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1、近代物理学近代物理学教学大纲教学大纲一、说明一、说明1、课程的性质、地位和任务、课程的性质、地位和任务近代物理学为物理学专业的必修课，是物理学专业的一门重要 基础课。本课程的主要目标和任务是：以原子结构为中心，以实验 事实为线索，了解原子和原子核层次的物质结构及运动和变化规律，揭示宏观现象与规律的本质。介绍有关问题所需要的量子力学基本 概念，阐述物质微观结构三个层次的物理过程、研究方法，培养创 新思维。使学生对物质世界有更深入的认识，获得在本课程领域内 分析和处理一些最基本问题的初步能力。2、课程教学的基本要求、课程教学的基本要求通过本课程的学习，力图使学生初步建立描述微观世界的物理 图像，理
2、解适应微观世界的新概念，掌握处理微观世界物理问题的新方法，为后续量子力学课程的学习打下一定的基础； 本课程涉及知识面较广，讲授时要针对实际情况，对内容加以 选择，尽量做到详略得当，让学生既能较全面，又能较深刻地理解 和掌握。 课程教学中，要结合有关内容，适当将一些背景材料和物理学 史引入教学，以利于加深对新知识的理解和把握。同时，通过介绍 二十世纪初物理学家，在解决经典物理学应用于微观粒子体系遇到 困难时的大胆探索、勇于出新的思想脉络，使学生受到创新意识和 创新精神方面的熏陶和教育，提高学生分析问题和解决问题的能力。 使学生了解物理学家对物质结构的实践理论再实践的认识 过程，引导学生养成严谨、
3、活跃、创新的思维方式和学习方法。3、本课程的重点与难点本课程的重点与难点课程性质：专业基础课程先修课程：力学、电磁学、光学总学时：72学分：3.5理论学时：72实验学时：实验纳入近代物理实验课程开课学院：物理与电子工程学院适用专业：物理学重点：培养学生初步建立微观世界的物理图像，掌握描述原子 结构的基本概念、基本原理和方法；掌握认识原子世界的基本规律， 以便从思想和方法上做好准备，为今后学习量子力学打下基础。 难点：由于原子物理学课程是学生第一次系统的接触到的近代 物理学的理论体系，它的许多概念、观点与学生长期形成的观念不 相符合。因此在教学过程中，一定要千方百计做好这个观念上的转 化工作，让
4、学生逐步形成适应微观世界的思维方式，循序渐进的从 经典物理世界走进量子世界。二、课堂教学时数及课后作业题型分配二、课堂教学时数及课后作业题型分配课 后 作 业章 目教 学 内 容教 学 时 数教学方式 或 手 段思 考 题练 习 题绪论2讲授（课件）第一章原子的基本状况4讲授（课件）第二章原子的量子态10讲授（课件）第三章量子力学导论10讲授（课件）第四章原子的精细结构 和电子自旋 14讲授（课件）第五章多电子原子12讲授（课件）第六章X 射线6讲授（课件）第七章原子核物理简介12讲授（课件）*机 动2合 计72三、本文三、本文绪论绪论 【教学目的教学目的】 了解原子物理学的研究对象、发展简史
5、及课程的特点、学习方 法、要求。 第一节 原子物理学的研究对象、基本内容和发展简史 （1）原子物理学的发展简史 （2）原子物理学的地位与作用 （3）原子物理学的基本内容及研究前景第二节 原子物理学的学习方法、教学要求 （1）原子物理学的学习方法 （2）教学要求（3）参考读物 第一章第一章 原子的基本状况原子的基本状况 【教学目的教学目的】 掌握原子的静态性质；了解电子的发现、 粒子散射实验等实 验事实；掌握库仑散射公式和卢瑟福散射公式的推导、原子核大小 的估计和原子的核式结构。 【重点难点重点难点】 原子质量和大小的量级；卢瑟福散射公式；原子的核式模型。 第一节 原子的质量和大小 原子的质量，
