《原子物理学》课程教学大纲

红河学院《原子物理学》课程教学大纲

一、课程基本情况与说明

（一）课程代码：031108

（二）课程英文名称：Atom physics （三）课程中文名称：原子物理学 （四）授课对象：物理学本科专业 （五）开课单位：理学院

（六）教材）：《原子物理学》，杨福家著，高等教育出版社，2008年4月第4版 （七）参考书目

《原子物理学》，禇圣麟编，高等教育出版社，1995.3 《近代物理学》，王正行编，北京大学出版社，1995.1 《量子物理学》， 史斌星编，清华大学出版社 1982.8 （八）课程性质

《原子物理学》课程从实验事实出发，引进量子化概念，以阐述原子结构为中心，探讨原子、原子核的结构和运动规律，解释它们的宏观性质，介绍它们现代科学技术上的重大应用。本课程强调物理实验事实的分析、微观物理概念和物理图像的建立和理解。

通过本课程的教学，使学生初步了解物质的微观结构和运动规律，为学习量子力学和有关课程打下基础。 （九）教学目的

（1）了解原子和原子核物理学发展的历程。掌握原子和原子核物理学的基本原理、基本概念和基本规律。掌握处理相关问题的方法。

（2）通过原子光谱等多种实验结果的分析，使学生理解和掌握原子的结构和原子中电子的基本运动规律。

（3）了解原子核的结构和基本性质、基本运动规律。

（4）了解物理学家对物质微观结构的认识方法和认识过程，了解原子物理学理论对现代科学技术的重大影响和各种应用。 （十）教学基本要求

理解原子核式结构。掌握原子能量级概念和光谱的一般规律。理解氢原子的玻尔理论，

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了解夫兰克-赫兹实验。了解氢原子能量的相对论效应。了解盖拉赫实验，理解原子的空间取向量子化。理解物质的波粒二象性。了解不确定关系并能加以应用。理解波函数及其物理意义。了解薛定谔方程，能用定态薛定谔方程处理典型的一维方势垒问题。理解碱金属光谱的精细结构、电子自旋轨道的相互作用。理解两个价电子的原子态。了解泡利原理。理解原子磁矩及外磁场对原子的作用，了解顺磁共振和塞曼效应，掌握原子的壳层结构和原子基态的电子组态。了解康普顿效应，理解X射线的衍射。掌握原子核的组成，理解质量亏损和结合能概念。了解放射性衰变的一般规律，了解核反应规律，了解核能的获得途径和核能的利用。

（十一）学时数、学分数及学时数具体分配 学时数：72学时 学分数：4学分） 学时数具体分配：

教 学 内 容 绪 论 8 第一章 原子的位形：卢瑟福模型 第二章 原子的量子态 第三章 量子力学导论 第四章 原子的精细结构：电子的自旋 第五章 多电子原子：泡利原理 第六章 X射线 第七章 原子核物理概论 机动 合 计 （十二）教学方式: PPT辅助

（十三）考核方式和成绩记载说明：考试。以作业为主考勤为辅确定平时成绩，占总评的20-35%。期中考占总评的5-20%。期末考占总评的60%。

8 10 8 8 6 10 4 62 2 2 2 2 2 10 10 12 10 10 6 12 4 72 8 讲授 习题课 合 计

二 、讲授大纲

绪论、第一章 原子的位形：卢瑟福模型（8学时）

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基本要求：

(1) 了解原子物理学的研究内容和研究方法。

(2) 了解原子物理学、原子核物理学、粒子物理学的发展简史。 (3) 掌握原子的基本性质。

(4) 理解汤姆逊模型和卢瑟福模型的区别。 (5) 理解卢瑟福的散射理论。 重点：卢瑟福散射理论。 难点：卢瑟福散射理论。 主要内容：

§1 背景知识 §2 卢瑟福模型的提出 §3 卢瑟福散射公式 §4 卢瑟福公式的实验验证 §5 行星模型的意义及困难

第二章 原子的量子态：玻尔模型（10学时） 基本要求：

(1) 掌握玻尔的原子模型及原子理论。

(2) 掌握氢原子光谱规律，能解释氢原子及类氢原子光谱的产生，能熟练画出能级跃迁

图。

(3) 掌握证明原子能级的实验思想和方法。 (4) 了解玻尔理论并认识到它的局限性。 (5) 了解激光的产生原理。 重点：量子概念的建立、玻尔理论。 难点：玻尔理论用于氢光谱的解释。 主要内容：

