). J=0 ,1 (00除外) 此外,在原子中,對(duì)LS耦合,還有附加的選擇定則: (3). L=0 ,1 (00除外) (4). S=0奇宇稱 原子中各電子的軌道輔量子數(shù)總和是奇數(shù)偶宇稱 原子中各電子的軌道輔量子數(shù)總和是偶數(shù)1.2.3 玻耳茲曼分布 1. 玻耳茲曼分布(熱平衡分布) 熱平衡狀態(tài)下, 處于某一能級(jí)Ei的粒子數(shù)密度ni(單位體積內(nèi)的粒子數(shù),常簡(jiǎn)稱稱粒子數(shù))為： 能級(jí)Em與En粒子數(shù)密度之比為:討論(設(shè)g m= g n) :(1)如果Em - En很小,且滿足E = Em - EnkT ,則(2) 設(shè)EmEn,一般有nmnn 熱平衡狀態(tài)下, 高能級(jí)上的粒子數(shù)密度總是較小。(3) 如果En為基能級(jí)，且Em距En較遠(yuǎn), 即 Em - En較大, 則nmnn 結(jié)論: 熱平衡狀態(tài)下, 絕大多數(shù)粒子處于基態(tài) 總結(jié)： 1.2.4 輻射躍遷和非輻射躍遷1.躍遷: 粒子由一個(gè)能級(jí)過渡到另一能級(jí)的過程2.輻射躍遷: 粒子發(fā)射或吸收光子的躍遷(滿足躍遷選擇定則)（1）發(fā)射躍遷: 粒子發(fā)射一能量為 = hv=E2E1的光子，而由高能級(jí)躍 遷至低能級(jí);（2）吸收躍遷