譚星軍1.電子發光
原子是如何發光的？要弄清這個問題首先必須明白光子是由原子的哪一部分發出的。我們知道，原子是由原子核和核外的電子組成的，原子核的結合能很大，不可能發出光子，所以光子只可能是電子發出的。
在化學反應中伴隨著電子的得失，常常有能量(光子)放出，光電效應、雷射現象及其它一些實驗也證明了光子是由電子發出的，所以可以肯定原子發光其實是電子發出光子。既然電子可以放出光子，那麼光子必然是電子的組成部分，或者說電子有一定的內部結構，光子是其組成部分之一；由於光子不帶電，說明電子內部電荷的分布是不均勻的，因為如果電子內部電荷是均勻分布的，則光子就應該帶電。原子中原子核和電子之間的距離很小，它們之間的靜電力很強，因為電子內部電荷分布不均勻，所以在原子核強大的靜電力作用下電子內部電荷將重新分布，甚至可能發生裂變，這就為電子放出光子創造了條件。
當電子裂變放出光子後，它的各個組成部分結合的更加緊密，在適當的時候可能吸收乙個光子，這就為電子吸收光子儲存能量創造了條件。而電子正是通過不停地吸收、放出光子來和外界交換能量的。稍後我們將看到，原子正是通過電子不斷吸收、放出光子來和外界完成能量交換的。
一般來說，電子質量越大其內部各部分結合的越鬆散，在靜電力作用下越容易發生裂變；電子質量越小其內部各部分結合的越緊密，在靜電力作用下越不容易發生裂變。與原子核「幻數」相似，總有特定質量的電子的結合力相當大，比其它質量電子的結合力大許多，這些特定質量的電子往往對應於某些穩定的軌道。有人認為物質發光是由於物質中的原子或分子受到擾動的結果，認為光子是由原子或分子發出的。
其實這是一種錯誤的看法。我們知道，原子是由原子核和核外電子組成的，光子是一種物質實體，或者是由原子核發出的，或者是由電子發出的，除此以外再沒有別的選擇。說光子是由原子發出的，這是一種不確切的說法。
2.原子核和電子之間的磁力作用
兩個相距一定距離的異種點電荷在靜電力作用下必然會吸引在一起，因為靜電力作用在兩點電荷連線上。而原子核和電子不會吸引在一起。這就啟示我們在原子核和電子中必然存在一種其它作用力。
這個力就是原子核和電子之間的磁力。我們知道，在通以相同方向電流的兩條平行導線間會產生磁力作用，在磁力作用下它們將彼此吸引，原子核和電子的相向運動正相當於通以相同方向電流的兩條平行導線，在它們之間也將產生磁力作用。靜電力的作用總是使電子獲得指向原子核的向心速度，而原子核和電子之間的磁力則使電子獲得切向速度，並且原子核和電子之間的相對速度越大，它們之間的磁力也越大。
當原子核和電子之間彼此相對靜止在一定遠處時，在靜電力和磁力的共同作用下，它們並不會吸引在一起。因為靜電力使電子獲得向心速度，磁力使電子獲得切向速度，電子並不是沿著直線靠近原子核，而是沿著螺旋線靠近原子核。開始時螺旋線的半徑為無窮大，電子作直線運動；一旦電子相對原子核的速度不為零，磁力開始起作用，電子的運動軌跡開始發生彎曲；當電子與原子核靠近到一定的距離時，電子和原子核之間的靜電力恰好等於電子作圓周運動所需的向心力，此時電子處於平衡狀態，螺旋線變成了圓。
同樣在電子離開原子核時也是沿著螺旋線運動的。在靜電力作用下，電子總要盡量靠近原子核，在磁力作用下，電子有遠離原子核的離心趨勢，正是在這兩種力作用下，電子處於穩定的平衡狀態中。電子在原子核中處於穩定狀態時，它的軌跡是圓。
因為當電子的軌跡不是圓時，它總要受到磁力的作用，這個力使電子的切向速度增加、運動軌跡向圓靠近。而電子受磁力作用時它的運動軌跡就要發生變化，就不是穩定的，只有當電子的軌跡是圓時才不受磁力的作用，所以說電子在原子核中的穩定軌跡是圓。太陽系中的行星在太陽引力作用下，其運動軌跡可以是圓或橢圓，但在原子系統中，電子在原子核靜電力作用下，其穩定軌跡只可能是圓而不可能是橢圓。
3.基態電子的穩定性
處於基態的電子為什麼是穩定的？為什麼不會被原子核吸收？人們通常
認為：做加速運動的電荷會向外輻射能量.如果電子在原子核中做圓周運動，則它就有加速度，必然會不斷地向外輻射電磁波，隨著電子能量的減小它將沿著螺旋線落入原子核中，這樣整個原子就是不穩定的，然而事實並非如此。
於是人們推測電子在原子核中不可能做圓周運動。我們認為以上推斷是錯誤的，電子的確在原子核中做圓周運動，其理由如下：第一，電子輻射電磁波並不是乙個只出不進的過程。