6、原子的大小量级； 第二节 原子的核式结构 原子的汤姆逊模型及其困难， 粒子散射实验，卢瑟福核式结 构模型， 粒子散射理论，原子核的大小量级，同位素。 第二章第二章 原子的能级和辐射原子的能级和辐射 【教学目的教学目的】 掌握氢原子及类氢离子光谱规律及及类氢离子光谱线系公式； 掌握玻尔理论的要点，会画能级跃迁图；理解夫兰克赫兹实验原 理、方法及结论；一般了解萦末菲量子化条件及应用；理解量子化 这一新的规律，学习这一规律提出中物理学家的大胆探索和创新精 神；理解玻尔对应原理、玻尔理论的地位和缺陷；了解原子的自发 辐射、受激辐射与吸收。 【重点难点重点难点】 重点：玻尔氢原子理论；量子化、量子数、跃
7、迁等概念及重要 性；夫兰克赫兹实验； 难点：量子理论的建立、空间量子化 第一节氢原子光谱的实验规律 （1）光谱学与原子结构研究 （2）氢原子光谱的实验规律（3）氢 原子的光谱线系；经典理论的困难。 第二节玻尔的氢原子理论和原子能级 （1）玻尔量子化假设及其提出背景；（2）氢原子能级和跃迁； （3）氢原子光谱线系的解释；（4）玻尔理论中的普遍规律。 第三节 类氢离子的光谱 （1）类氢离子光谱的实验规律；（2）玻尔理论对类氢离子的解释；（3）里德伯常数的变化核运动的影响 第四节 夫兰克赫兹实验与原 子能级 （1）实验的核心思想；（2）实验装置及现象；（3）实验现象的理 论解释；（4）实验结论。 第
8、五节 电子轨道量子化 （1）量子化通则；（2）电子的椭圆轨道运动；（3）氢原子能量的 相对论效应；（4）空间量子化。 第六节 对应原理和玻尔理论的地位（1）对应原理；（2）玻尔理论的成就及其局限性 附录 激光器的工作原理简介 （1）吸收、自发辐射和受激辐射；（2）激光产生的条件；（3）激 光器的组成部分；（4）HeNe 激光器工作原理；（5）激光器的应 用 第三章第三章 量子力学简介量子力学简介 【教学目的教学目的】 了解量子力学的几个基本概念，和对微观粒子体系描述的理论 出发点与方法，理解量子化是薛定谔方程和波函数物理意义的自然 结果。不要求应用薛定谔方程解题。 【重点难点重点难点】 重点：
9、德布罗意假设和微观粒子的波粒二象性、波函数的统计 诠释、不确定关系、求解定态薛定谔方程（本征问题）的基本步骤、 量子力学对氢原子的描述及三个量子数。lmln , 难点：波函数的统计诠释、不确定关系、量子力学对氢原子的 描述。 第一节 波粒二象性 （1）德布罗意假设；（2）波粒二象性；（3）Davisson-Germer 电 子衍射实验；（4）不确定关系。 第二节 波函数及物理意义 （1）微观状态的描述-波函数；（2）波函数的物理意义；（3） 几个原理性验证实验（4）薛定谔方程及应用举例。 第三节 量子力学对氢原子的描述 （1）量子力学对氢原子的描述；（2）描述电子空间运动的三个量子数。 （3）
10、与玻尔量子论结果的比较。lmln , 第四章第四章 原子的精细结构和电子自旋原子的精细结构和电子自旋 【教学目的教学目的】 掌握碱金属原子能级和光谱的一般特性;理解原子实极化与轨道 贯穿的作用;掌握电子自旋概念与自旋量子数的意义;掌握角动量耦合 方法，理解电子自旋与轨道运动的相互作用；掌握碱金属原子光谱 精细结构形成的物理本质；掌握单电子原子态符号描述。轨道贯穿、 原子实极化及相对论效应只作定性说明。掌握原子磁矩概念和有关 计算；掌握原子在外磁场中附加能量公式，并能用来解释原子能级 在外磁场中分裂现象；正确解释史特恩盖拉赫实验的结果；会 用量子理论对塞曼效应作出解释。 【重点难点重点难点】 重
11、点：原子磁矩、原子能级在磁场中的分裂、塞曼效应、史特 恩-革拉赫实验结果的分析。 碱金属原子光谱、电子自旋、单电子角动量的合成、四个量子 数、单电子跃迁选择定则、光谱的精细结构。 难点：电子自旋概念；碱金属原子能级分裂的物理原因；光谱 精细结构的成因分析;拉摩尔进动。第一节 原子实极化和轨道贯穿 第一节 原子的磁矩 （1）电子的轨道运动磁矩和自旋运动磁矩；（2）单电子原子的总 磁矩和朗德因子；（3）具有两个或两个以上价电子原子的磁矩 （LS 耦合） ；（4）具有两个或两个以上价电子原子的磁矩（jj 耦合） ；（5）原子实的极化效应和轨道贯穿效应。 第二节 史特恩-革拉赫实验 （1）实验的背景和
