《张朝阳的物理课》介绍正常Zeeman效应

如何用经典力学计算抗磁矩？光谱分裂的原因有哪些？10月30日12时，《张朝阳的物理课》第九十七期开播，搜狐创始人、董事局主席兼CEO张朝阳坐镇搜狐视频直播间，利用法拉第电磁感应定律定量地计算出抗磁矩的表达式，随后离开经典力学走向量子力学，先简单复习了钠原子的核外电子排布，接着利用坐标系变换的方式引入自旋轨道耦合，阐明光谱双线结构的成因。之后考虑存在强磁场的情况，分析包含磁矩与外磁场相互作用的完整哈密顿量并求得其能级，根据能级的分裂解释正常Zeeman效应的原理。

在上节直播课程中，张朝阳利用法拉第电磁感应定律定性讲解了抗磁性的原理，这节课进一步定量地计算出感生抗磁矩。首先利用法拉第电磁感应定律计算出感生电场，利用库仑力导出电子的运动速度，进而得到等效电流并推导出抗磁矩公式。抗磁矩与外加磁场的方向相反，呈现出抗磁性。

随后，张朝阳离开纯粹的经典力学，走向量子力学。利用泡利不相容原理以及电子的轨道半径，可以分析钠原子的核外电子排布，最外层电子受到第一壳层与第二壳层的强烈屏蔽作用，第三壳层的轨道等效于氢原子的第三壳层轨道。3p轨道在内层只有一个峰，而3s轨道在内层有两个峰，所以3s轨道感受到的屏蔽效应更弱，原本在氢原子简并的能级不再简并，3s轨道能级低于3p轨道。以3p轨道的电子为参考系，运动的原子核等效于环形电流在电子处产生磁场，与自旋磁矩相互作用，不同取向的自旋将3p轨道能级分裂，形成3p到3s跃迁的光谱双线结构。

最后，张朝阳分析强磁场情况下的谱线分裂。根据轨道磁矩在外磁场中的势能公式，可以写出外磁场中的电子的哈密顿量。若设磁场方向为z轴方向，那么原先无外磁场哈密顿量的本征态，也是外磁场的相互作用项的本征态，由此可知该本征态是有外磁场哈密顿量的本征态。于是求出对应的能级，分析能级的分裂，并解释了正常Zeeman效应。

截至目前，《张朝阳的物理课》已直播九十余期，内容丰富、覆盖广泛，理论公式由浅入深、繁简交融。从去年11月开启第一节物理直播课，他先是从经典物理学开始，科普了牛顿运动定律等；而后从经典物理的“两朵乌云”说起，向近现代物理过渡，探讨了黑体辐射理论中的维恩公式、普朗克公式等知识。

此后逐步进入量子力学领域，从基础的薛定谔方程等理论内容，到氢原子波函数，再到气体定容比热的温度阶梯，并顺势讲解了热力学定律。接着回到了经典物理，推导出飞船运行轨迹，估算太阳的结构与性质以及中子星的自转速度，随后讲解了陀螺的进动，还计算出月球的潮汐高度。紧接着开始介绍狭义相对论的四维语言，并逐步过渡到了电磁学。

《张朝阳的物理课》的直播风格独树一帜：以演算物理为特色，注重从日常现象引入，通过一步一步详尽计算和硬核推导，理解自然界的基本规律。

据了解，《张朝阳的物理课》于每周周五、周日中午12时在搜狐视频直播，网友可以在搜狐视频“关注流”中搜索“张朝阳”，观看直播及往期完整视频回放；关注“张朝阳的物理课”账号，查看课程中的“知识点”短视频；此外，还可以在搜狐新闻APP的“搜狐科技”账号上，阅览每期物理课程的详细文章。

除了《张朝阳的物理课》外，在直播方面，搜狐视频正持续打造知识直播平台，邀请各个科学领域的头部播主入驻，进行科普知识直播。同济大学物理学教授、2022年首届上海科技传播大会科普红人代表吴姥姥带来“科学漫谈，一起来唠‘科’”系列科学公开课；曾任剑桥大学霍金高级学者、中科院理论物理博士王一开启物理师生云课堂，探讨《看不见也测不到的神秘“暗物质”》；中科院心理所医学心理学博士、中国心理学会科普委员会委员罗静，中国科学科技大学副教授、中国科学技术大学结构生物学博士李旭等带来“讲给未来的答案”系列直播，去“未来”一探究竟。未来还将有更多知识播主入驻搜狐视频，一起互动玩转科学。