電子時刻不停地向外輻射能量，也在時刻不停地吸收光子，這是乙個動態平衡過程。如果電子吸收的能量大於其輻射的能量則原子的溫度公升高，如果電子吸收的能量小於其輻射的能量則原子的溫度降低，倘若沒有外界能量輸入，原子總會由於向外輻射能量而降低溫度，只要物體的溫度在絕對零度以上就會向外輻射電磁波。第二，電子在原子中的質量並非一成不變的。
一般而言，電子離核越近質量越小，離核越遠質量越大(這一點我們稍後證明)。第三，電子和原子核之間並非只有靜電力作用，還存在磁力作用。正因為磁力作用的存在使電子在靠近原子核時切線速度不斷增大，從而使其離心力逐漸增大，以致於可以與靜電力抗衡維持電子在原子核中的穩定。
這裡需要我們證明隨著電子離核距離的減小，離心力的增加速度大於靜
電力的增加速度。 設電子穩定時質量為m，速度為v，與原子核相距r，原子核電量為q，此時靜電力f正好等於電子作圓周運動的向心力，
離心力大於靜電力，所以此時電子作離心運動，將回到距核r的軌道上。同樣當電子受到遠離原子核的擾動後， 靜電力f大於電子作圓周運動的向心力，電子將向原子核運動，最終要回到距核r的軌道上，這裡不再證明。
另外我們認為，做加速運動的電荷會向外輻射電磁波這個提法不夠確切，應該說做加速運動的自由電荷會向外輻射電磁波，而電子在原子核中做圓周運動時不會向外輻射電磁波。兩者有什麼區別呢？我們知道，在原子核和電子結合成原子的過程中要向外放出能量，即自由電子要在原子核靜電力作用下裂變放出光子才能夠成為原子中的電子，原子中的電子和自由電子是有區別的。
自由電子的質量大於原子中的電子的質量，自由電子各部分結合得較為鬆散， 受到外界擾動 (有加速度)時會向外輻射電磁波；而原子中的電子質量小，各部分結合得較為緊密，受到外界擾動(有加速度)時未必會向外輻射電磁波，只有當外界擾動(加速度)足夠大時才會裂變輻射電磁波，所以電子可以在原子中做圓周運動而並不向外輻射電磁波。
4.穩定軌道的形成
對於處於基態的電子來說，每秒會有許多光子與其作用。這些作用有指
向原子核的，也有指向核外的。電子在吸收乙個或幾個光子以後質量增加，形成新的電子。我們先考慮指向核外的擾動。
設電子在吸收乙個或幾個光子以後質量增加為m+δm，與原子核相距r+δr，我們知道，一定質量的電子總有與一條特定軌道與之對應，比如電子的質量為m時其軌道半徑為r，那麼當電子質量為m+δm時就可能停留在半徑為r+δr的軌道。但這裡我們少考慮了乙個條件， 那就是質量為m+δm的電子的結合能。我們知道電子在每秒內會受到許多光子的擾動，假設質量為m+δm的電子執行在半徑為r+δr的軌道上，若它受到乙個指向原子核的擾動， 離核距離變為r+δr-r，此時原子核靜電力對它的作用增強，若它的結合能小的話則電子立即裂變放出光子重新回到其原來的軌道r上；如果質量為m+δm的電子內部的結合能非常小，以至於受到微小的擾動時立即裂變放出光子， 那麼它在半徑為r+δr的軌道上停留的時間也趨近於零， 換句話說半徑為r+δr的軌道根本不存在； 如果質量為m+δm的電子內部的結合能非常大， 以致於受到很大的擾動時它才裂變放出光子， 那麼電子就能夠在半徑為r+δr的軌道上停留一段時間，這段時間就是原子的平均壽命。
假設有一群電子處於同一激發態，由於每個電子受到的擾動情況不一樣，有的電子受到的擾動大有的電子受到的擾動小，而只有電子受到足夠大的擾動並運動到離核足夠近的地方才會裂變放出光子，所以電子裂變回到基態的時間也不一樣。處於同一激發態的原子的平均壽命和兩個因素有關：一是電子的結合能，二是電子受到的擾動。
電子內部的結合能與原子核「幻數」相似，只有特定質量的電子的結合能才是很大的，所以電子的軌道也是特定的、不連續的，其它質量的電子由於結合能很小，裂變時間極短，所以它們不可能穩定停留在原子中，也形成不了穩定軌道甚至根本就沒有軌道。我們再來考慮指向原子核的擾動。設電子在吸收乙個或幾個光子以後質量增加為m+δm，與原子核相距r-δr，此時原子核對電子的靜電力增強，電子立即裂變放出質量為δm的光子， 由前面的證明我們知道，此時電子的速度增大，離心力大於靜電力， 電子最終將停留在半徑為r的穩定軌道上。