§6 背景知识 量子假说的根据：黑体辐射和光电效应 §7 玻尔模型

§8 实验验证之一：光谱

§9 实验验证之二：夫兰克-赫兹实验 §10 玻尔模型的推广

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第三章 量子力学导论（12学时） 基本要求：

(1) 掌握量子化及波粒二象性的概念。

(2) 掌握量子力学的重要关系：海森堡不确定关系。 (3) 掌握量子力学的两个基本假设：波函数和薛定谔方程。

(4) 了解电子的晶体衍射，单缝衍射，双缝干涉。重点：量子概念的建立、玻尔理论 重点：物质波理论、不确定关系、波函数的统计解释。 难点：薛定谔方程的应用。 主要内容：

§11 玻尔理论的困难 §12 波粒二象性 §3.2 不确定关系 §3.3 波函数及其统计解释 §3.4 薛定谔方程 *§3.5 平均值与算符 *§3.6 氢原子的薛定谔方程解

第四章 原子的精细结构：电子的自旋（10学时） 基本要求：

(1) 理解并掌握电子的自旋假设。

(2) 掌握并能计算碱金属双线，了解史特恩－盖拉赫实验的思想。 (3) 能熟练画出能级跃迁图。

(4) 理解描述原子的电子运动状态的四个量子数。 (5) 掌握塞曼效应实验的思想和方法,并能分析实验结果。 (6) 了解氢原子光谱的精细结构。

重点：轨道磁矩、电子自旋假设、碱金属光谱、精细结构、外磁场对原子的作用。 难点：电子自旋概念的正确理解、朗德因子的确定、光谱精细结构的成因。 主要内容：

§18 原子中电子轨道运动的磁矩 §19 史特恩—盖拉赫实验 §20 电子自旋的假设

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§21 碱金属双线 §22 塞曼效应

*§23 氢原子能谱研究进展

第五章 多电子原子：泡利原理（10学时） 基本要求：

(1) 掌握多电子原子光谱的分析方法。 (2) 能分析史特恩-盖拉赫实验的结果。

(3) 理解两个电子耦合的两种方式，尤其是LS耦合。 (4) 掌握泡利原理，能分析元素周期表的周期性。 (5) 掌握原子基态的确定方法。

重点：能级、光谱分析方法、电子的耦合、泡利不相容原理。 难点：两个电子的LS耦合。 主要内容：

§24 氦光谱和能级 §25 两个电子的耦合 §26 泡利不相容原理 §27 元素周期表 第六章 X射线（6学时） 基本要求：

(1) 了解X射线的产生机制及波长的计算。 (2) 了解X射线吸收的特点。 (3) 分析康普顿散射效应。

重点：X射线的产生机制、X射线的波性。 难点：X射线的波性分析。 主要内容：

§28 X射线的发现及其波动性 §29 X射线产生的机制 §30 康普顿效应 §31 X射线的吸收

第七章 原子核物理概论（12学时）

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基本要求：

(1) 掌握原子核的基本性质。 (2) 能熟练计算原子核的结合能。 (3) 了解原子核的结构模型。 (4) 掌握放射性衰变规律及其应用。 (5) 掌握核反应的一般规律及核反能的计算。

(6) 了解裂变、聚变反应，了解原子能的利用和加速器。 (7) 了解放射系、了解放射性的探测和应用、防护。

重点：核素图、核的比结合能图、核力、?衰变、核反应、裂变与聚变。 难点：核矩。 主要内容：

§32 原子核物理的对象 §33 核的基态特性之一：核质量 §34 核力

§35 核的基态特性之二：核矩 *§36 核模型

§37 放射性衰变的基本规律 §38 ?衰变 §39 ?衰变 §40 ?衰变 *§41 核反应

§42 裂变与聚变：原子能的利用 *第八章 超精细相互作用：不做要求 §43 磁偶极超精细相互作用 §44 电四极超精细相互作用 §45 同位素移位和同质异能移位

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