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1、原子物理学原子物理学Atomic Physic原子物理学原子物理学原子物理学原子物理学Atomic PhysicAtomic Physic李冀河北师范大学物理学院河北师范大学物理学院20072007级物理本科课程级物理本科课程绪论绪论一、课程性质一、课程性质一、课程性质一、课程性质二、原子物理学发展简史二、原子物理学发展简史二、原子物理学发展简史二、原子物理学发展简史 三、原子物理三、原子物理三、原子物理三、原子物理在物理学中的地位在物理学中的地位在物理学中的地位在物理学中的地位 四、关于教材和教学内容四、关于教材和教学内容四、关于教材和教学内容四、关于教材和教学内容 五、学习方法和要求五、学
2、习方法和要求五、学习方法和要求五、学习方法和要求 原子物理学是研究原子的结构、运动规律及原子物理学是研究原子的结构、运动规律及原子物理学是研究原子的结构、运动规律及原子物理学是研究原子的结构、运动规律及相互作用的物理学分支。相互作用的物理学分支。相互作用的物理学分支。相互作用的物理学分支。 本课程的授课对象为大学本科二年级的学本课程的授课对象为大学本科二年级的学本课程的授课对象为大学本科二年级的学本课程的授课对象为大学本科二年级的学生，属于专业基础必修课，是学生开始进入生，属于专业基础必修课，是学生开始进入生，属于专业基础必修课，是学生开始进入生，属于专业基础必修课，是学生开始进入微观世界研究
3、领域的入门课程，是量子力学、微观世界研究领域的入门课程，是量子力学、微观世界研究领域的入门课程，是量子力学、微观世界研究领域的入门课程，是量子力学、固体物理学、原子核物理学、近代物理实验固体物理学、原子核物理学、近代物理实验固体物理学、原子核物理学、近代物理实验固体物理学、原子核物理学、近代物理实验等课程的基础课，也是现代物理学的基础课。等课程的基础课，也是现代物理学的基础课。等课程的基础课，也是现代物理学的基础课。等课程的基础课，也是现代物理学的基础课。一、课程性质一、课程性质原子物理学的教学目的是使学生原子物理学的教学目的是使学生原子物理学的教学目的是使学生原子物理学的教学目的是使学生 初
4、步了解微观世界的结构和运动规律；初步了解微观世界的结构和运动规律；初步了解微观世界的结构和运动规律；初步了解微观世界的结构和运动规律； 了解无限分割的物质世界的结构层次，了解无限分割的物质世界的结构层次，了解无限分割的物质世界的结构层次，了解无限分割的物质世界的结构层次，逐步建立用量子化的思想、概念、语言逐步建立用量子化的思想、概念、语言逐步建立用量子化的思想、概念、语言逐步建立用量子化的思想、概念、语言及思维方法来研究微观世界；及思维方法来研究微观世界；及思维方法来研究微观世界；及思维方法来研究微观世界； 不仅理解、掌握原子物理学的基本概念、原不仅理解、掌握原子物理学的基本概念、原不仅理解、
5、掌握原子物理学的基本概念、原不仅理解、掌握原子物理学的基本概念、原理及研究方法，而且要了解现代原子物理学理及研究方法，而且要了解现代原子物理学理及研究方法，而且要了解现代原子物理学理及研究方法，而且要了解现代原子物理学的科学研究前沿并学习其研究原理与方法。的科学研究前沿并学习其研究原理与方法。的科学研究前沿并学习其研究原理与方法。的科学研究前沿并学习其研究原理与方法。（一）原子的历程：从哲学到科学（一）原子的历程：从哲学到科学（一）原子的历程：从哲学到科学（一）原子的历程：从哲学到科学1. 古代哲学家的原子古代哲学家的原子万物由什么组成？物质可以被无休止地分割为愈来愈小的物质单元，还是存在构成
