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1、原子物理课程教学大纲原子物理课程教学大纲课程名称：原子物理英文名称：Atomic Physics课程类别：必 修 课课程性质：专业基础课课程代码：3050109总 学 时：63学 分：4开课学期：第二学年第四学期先修课程：力学、电磁学、光学、热学适用专业：物理学一、说明1本课程的目的、任务任务：通过本课程的学习，使学生能够掌握原子的核式模型结构，玻尔、索末菲的轨道理论，量子力学初步知识，单电子原子，多电子原子以及在磁场中的原子，原子的壳层结构，X射线连续谱、标识谱的产生机制以及康普顿效应。由此，能激发学生学习近代物理的浓厚兴趣，帮助学生树立辩证唯物主义的世界观，培养学生分析问题、解决问题的能力
2、以及创新精神，提高学生的科学素养。目的：通过本课程的学习，使学生对物质的微观结构及微观世界的物质运动和变化规律有一个初步的了解，对原子物理学的重要概念、基本规律和基楚理论有比较系统的认识和正确的理解，对近代物理的产生和发展有清晰的认识，从而为学习后继课程量子力学打下坚实的基础。2本课程的教学要求原子物理学为物理学专业的必修课程，是力学、电磁学、光学以及热学的后续课程。该课程的特点是：从微观结构入手，以原子结构为中心，以实验事实为线索，描述了原子以及原子核内部层次的物质结构及运动，从而使学生对物质的微观结构及微观世界的物质运动和变化规律有一个初步的了解和认识。该课程着重从物理实验规律出发，引进近
3、代物理关于微观世界的重要概念和原理，探讨原子、原子核及基本粒子的结构和运动规律。通过对重要实验现象以及理论体系逐步完善过程的分析，培养学生分析问题和解决问题的能力。该课程大致分为三个层次：第一是成熟、已有定论的基本内容，要求学生完全掌握并能运用；第二是目前已取得最新研究成果，要求学生掌握其物理概念和物理图象；第三对于前沿研究课题内容，要求学生了解并掌握其研究方向。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
4、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、活跃、创新的思维方式和学习方法。二、授课大纲绪论通过本章的学习，让学生在学习原子物理学之前先了解原子物理学的研究对象、发展简史及课程的特点、学习方法、要求。第一章 原子的基本状况通过本章的学习，使学生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。尤其是要让学生知道
5、原子的核式结构模型是怎么建立的，它的实验和理论依据有哪些。 第二章 原子的能级与辐射通过本章内容的学习，使学生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；理解并知道夫兰克赫兹实验原理、方法及结论；掌握萦末菲量子化条件及应用；掌握量子化通则这一新的规律及量子数的取值范围和所表征的物理量表达式最后还要知道这一规律的提出蕴涵着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。第三章 量子力学导论 通过本章内容的学习，使学生了解量子力学的几个基本概念，掌握德布罗依假设和微观粒子的波粒二象性、不确定关系
6、、波函数的统计诠释、定态的概念、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和三个量子数的取值范围及物理意义。第四章 碱金属原子和电子自旋 通过本章内容的学习，使学生掌握碱金属原子能级和光谱的一般特性及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，掌握单电子跃迁的选择定则及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以及各个符号所表征的物理意义。第五章 多电子原子 通过本章内容的学习，使学生能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
7、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。提别是L-S 耦合、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是本章的重难点。第六章 在磁场中的原子 通过本章内容的学习，使学生能熟练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；能熟练应用量子理论对塞曼效应、帕邢巴克效应作出解释，能进行塞曼谱线的波数计算；一般了解物质的磁性、顺磁共振、核磁共振等概念和原理。尤其是原子有效磁矩、原子能级在磁场中的分裂、塞曼效应（正
8、常、反常）、史特恩-盖拉赫实验结果的再分析是本章的重难点。第七章 原子的壳层结构 通过本章内容的学习，使学生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。第八章 X射线 通过本章内容的学习，使学生了解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。特别是X射线连续谱与标识谱及产生机制、莫塞莱定律、康普顿散射是本章的重难点。第九章 原子核 通过本章内容的学习，使学生了解
9、原子核的各种性质，原子核结合能的计算方法；知道原子核的放射性衰变规律及、和衰变的规律；掌握核力的性质，理解核力的介子论；理解重核裂变和轻核聚变的机制，了解原子能的利用。第十章 基本粒子 通过本章内容的学习，使学生知道基本粒子的分类和相互作用、了解轻子的6种粒子、层子（夸克）模型三、教学时间分配章 数标 题课 时课时分配讲 课习题课0绪论1101原子的基本状况4402原子的能级和辐射121113量子力学初步8714碱金属原子和电子自旋7615多电子原子7616在磁场中的原子6607原子的壳层结构4318X射线5419原子核65110基本粒子330小计63567四、课程习题要求每次课后布置4至7道
10、题五、考试形式及要求为使学生不把注意力仅仅放在期末考试上，培养学生系统学习的能力，加强学生各方面能力的培养，所以，平时作业、考勤都纳入本课程的成绩评定。也就是最后的成绩是由平时成绩和期末考试成绩折合而成的。平时的成绩包括出勤、课堂提问、作业。总成绩=期末成绩（7）平时成绩（3）六、课程的主要参考书教 材：原子物理学褚圣麟编，高等教育出版社，1979年（获国家优秀奖）。参考资料：1原子物理学 杨福家著 高等教育出版社 1990年 第2版 (国家优秀奖)； 2原子物理学勾清泉编 高等教育出版社 1982年；3原子物理学陈宏芳编 中国科学技术大学出版社 1997年；4.原子光谱和原子结构C。赫兹堡，科学出版社，1959 ；5原子物理学顾建中编 高等教育出版社 1990年；6.原子结构和原子光谱W.C.理查兹等，人民教育出版社，1982；7量子力学初步郭敦仁，人民教育出版社，1979；8近代物理学R。高特里奥等， 科学出版社，1981。 31
