能级跃迁在学堂教导中的实用性

作者：孟佩俊 韩丽红 张丽萍 彦苓 张艾华 靳敏 李淑荣 梁青青 单位：包头医学院公共卫生学院 包头医学院医学技术学院

在一般的化学反应条件下，核能不发生变化，分子的平动能又很小，因此，物质分子吸收电磁辐射能后主要表现为转动能级、振动能级和电子能级的变化[3]。这3种能级中转动能级的能级差最小，振动能级差次之，电子能级差最大。分子内部有若干个电子能级，用E=0，1，2，3表示；每个电子能级中有若干个振动能级，用V=0，1，2，3表示；每个振动能级中又有若干个转动能级，用J=0，1，2，3表示，这些能级均是量子化的，即是不连续的。

“楼梯模型”

在课堂教学中的应用正如前面所述，粒子运动的微观性和能级的抽象性是学生理解这一问题感到困惑的最主要原因之一。为了更好地理解这3种能级以及它们之间的相互关系，我用能级的“楼梯模型”加以说明（图略）。实际生活中的楼梯是旋转式的或转折式的，为方便研究，将其在一定程度上扭转并拉直就成为图1所示模型。图中用面积较大的平面表示楼层，如1楼、2楼等等，对应于分子内部的电子能级（electronicalenergylevel），其中1楼表示电子能级的基态（E0），2楼表示第一电子激发态（E1），以此类推；用面积较小的平面表示楼层与楼层之间的平台，如平台1、平台2等等，它们对应于分子内部的振动能级（vibrationalenergylevel），生活中的楼梯，楼层与楼层之间一般只有一个平台，对应于分子内部有若干个这样的能级；用面积最小的平面表示平台与平台之间的台阶，代表分子内部的转动能级（rotationalen-ergylevel）。当物质分子吸收较小的能量后，分子会发生转动，伴随着转动能级的跃迁，即从能量最稳定的基态跃迁到较高的转动能级（即1楼与平台1之间的任何一个台阶）；当物质分子吸收较高的能量后，分子会发生振动，伴随着振动能级的跃迁，即从能量最稳定的基态跃迁到能量较高的振动能级（即平台1与2楼之间的任何平台或台阶）；当物质分子吸收更多的能量后，分子会发生电子能级的跃迁，即分子中原子的核外电子会从能级较低的轨道跃迁到能级较高的轨道，也就是2楼（包括）上面的任何能级。

效果分析

“楼梯模型”揭示了楼层与楼层之间有若干个平台，平台与平台之间有若干个台阶，形象地说明了分子内部每个电子能级包含若干个振动能级，每个振动能级包含若干个转动能级。另外，相邻楼层之间的高度大于相邻平台之间的高度，相邻平台之间的高度大于每个台阶的高度揭示了分子内部电子能级差最大，振动能级差次之，转动能级差最小的道理。通过近3届本科生的教学实践，在课后进行的教学效果分析中，学生普遍反映能级的“楼梯模型”不仅帮助他们理解了抽象的能级与能级跃迁的基本理论，而且便于他们记忆，拓展了学生的思维，达到了教学目标。在教学过程中将抽象的理论形象化是理论教学中化难为易的有效途径之一，值得借鉴。当然，“楼梯模型”只是分子内部能级的形象化，不是其本质特征。因此“楼梯模型”需要进一步完善，以期取得更佳的教学效果。