6、世界的万物由什么组成？物质可以被无休止地分割为愈来愈小的物质单元，还是存在构成世界的“砖块砖块”？这是古代哲人们就开始思索的问题。这是古代哲人们就开始思索的问题。二、原子物理学发展简史二、原子物理学发展简史 公元前公元前公元前公元前500500前前前前400400年年年年古希腊人留基伯及其学古希腊人留基伯及其学古希腊人留基伯及其学古希腊人留基伯及其学生德谟克利特等古希腊哲学家首先提出生德谟克利特等古希腊哲学家首先提出生德谟克利特等古希腊哲学家首先提出生德谟克利特等古希腊哲学家首先提出“ “原原原原子说子说子说子说” ”: :物质是由一些不再可分的原子物质是由一些不再可分的原子物质是由一些不再可
7、分的原子物质是由一些不再可分的原子（） 和空间构成的。和空间构成的。和空间构成的。和空间构成的。 同时代的亚里士多德等人反对物质的原子同时代的亚里士多德等人反对物质的原子同时代的亚里士多德等人反对物质的原子同时代的亚里士多德等人反对物质的原子观，认为物质是连续的、可以无限地分割下观，认为物质是连续的、可以无限地分割下观，认为物质是连续的、可以无限地分割下观，认为物质是连续的、可以无限地分割下去。去。去。去。 我国战国时期（公元前）就我国战国时期（公元前）就我国战国时期（公元前）就我国战国时期（公元前）就出现了与上述类似的两种观点出现了与上述类似的两种观点出现了与上述类似的两种观点出现了与上述类
8、似的两种观点 惠施（惠施（惠施（惠施（- -370 370 - -310310）：至小无内，）：至小无内，）：至小无内，）：至小无内， 谓之小一谓之小一谓之小一谓之小一 中庸中庸中庸中庸明确指出：语小，天下莫能破焉明确指出：语小，天下莫能破焉明确指出：语小，天下莫能破焉明确指出：语小，天下莫能破焉 战国时期公孙龙：一尺之椎，日取其半，历战国时期公孙龙：一尺之椎，日取其半，历战国时期公孙龙：一尺之椎，日取其半，历战国时期公孙龙：一尺之椎，日取其半，历万世而不竭。万世而不竭。万世而不竭。万世而不竭。 近几百年来的物理学一直在考验这句话的正近几百年来的物理学一直在考验这句话的正近几百年来的物理学一直
9、在考验这句话的正近几百年来的物理学一直在考验这句话的正确性。确性。确性。确性。2 2. . 化学家的原子化学家的原子化学家的原子化学家的原子 英国化学家玻意耳（英国化学家玻意耳（英国化学家玻意耳（英国化学家玻意耳（1627162716911691年）年）年）年） 在在在在怀怀怀怀疑的化学家疑的化学家疑的化学家疑的化学家（16611661年）的书中，把任何不年）的书中，把任何不年）的书中，把任何不年）的书中，把任何不能通过化学方法将其分解成更简单组分的能通过化学方法将其分解成更简单组分的能通过化学方法将其分解成更简单组分的能通过化学方法将其分解成更简单组分的物质称为元素。物质称为元素。物质称为元
10、素。物质称为元素。 18081808年，化学家道尔顿在年，化学家道尔顿在年，化学家道尔顿在年，化学家道尔顿在化学哲学的新体化学哲学的新体化学哲学的新体化学哲学的新体系系系系一书，更进一步阐述了化学原子学说一书，更进一步阐述了化学原子学说一书，更进一步阐述了化学原子学说一书，更进一步阐述了化学原子学说的基本观点：化学元素由非常微小的、不的基本观点：化学元素由非常微小的、不的基本观点：化学元素由非常微小的、不的基本观点：化学元素由非常微小的、不可再分的物质粒子可再分的物质粒子可再分的物质粒子可再分的物质粒子原子组成，原子在原子组成，原子在原子组成，原子在原子组成，原子在所有化学变化中均保持自己的独
11、特性质所有化学变化中均保持自己的独特性质所有化学变化中均保持自己的独特性质所有化学变化中均保持自己的独特性质。由此近代原子理论得以建立。由此近代原子理论得以建立。由此近代原子理论得以建立。由此近代原子理论得以建立。 18691869年，俄国著名化学家门捷列夫发表他年，俄国著名化学家门捷列夫发表他年，俄国著名化学家门捷列夫发表他年，俄国著名化学家门捷列夫发表他的元素周期表。周期表的结构性和规律性的元素周期表。周期表的结构性和规律性的元素周期表。周期表的结构性和规律性的元素周期表。周期表的结构性和规律性提示人们，原子自身必然存在不断做周期提示人们，原子自身必然存在不断做周期提示人们，原子自身必然存
