劉永峰

摘要：本文闡述了原子躍遷的兩個特點、氫原子自發(fā)躍遷的兩種方式和氫原子自發(fā)躍遷問題區(qū)別的教學目標，以此促進學生對氫原子自發(fā)躍遷問題的分析與理解。

關鍵詞：氫原子；自發(fā)躍遷；特點；方式；區(qū)別

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1003-6148（2013）8（S）-0049-2

1 問題提出

高考問題：（2008年山東理綜38）在氫原子光譜中，電子從較高能級躍遷到n=2能級發(fā)出的譜線屬于巴耳末線系。若一群氫原子自發(fā)躍遷時發(fā)出的譜線中只有2條屬于巴耳末線系，則這群氫原子自發(fā)躍遷時最多可發(fā)出——一條不同頻率的譜線。

教學問題：一個氫原子處在n=4的激發(fā)態(tài)。最多可能釋放出幾種頻率的光子？一群氫原子處在n=4的激發(fā)態(tài)?？赡茚尫懦鰩追N頻率的光子？

此類問題，不但學生認為教學問題中的兩種情況答案相同；而且有的教師對這類問題的講解目標不明確、解釋不到位。那么，如何從教的角度促成學生對氫原子自發(fā)躍遷問題的理解。筆者認為，關鍵是對氫原子自發(fā)躍遷問題的教學目標要明確。

2 教學目標

2.1 認識兩個特點

（1）兩種狀態(tài)的特點

基態(tài)：在正常狀態(tài)下，原子處于最低能級，這時電子在離核最近的軌道上運動，這種能量最低的狀態(tài)叫基態(tài)。處在基態(tài)的原子的特點是：第一這種狀態(tài)是原子的正常自然狀態(tài)，第二這種狀態(tài)的原子能量最低、狀態(tài)最穩(wěn)定。不會自發(fā)躍遷到高能態(tài)。

激發(fā)態(tài)：除基態(tài)以外的能量較高的其他狀態(tài)。處在激發(fā)態(tài)原子的特點是：一是這種狀態(tài)不能自然達成而是吸收一定能量光子的結果。二是原子處在這種狀態(tài)不穩(wěn)定、容易自發(fā)釋放出光子躍遷到基態(tài)而保持穩(wěn)定，即表現出躍遷的自發(fā)性。

（2）自發(fā)躍遷的特點

處在激發(fā)態(tài)的原子由于能量高、不穩(wěn)定而自發(fā)向低能態(tài)躍遷，最終到達基態(tài)而處于穩(wěn)定的狀態(tài)。自發(fā)躍遷的特點：一個是躍遷可以在此激發(fā)態(tài)和任意一個比此激發(fā)態(tài)能量低的定態(tài)之間進行。另一個是在任意兩個定態(tài)之間躍遷原子都要釋放一定頻率的光子，釋放出光子的頻率滿足hγ=E初-E終。

2.2 知道兩種方式

自發(fā)躍遷是原子從高能激發(fā)態(tài)自然躍遷到低能激發(fā)態(tài)并最終躍遷到基態(tài)的過程。“躍”本身有“跳躍”之意，因此，自發(fā)躍遷必然有直接“跳躍”即直接躍遷和間歇“跳躍”即間接躍遷兩種方式，不管哪種躍遷方式，原子最終都要回到基態(tài)而處于穩(wěn)定的自然狀態(tài)。前者表現出釋放光子的單一性，后者表現出釋放光子的多樣性（多種頻率）。并且從能量守恒的角度來說，在原子沒有吸收能量的條件下。原子不可能從低能態(tài)躍遷到高能態(tài)而呈現出自發(fā)躍遷的現象。

2.3 明確兩個區(qū)別

（1）一個氫原子躍遷與一群氫原子躍遷的不同

一個氫原子從高能態(tài)向低能態(tài)的自發(fā)躍遷只有一種可能，就是要么直接躍遷、要么間接躍遷中的一種。即表現出一個氫原子自發(fā)躍遷的單一性：一群氫原子從高能態(tài)向低能態(tài)的自發(fā)躍遷。其中有的氫原子是直接躍遷。有的氫原子是間接躍遷中的一種。即表現出一群氫原子自發(fā)躍遷的多重性。

（2）“最多可能”與“可能”的不同

“最多可能”和“可能”具有不同的含義，前者是指可能中的“最多”。具有必然性：后者是指所有可能的累加，具有偶然性。

一個氫原子從n=4的激發(fā)態(tài)可能直接躍遷到基態(tài)。也可能從n=4的激發(fā)態(tài)間接躍遷到基態(tài)。前者是從n=4到n=1釋放一種頻率的光子；后者有三種可能，即可能從n=4到n=3，再由n=3到n=1，共釋放出兩種頻率的光子。也可能從n=4到n=2，再由n=2到n=1。共釋放出兩種頻率的光子。也可能是從n=4到n=3。再由n=3到n=2，再由n=2到n=1，共釋放出三種頻率的光子。由此可見。一個處在n=4激發(fā)態(tài)的氫原子向基態(tài)躍遷可能有一種直接躍遷和三種可能的間接躍遷的一種，如圖1所示，其中最多可能釋放出3種頻率的光子。

一群氫原子中的每一個氫原子都可能是從激發(fā)態(tài)向基態(tài)躍遷中的直接躍遷或三種間接躍遷中的一種，即有的氫原子是從n=4直接到n=1，有的氫原子是從n=4到n=3再到n=1，有的氫原子是從n=4到n=2再到n=1，有的氫原子是從n=4到n=3再到n=2再到n=1，如圖1所示。但在圖1中n=4到n=3和n=2到n=1各釋放出兩個頻率相同的光子。即在這兩個自發(fā)躍遷中各釋放出1種頻率的光子。所以，一群氫原子處在n=4的激發(fā)態(tài)。包括合并釋放相同頻率的光子在內，最多可釋放出6種頻率的光子，如圖2所示。

高考問題中確定一群氫原子由n=4激發(fā)態(tài)向基態(tài)躍遷最多發(fā)出幾種不同頻率的光子：教學問題中確定一群氫原子由n=4激發(fā)態(tài)向基態(tài)躍遷可能釋放出幾種不同頻率的光子，前者是6種，后者應該是小于等于6種，而教學問題中給出可能釋放出6種頻率光子的答案是不正確的。

由此可見，明確上述教學目標，對促進學生理解氫原子躍遷問題具有十分重要的作用。

（欄目編輯 陳潔）