原子結構和能級排布特點的講授

楊紅（海南師范大學物理與電子工程學院　海南海口　571158）

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原子結構和能級排布特點的講授

楊紅（海南師范大學物理與電子工程學院海南海口571158）

摘要：原子的發光機制、光譜、原子之間以及原子與激光的作用規律，使得人們對物質本質有了更深刻的認識。這些研究主要依賴于原子結構和能級排布特點。現有教材對這兩部分知識的講解是分開的，本文將這兩個知識點相結合進行講授。

關鍵詞：原子核；電子軌道；電子躍遷；能級結構

【DOI】10.19312/j.cnki.61-1499/c.2016.04.067

原子物理學能夠深入、具體的揭示物體的本質規律。作者近年來從事《原子物理學》的教學工作，深知原子的結構和能級排布是這門課程的核心，下面將兩個知識點做具體的分析。

一、原子的結構的講授

1.實驗驗證

人們設想了兩種結構的原子模型，一種是棗糕式，認為正電部分均勻分布，電子鑲嵌在其中；一種是核式結構［1］，即正電荷集中在原子中心，電子圍繞原子核運動。那么，正負電荷到底是如何分布的呢？盧瑟福的α粒子散射實驗清楚地解釋了這一問題。利用一個鉛塊帶有非常窄的狹縫，內裝有α粒子源，通過狹縫被發射并打到鉑的薄膜上，放大鏡上涂有熒光物ZnS，可旋轉任意角度θ接收被散射的α粒子。觀察到，大多數粒子發生小角度散射（平均2-3度），少數粒子（約1/8000）偏轉角大于90度，其中有接近180度的。從實驗結果可以推斷，α粒子受到鉑原子帶正電部分的庫侖斥力要遠大于帶負電部分產生的引力作用。所以原子的結構不可能是棗糕式。為了更清楚的解釋實結果，下面將在理論上做具體的分析。

2.理論分析

二、原子能級排布特點

1.電子的運動情況

2.電子的自旋和軌道運動相互作用

三、所學內容怎樣拓展到研究生階段

四、總結

原子物理學能夠從物質的最根本出發，即原子的結構、電子以及原子核的運動狀態等，因而能夠從本質上解釋相關的物理現象。本文先論證了原子的核式結構模型；然后，再分析電子圍繞原子核的軌道運動以及與自旋運動的相互作用產生附加能量，使單一能級分裂；最后，考慮核自旋帶來的附加能量使得能級劃分更加精細，同時又給出了原子在強磁場的作用下，能級再次分裂的情況。這樣可以清晰的展現出原子能級結構的特點，便于我們認識和研究物質以及物質間的相互作用等問題。

參考文獻：

［1］《原子物理學》褚圣麟，高等教育出版社，1979年6月。

［2］《原子物理學》楊福家，高等教育出版社，1985年8月。

［3］ Daniel A. Steck ‘Rubidium 87 D Line data’ 87 Rb Physical and optical properties 2001.

［4］ Daniel A. Steck ‘Rubidium 85 D Line data’ 85 Rb Physical and optical properties 2001.

基金項目：海南省自然科學基金（項目編號20151005，20151015）