12、核心思想；（2）实验装置及非均匀磁场中原子 的运动分析；（3）实验结果与分析；（4）实验的结论与意义。第三节 碱金属原子光谱的精细结构 （1）碱金属原子的光谱的实验规律；（2）与氢原子光谱的比较； （3）线系及线系公式；（4）光谱项公式、量子亏损；（5）能级图。第四节 电子自旋 自旋-轨道相互作用 （1）电子自旋概念；（2）单电子总角动量；（3）自旋-轨道运动 相互作用能；（4）碱金属原子能级的精细结构；（5）碱金属原子 态符号； 第五节 塞曼效应 （1）塞曼效应实验现象；（2）塞曼效应的理论解释；（3）几个原 子谱线塞曼分裂的讨论；（4）塞曼分裂谱线的偏振性质。 第六节 单电子辐射跃迁选择定
13、则 （1）单电子跃迁选择定则；（2）碱金属原子光谱精细结构的解释；（3）氢原子能级的精细结构；（4）兰姆位移。第五章第五章 多电子原子多电子原子 【教学目的教学目的】 熟练掌握两个价电子的耦合方法、氦和碱土金属原子态的推求， 并能够熟练画出相应的能级跃迁简图；熟练掌握泡利不相容原理和 辐射跃迁的选择定则，并能应用；了解多电子原子光谱的一般规律； 了解激光器的工作原理。 了解元素周期表的结构，掌握玻尔对元素周期表的物理解 释；理解并掌握电子填充原子壳层的原则；能正确写出原子基态的 电子组态，并求出其基态的原子态符号；了解电子填充壳层时出现 能级交错的原因。【重点难点重点难点】 重点：L-S 耦合
14、；洪特规则和朗德间隔定则；多电子原子的光 谱、能级图和原子态；泡利原理和同科电子原子态的确定；辐射跃 迁的普用选择定则。电子填充壳层的原则；原子基态的确定。 难点：L-S 耦合；泡利原理和同科电子原子态的确定。 第一节 氦和碱土金属原子光谱和能级 （1）氦原子光谱的五个特点；（2）氦原子的能级结构方式；（3） 镁原子光谱及能级结构。 第二节 具有两个价电子的原子态（1）电子组态；（2）电子间的磁相互作用；（3）LS 耦合方案； （4）LS 耦合中的经验规则；（5）LS 耦合模型对 He、Mg 能级结 构的理解；（6）jj 耦合；（7）两种角动量耦合模型的比较。 第三节 泡利原理与同科电子 （1
15、）电子的量子状态描述；（2）泡利原理；（3）同科电子； （4）同科电子形成的原子态。 第四节 复杂原子光谱的一般规律 （1）光谱和能级的位移定律；（2）能级多重性的交替律；（3）三 个或三个以上价电子原子态的推导。 （4）几个经验规则。 第五节 辐射跃迁的选择定则 （1）电偶极跃迁；（2）拉波特定则；（3）LS 耦合的选择定则； （4）jj 耦合的选择定则。 （5）He、Mg 的能级跃迁图 第六节 元素周期表的形成第一节 元素性质的周 期性变化（1）元素周期表；（2）元素性质的周期性变化；（3）电 子的能级填充次序；（4）元素周期表的建造 第六章第六章 X 射线射线 【教学目的教学目的】 了解
16、 X 射线的性质；掌握 X 射线的连续谱与标识谱的特征和产 生的机制；掌握与 X 射线标识谱相关的原子能级结构；了解物质对 X 射线吸收的规律；掌握康普顿散射。 【重点难点重点难点】 重点： X 射线连续谱与标识谱及产生机制；莫塞莱定律；康普 顿散射。 难点： X 射线的连续谱与标识谱产生的机制、与 X 射线标识 谱相关的原子能级结构。 第一节 X 射线的产生及性质 （1）X 射线的产生；（2）X 射线的性质；（3）X 射线的波长测量 方法（晶体衍射） 第二节 X 射线的发射谱 （1）X 射线的发射谱；（2）连续谱、特征及其产生机理；（3）标 识谱及特点；（4）莫塞莱定律；（5）标识谱的产生机理 第三节 同 X 射线标识谱相关的原子能级 （1）内壳层具有一个空位的状态描述；（2）X 射线标识谱相关的原子能级及跃迁 第四节 X 射线的吸收谱 （1）
