楊紅（海南師范大學(xué)物理與電子工程學(xué)院　海南海口　571158）

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原子結(jié)構(gòu)和能級(jí)排布特點(diǎn)的講授

楊紅（海南師范大學(xué)物理與電子工程學(xué)院海南?？?71158）

摘要：原子的發(fā)光機(jī)制、光譜、原子之間以及原子與激光的作用規(guī)律，使得人們對(duì)物質(zhì)本質(zhì)有了更深刻的認(rèn)識(shí)。這些研究主要依賴于原子結(jié)構(gòu)和能級(jí)排布特點(diǎn)。現(xiàn)有教材對(duì)這兩部分知識(shí)的講解是分開的，本文將這兩個(gè)知識(shí)點(diǎn)相結(jié)合進(jìn)行講授。

關(guān)鍵詞：原子核；電子軌道；電子躍遷；能級(jí)結(jié)構(gòu)

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

原子物理學(xué)能夠深入、具體的揭示物體的本質(zhì)規(guī)律。作者近年來從事《原子物理學(xué)》的教學(xué)工作，深知原子的結(jié)構(gòu)和能級(jí)排布是這門課程的核心，下面將兩個(gè)知識(shí)點(diǎn)做具體的分析。

一、原子的結(jié)構(gòu)的講授

1.實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

人們設(shè)想了兩種結(jié)構(gòu)的原子模型，一種是棗糕式，認(rèn)為正電部分均勻分布，電子鑲嵌在其中；一種是核式結(jié)構(gòu)［1］，即正電荷集中在原子中心，電子圍繞原子核運(yùn)動(dòng)。那么，正負(fù)電荷到底是如何分布的呢？盧瑟福的α粒子散射實(shí)驗(yàn)清楚地解釋了這一問題。利用一個(gè)鉛塊帶有非常窄的狹縫，內(nèi)裝有α粒子源，通過狹縫被發(fā)射并打到鉑的薄膜上，放大鏡上涂有熒光物ZnS，可旋轉(zhuǎn)任意角度θ接收被散射的α粒子。觀察到，大多數(shù)粒子發(fā)生小角度散射（平均2-3度），少數(shù)粒子（約1/8000）偏轉(zhuǎn)角大于90度，其中有接近180度的。從實(shí)驗(yàn)結(jié)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(yuǎn)大于帶負(fù)電部分產(chǎn)生的引力作用。所以原子的結(jié)構(gòu)不可能是棗糕式。為了更清楚的解釋實(shí)結(jié)果，下面將在理論上做具體的分析。

2.理論分析

二、原子能級(jí)排布特點(diǎn)

1.電子的運(yùn)動(dòng)情況

2.電子的自旋和軌道運(yùn)動(dòng)相互作用

三、所學(xué)內(nèi)容怎樣拓展到研究生階段

四、總結(jié)

原子物理學(xué)能夠從物質(zhì)的最根本出發(fā)，即原子的結(jié)構(gòu)、電子以及原子核的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)等，因而能夠從本質(zhì)上解釋相關(guān)的物理現(xiàn)象。本文先論證了原子的核式結(jié)構(gòu)模型；然后，再分析電子圍繞原子核的軌道運(yùn)動(dòng)以及與自旋運(yùn)動(dòng)的相互作用產(chǎn)生附加能量，使單一能級(jí)分裂；最后，考慮核自旋帶來的附加能量使得能級(jí)劃分更加精細(xì)，同時(shí)又給出了原子在強(qiáng)磁場的作用下，能級(jí)再次分裂的情況。這樣可以清晰的展現(xiàn)出原子能級(jí)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，便于我們認(rèn)識(shí)和研究物質(zhì)以及物質(zhì)間的相互作用等問題。

參考文獻(xiàn)：

［1］《原子物理學(xué)》褚圣麟，高等教育出版社，1979年6月。

［2］《原子物理學(xué)》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(xiàng)目：海南省自然科學(xué)基金（項(xiàng)目編號(hào)20151005，20151015）