Question

1896年物理學(xué)家塞曼在實(shí)驗(yàn)室中觀察到了放在磁場(chǎng)中的氫原子的核外電子的旋轉(zhuǎn)頻率發(fā)生改變（即頻率移動(dòng)）的物理現(xiàn)象，后來人們把這種現(xiàn)象稱之為塞曼效應(yīng)。如圖所示，把基態(tài)氫原子放在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，方向與電子作圓周運(yùn)動(dòng)的軌道平面垂直，電子的電量為e，質(zhì)量為m，在發(fā)生塞曼效應(yīng)時(shí)，必須認(rèn)為電子運(yùn)動(dòng)的軌道半徑始終保持不變。那么：

    （1）在發(fā)生塞曼效應(yīng)時(shí)，沿著磁場(chǎng)方向看進(jìn)去，如果電子做順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，那么電子的旋轉(zhuǎn)頻率與原來相比是增大了還是減小了？電子做逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)時(shí)的情況又如何呢？

    （2）試說明：由于磁場(chǎng)B的存在而引起氫原子核外電子的旋轉(zhuǎn)頻率的改變（即頻率移動(dòng)）可近似地由下式給出：（提示：①頻率的改變量：；②很小，即：或……）

 

Answer 1

（1）增大;    減小    

（2）設(shè)氫原子不放在磁場(chǎng)中時(shí)電子的角速度為，氫原子放在磁場(chǎng)中時(shí)電子的角速度為，線速度為，由題意分析列出：

    ①                                        

    ②                    

    ③                                     

    由以上三式得：                           

    整理得：       

    很小，即

                                          

解析:

（1）由左手定則可知，電子順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，所受洛侖茲力的方向與庫(kù)侖力的方向一致，即向心力變大，而勻速圓周運(yùn)動(dòng)的，由于m和r不變，因而角速度或頻率必定增大（）；                                                                           1分

    同理，電子逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，洛侖茲力與庫(kù)侖力共線反向，向心力變小，而勻速圓周運(yùn)動(dòng)的，由于m和r不變，角速度或頻率必定減小。              1分

    （2）設(shè)氫原子不放在磁場(chǎng)中時(shí)電子的角速度為，氫原子放在磁場(chǎng)中時(shí)電子的角速度為，線速度為，由題意分析列出：

    ①                                                  ①（1分）

    ②                                       ②（1分）

    ③                                      ③（1分）

    由以上三式得：                            ④（1分）

    整理得：                  （1分）

    很小，即

                                           ⑤（1分）