探究教学目标 促进问题理解

刘永峰

摘要：本文阐述了原子跃迁的两个特点、氢原子自发跃迁的两种方式和氢原子自发跃迁问题区别的教学目标，以此促进学生对氢原子自发跃迁问题的分析与理解。

关键词：氢原子；自发跃迁；特点；方式；区别

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2013）8（S）-0049-2

1 问题提出

高考问题：（2008年山东理综38）在氢原子光谱中，电子从较高能级跃迁到n=2能级发出的谱线属于巴耳末线系。若一群氢原子自发跃迁时发出的谱线中只有2条属于巴耳末线系，则这群氢原子自发跃迁时最多可发出——一条不同频率的谱线。

教学问题：一个氢原子处在n=4的激发态。最多可能释放出几种频率的光子？一群氢原子处在n=4的激发态。可能释放出几种频率的光子？

此类问题，不但学生认为教学问题中的两种情况答案相同；而且有的教师对这类问题的讲解目标不明确、解释不到位。那么，如何从教的角度促成学生对氢原子自发跃迁问题的理解。笔者认为，关键是对氢原子自发跃迁问题的教学目标要明确。

2 教学目标

2.1 认识两个特点

（1）两种状态的特点

基态：在正常状态下，原子处于最低能级，这时电子在离核最近的轨道上运动，这种能量最低的状态叫基态。处在基态的原子的特点是：第一这种状态是原子的正常自然状态，第二这种状态的原子能量最低、状态最稳定。不会自发跃迁到高能态。

激发态：除基态以外的能量较高的其他状态。处在激发态原子的特点是：一是这种状态不能自然达成而是吸收一定能量光子的结果。二是原子处在这种状态不稳定、容易自发释放出光子跃迁到基态而保持稳定，即表现出跃迁的自发性。

（2）自发跃迁的特点

处在激发态的原子由于能量高、不稳定而自发向低能态跃迁，最终到达基态而处于稳定的状态。自发跃迁的特点：一个是跃迁可以在此激发态和任意一个比此激发态能量低的定态之间进行。另一个是在任意两个定态之间跃迁原子都要释放一定频率的光子，释放出光子的频率满足hγ=E初-E终。

2.2 知道两种方式

自发跃迁是原子从高能激发态自然跃迁到低能激发态并最终跃迁到基态的过程。“跃”本身有“跳跃”之意，因此，自发跃迁必然有直接“跳跃”即直接跃迁和间歇“跳跃”即间接跃迁两种方式，不管哪种跃迁方式，原子最终都要回到基态而处于稳定的自然状态。前者表现出释放光子的单一性，后者表现出释放光子的多样性（多种频率）。并且从能量守恒的角度来说，在原子没有吸收能量的条件下。原子不可能从低能态跃迁到高能态而呈现出自发跃迁的现象。

2.3 明确两个区别

（1）一个氢原子跃迁与一群氢原子跃迁的不同

一个氢原子从高能态向低能态的自发跃迁只有一种可能，就是要么直接跃迁、要么间接跃迁中的一种。即表现出一个氢原子自发跃迁的单一性：一群氢原子从高能态向低能态的自发跃迁。其中有的氢原子是直接跃迁。有的氢原子是间接跃迁中的一种。即表现出一群氢原子自发跃迁的多重性。

（2）“最多可能”与“可能”的不同

“最多可能”和“可能”具有不同的含义，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。

一个氢原子从n=4的激发态可能直接跃迁到基态。也可能从n=4的激发态间接跃迁到基态。前者是从n=4到n=1释放一种频率的光子；后者有三种可能，即可能从n=4到n=3，再由n=3到n=1，共释放出两种频率的光子。也可能从n=4到n=2，再由n=2到n=1。共释放出两种频率的光子。也可能是从n=4到n=3。再由n=3到n=2，再由n=2到n=1，共释放出三种频率的光子。由此可见。一个处在n=4激发态的氢原子向基态跃迁可能有一种直接跃迁和三种可能的间接跃迁的一种，如图1所示，其中最多可能释放出3种频率的光子。

一群氢原子中的每一个氢原子都可能是从激发态向基态跃迁中的直接跃迁或三种间接跃迁中的一种，即有的氢原子是从n=4直接到n=1，有的氢原子是从n=4到n=3再到n=1，有的氢原子是从n=4到n=2再到n=1，有的氢原子是从n=4到n=3再到n=2再到n=1，如图1所示。但在图1中n=4到n=3和n=2到n=1各释放出两个频率相同的光子。即在这两个自发跃迁中各释放出1种频率的光子。所以，一群氢原子处在n=4的激发态。包括合并释放相同频率的光子在内，最多可释放出6种频率的光子，如图2所示。

高考问题中确定一群氢原子由n=4激发态向基态跃迁最多发出几种不同频率的光子：教学问题中确定一群氢原子由n=4激发态向基态跃迁可能释放出几种不同频率的光子，前者是6种，后者应该是小于等于6种，而教学问题中给出可能释放出6种频率光子的答案是不正确的。

由此可见，明确上述教学目标，对促进学生理解氢原子跃迁问题具有十分重要的作用。

（栏目编辑 陈洁）