12、在不断做周期提示人们，原子自身必然存在不断做周期性重复的结构。这背后隐藏的是什么呢？性重复的结构。这背后隐藏的是什么呢？性重复的结构。这背后隐藏的是什么呢？性重复的结构。这背后隐藏的是什么呢？ 在在在在2020世纪原子核和量子理论发现之前，没世纪原子核和量子理论发现之前，没世纪原子核和量子理论发现之前，没世纪原子核和量子理论发现之前，没有人知道为什么在周期表里会出现这样的有人知道为什么在周期表里会出现这样的有人知道为什么在周期表里会出现这样的有人知道为什么在周期表里会出现这样的规律性。规律性。规律性。规律性。 不过，在迈进不过，在迈进不过，在迈进不过，在迈进2020世纪以前，且让我们转向世纪以
13、前，且让我们转向世纪以前，且让我们转向世纪以前，且让我们转向对原子进行科学研究的另一方向。对原子进行科学研究的另一方向。对原子进行科学研究的另一方向。对原子进行科学研究的另一方向。3. 3. 物理学家的原子物理学家的原子物理学家的原子物理学家的原子 丹尼尔丹尼尔丹尼尔丹尼尔 伯努利则在伯努利则在伯努利则在伯努利则在17381738年首先于现在意义年首先于现在意义年首先于现在意义年首先于现在意义上提出了物质的原子结构的思想，并从分上提出了物质的原子结构的思想，并从分上提出了物质的原子结构的思想，并从分上提出了物质的原子结构的思想，并从分子运动推导出压强公式，由此揭开分子运子运动推导出压强公式，由
14、此揭开分子运子运动推导出压强公式，由此揭开分子运子运动推导出压强公式，由此揭开分子运动论的序幕。动论的序幕。动论的序幕。动论的序幕。 1919世纪，麦克斯韦与玻尔兹曼采用当时的世纪，麦克斯韦与玻尔兹曼采用当时的世纪，麦克斯韦与玻尔兹曼采用当时的世纪，麦克斯韦与玻尔兹曼采用当时的原子模型，把气体看作由原子组成的分子原子模型，把气体看作由原子组成的分子原子模型，把气体看作由原子组成的分子原子模型，把气体看作由原子组成的分子的集合来处理，说明了气体的温度、压力的集合来处理，说明了气体的温度、压力的集合来处理，说明了气体的温度、压力的集合来处理，说明了气体的温度、压力等构成气体的分子的一般表现，并由此
15、创等构成气体的分子的一般表现，并由此创等构成气体的分子的一般表现，并由此创等构成气体的分子的一般表现，并由此创建了建了建了建了“ “统计力学统计力学统计力学统计力学” ”的分支。的分支。的分支。的分支。 原子光谱，特别是氢光谱的发现对原子结原子光谱，特别是氢光谱的发现对原子结原子光谱，特别是氢光谱的发现对原子结原子光谱，特别是氢光谱的发现对原子结构的认识起到了促进作用。氢光谱的获得构的认识起到了促进作用。氢光谱的获得构的认识起到了促进作用。氢光谱的获得构的认识起到了促进作用。氢光谱的获得归功于埃格斯特朗（归功于埃格斯特朗（归功于埃格斯特朗（归功于埃格斯特朗（A.J. A.J. ngstrngs
16、tr mm, ,瑞典，瑞典，瑞典，瑞典，1814181418741874）。氢光谱的明显规律性，促使）。氢光谱的明显规律性，促使）。氢光谱的明显规律性，促使）。氢光谱的明显规律性，促使许多科学家寻求理论解释。许多科学家寻求理论解释。许多科学家寻求理论解释。许多科学家寻求理论解释。 到到到到1919世纪中叶后，由于假设物质由原子和世纪中叶后，由于假设物质由原子和世纪中叶后，由于假设物质由原子和世纪中叶后，由于假设物质由原子和分子组成揭示了物理和化学现象间的许多分子组成揭示了物理和化学现象间的许多分子组成揭示了物理和化学现象间的许多分子组成揭示了物理和化学现象间的许多关系，解释了许多问题，因而日益增多的关系，解释了许多问题，因而日益增多的关系，解释了许多问题，因而日益增多