也許有人會懷疑，這樣看來電子可能存在的穩定軌道豈不是唯一的了？實際上由於電子在原子核外有幾個不同的穩定質量，所以它也有幾條穩定軌道，一定的質量總是與某一條特定軌道相對應。從這裡我們可以看出，電子在原子核中的穩定軌道往往對應於電子結合能極大的質量，結合能小的質量由於在原子中不穩定因而不會形成穩定軌道。
5.電子結構與不同躍遷軌道
對於處於同一激發態的一群電子而言， 設電子的質量為m+δm，它們可
能會有不同的躍遷軌道，放出的光子的能量(質量)也不同，但總是躍遷到離核近的電子放出的光子的能量(質量)大。電子從激發態回到基態的過程並不是先放出光子再回到基態，而是先回到比基態更近的地方放出光子然後才回到基態。當電子回到離核r-δr處時， 在靜電力作用下電子裂變放出質量為δm的光子，此時離心力大於靜電力，電子將回到半徑為r的穩定軌道上。
那麼電子為什麼會有多條躍遷軌道呢？這說明處於同一激發態的電子內部結構(結合力)不同，有的結合力大，有的結合力小，結合力小的光子在離核較遠的地方裂變，放出的光子能量也較小；結合力大的光子在離核較近的地方裂變，放出的光子能量也較大，電子的躍遷方式是由其內部結構決定的。同一質量的電子可能有多種裂變方式，再次向我們說明電子具有內部結構，在考慮原子光譜時一定要考慮電子的內部結構。
處於激發態的電子在向基態躍遷時會發出光子；把原子的內層電子打掉以後外層電子會放出光子並向離核更近的軌道躍遷。這些現象啟示我們：電子離核越近質量越小，電子離核越遠質量越大。
從這裡也可以看出，電子質量越小其內部結合力越大。因為離核越近電子受到的靜電力越大，而電子能夠穩定存在說明其內部結合力越大。在同乙個原子中，內層電子的質量小於外層電子的質量；同乙個電子離核越近質量越小。
人們發射的人造衛星可以設定軌道，其軌道變化可以是連續的，但對原子核中的電子來說，其軌道變化則是不連續的。怎樣理解這一點呢？
讓我們做乙個假想實驗。把兩個帶異種電荷的點電荷放置在一定遠處，並且
假定它們之間除了靜電力以外不在受到其它力的作用，則最終它們將互相吸引在一起。無論怎樣改變這兩個電荷的質量、電量，結果都是相同的。這說明：
用巨集觀電荷不可能模擬原子核和電子之間的作用力。說到這裡，好事者馬上就會解釋，因為巨集觀電荷物質波的波長極短而電子物質波的波長較大，所以用巨集觀電荷不可能模擬原子核和電子之間的作用力。換乙個角度來說，巨集觀物質和微觀物質是有區別的，用巨集觀物質不能模擬微觀物質。
但區別究竟在**？乙個是巨集觀物質而另乙個是微觀物質，這個解釋近乎無聊了。還是讓我們來仔細分析為什麼用巨集觀電荷不可能模擬原子核和電子之間的作用力。
我們知道，在靜電力作用下，電子和原子核開始時相向運動，而後在磁力作用下沿著螺旋線相互靠近，正是由於原子核和電子之間的磁力使電子獲得了繞原子核運動的切向加速度，並使整個原子處於穩定狀態。那麼，兩個巨集觀點電荷之間的運動軌跡為什麼是一條直線呢？這是因為巨集觀電荷的荷質比遠遠小於原子核和電子的荷質比，在靜電力作用下巨集觀點電荷獲得的最終速度也小得可憐，因此巨集觀點電荷之間因相對運動而產生的磁力也微乎其微，近似於零。
所以巨集觀點電荷在靜電力作用下表現為相向運動，其運動軌跡接近直線。從這裡我們可以得出這樣乙個結論：雖然靜電力作用在兩個電荷的連心線上，但是僅在靜電力作用下，電荷的運動軌跡不一定就是直線，兩個電荷的荷質比越小，其運動軌跡越接近直線，反之則越接近曲線。
那麼，如果巨集觀點電荷的荷質比足夠大甚至可以與原子核或電子相比時，是否可以用巨集觀點電荷模擬原子核和電子相之間的作用呢？也不能！如果巨集觀點電荷的荷質比足夠大，甚至可以與原子核或電子相比，那麼這樣的兩個異種電荷在靜電力作用下會沿著螺旋線相互接近，最終會處於穩定狀態，但由於巨集觀點電荷的質量不會發生變化，因此最多只能形成一條穩定軌道，而不可能象電子那樣在原子核中有多條穩定軌道。
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反思 原子結構與性質
2 注重學習方法的指導。此考點非常的固定，高考要求不高，唯一的變數之處就是題目的問法。但這不是知識上的，是人為的設定些陷阱，那麼，審題就很重要了。所以本堂課都一直在給學生灌輸注意審題的思想，以免學生出現答非所問的現象。不足之處 1 點評需要更精練些。簡潔精練的點評才能起到高位引領的作用，這是我以後需...