1896年物理學(xué)家塞曼在實驗室中觀察到了放在磁場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)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)氫原子放在勻強磁場中，磁場的磁感應(yīng)強度為B，方向與電子做圓周運動的軌道平面垂直，電子的電量為e，質(zhì)量為m，在發(fā)生塞曼效應(yīng)時，必須認為電子運動的軌道半徑始終保持不變.那么：

(1)在發(fā)生塞曼效應(yīng)時，沿著磁場方向看進去，如果電子做順時針方向旋轉(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?電子做逆時針方向旋轉(zhuǎn)時的情況又如何呢?

(2)試證明：由于磁場B的存在而引起氫原子核外電子的旋轉(zhuǎn)頻率的改變Δf(即頻率移動)可近似地由下式給出：Δf=±(提示：①頻率的改變量：Δf=f-f0；②Δf很小，即:Δf＜＜f0或f≈f0……)

解：(1)由左手定則可知，電子順時針方向旋轉(zhuǎn)時，所受洛倫茲力的方向與庫侖力的方向一致，即向心力F向變大，而勻速圓周運動的F向=mω2r，由于m和r不變，因而角速度ω或頻率f必定增大(ω=2πf)； 

同理，電子逆時針方向旋轉(zhuǎn)時，洛倫茲力與庫侖力共線反向，向心力變小，而勻速圓周運動的F向=mω2r，由于m和r不變，角速度或頻率f必定減小. 

(2)設(shè)氫原子不放在磁場中時電子的角速度為ω0，氫原子放在磁場中時電子的角速度為ω，線速度為V′，由題意分析列出：

F庫=mωr  ① 

F庫±F洛=mω2r  ② 

F洛=BeV=Beωr  ③ 

由以上三式得：mrω±Beωr=mω2r  ④ 

整理得：±==(ω-ω0)=Δω(1+) 

因為Δω很小，即：ω≈ω0，1+ω0／ω≈2，所以Δf=Δω／2π=±Be／4πm  ⑤


練習(xí)冊系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目：高中物理 來源： 題型：

1896年物理學(xué)家塞曼在實驗室中觀察到了放在磁場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）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)氫原子放在勻強磁場中，磁場的磁感應(yīng)強度為B，方向與電子做圓周運動的軌道平面垂直，電子的電量為e，質(zhì)量為m，在發(fā)生塞曼效應(yīng)時，必須認為電子運動的軌道半徑始終保持不變．那么：
（1）在發(fā)生塞曼效應(yīng)時，沿著磁場方向看進去，如果電子做順時針方向旋轉(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？電子做逆時針方向旋轉(zhuǎn)時的情況有如何呢？
（2）試證明：由于磁場B的存在而引起氫原子核外電子的旋轉(zhuǎn)頻率的改變△f（即頻率移動）可近似地由下式給出：△f=±
eB4πm
（提示：①頻率的改變量：△f=f-f0；②△f很小，即△f＜＜f0或f≈f0…）

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科目：高中物理 來源： 題型：

1896年物理學(xué)家塞曼在實驗室中觀察到了放在磁場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）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)氫原子放在勻強磁場中，磁場的磁感應(yīng)強度為B，方向與電子作圓周運動的軌道平面垂直，電子的電量為e，質(zhì)量為m，在發(fā)生塞曼效應(yīng)時，必須認為電子運動的軌道半徑始終保持不變。那么：

    （1）在發(fā)生塞曼效應(yīng)時，沿著磁場方向看進去，如果電子做順時針方向旋轉(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？電子做逆時針方向旋轉(zhuǎn)時的情況又如何呢？

    （2）試說明：由于磁場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）可近似地由下式給出：（提示：①頻率的改變量：；②很小，即：或……）

 

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