原子结构和能级排布特点的讲授

杨红（海南师范大学物理与电子工程学院　海南海口　571158）



原子结构和能级排布特点的讲授

杨红（海南师范大学物理与电子工程学院海南海口571158）

摘要：原子的发光机制、光谱、原子之间以及原子与激光的作用规律，使得人们对物质本质有了更深刻的认识。这些研究主要依赖于原子结构和能级排布特点。现有教材对这两部分知识的讲解是分开的，本文将这两个知识点相结合进行讲授。

关键词：原子核；电子轨道；电子跃迁；能级结构

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

原子物理学能够深入、具体的揭示物体的本质规律。作者近年来从事《原子物理学》的教学工作，深知原子的结构和能级排布是这门课程的核心，下面将两个知识点做具体的分析。

一、原子的结构的讲授

1.实验验证

人们设想了两种结构的原子模型，一种是枣糕式，认为正电部分均匀分布，电子镶嵌在其中；一种是核式结构［1］，即正电荷集中在原子中心，电子围绕原子核运动。那么，正负电荷到底是如何分布的呢？卢瑟福的α粒子散射实验清楚地解释了这一问题。利用一个铅块带有非常窄的狭缝，内装有α粒子源，通过狭缝被发射并打到铂的薄膜上，放大镜上涂有荧光物ZnS，可旋转任意角度θ接收被散射的α粒子。观察到，大多数粒子发生小角度散射（平均2-3度），少数粒子（约1/8000）偏转角大于90度，其中有接近180度的。从实验结果可以推断，α粒子受到铂原子带正电部分的库仑斥力要远大于带负电部分产生的引力作用。所以原子的结构不可能是枣糕式。为了更清楚的解释实结果，下面将在理论上做具体的分析。

2.理论分析

二、原子能级排布特点

1.电子的运动情况

2.电子的自旋和轨道运动相互作用

三、所学内容怎样拓展到研究生阶段

四、总结

原子物理学能够从物质的最根本出发，即原子的结构、电子以及原子核的运动状态等，因而能够从本质上解释相关的物理现象。本文先论证了原子的核式结构模型；然后，再分析电子围绕原子核的轨道运动以及与自旋运动的相互作用产生附加能量，使单一能级分裂；最后，考虑核自旋带来的附加能量使得能级划分更加精细，同时又给出了原子在强磁场的作用下，能级再次分裂的情况。这样可以清晰的展现出原子能级结构的特点，便于我们认识和研究物质以及物质间的相互作用等问题。

参考文献：

［1］《原子物理学》褚圣麟，高等教育出版社，1979年6月。

［2］《原子物理学》杨福家，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.

基金项目：海南省自然科学基金（项目编号20151005，20151015）