《原子物理學(xué)》課程教學(xué)大綱

1、原子物理學(xué)Atomic Physics一、課程基本情況課程類別：學(xué)科基礎(chǔ)課課程學(xué)分： 3學(xué)分課程總學(xué)時(shí)：48學(xué)時(shí)，其中講課：45學(xué)時(shí)，其中考試2學(xué)時(shí)，習(xí)題課1學(xué)時(shí)。課程性質(zhì)：必修開課學(xué)期：第4學(xué)期先修課程：力學(xué)、電磁學(xué)、高等數(shù)學(xué)等適用專業(yè)：物理學(xué)、應(yīng)用物理學(xué)、光科教 材：原子物理學(xué)，高等教育出版社，楊福家，2008年第四版開課單位：物理與光電工程學(xué)院光電工程系二、課程性質(zhì)、教學(xué)目標(biāo)和任務(wù)課程性質(zhì)：原子物理是物理專業(yè)必修的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，主要研究原子、原子核的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，是研究物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)的一門科學(xué)。教學(xué)目標(biāo)：著重從物理實(shí)驗(yàn)規(guī)律出發(fā)，引進(jìn)近代物理關(guān)于微觀世界的重要概念和原理，探討原子、原子核及基

2、本粒子的結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)規(guī)律，解釋它們的宏觀性質(zhì)以及在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)上的重大應(yīng)用。本課程強(qiáng)調(diào)物理實(shí)驗(yàn)的分析、微觀物理概念和物理圖象的建立和理解。教學(xué)任務(wù)：(1)了解原子物理學(xué)發(fā)展的歷程，培養(yǎng)科學(xué)研究的素質(zhì)，加深對(duì)辯證唯物主義的理解。(2)了解原子所研究的內(nèi)容和前沿研究領(lǐng)域的概況，培養(yǎng)有現(xiàn)代意識(shí)、有遠(yuǎn)見的新一代大學(xué)生。(3)掌握原子的基本概念和基本規(guī)律，培養(yǎng)掌握科學(xué)知識(shí)的方法。(4)掌握處理原子、原子核和粒子物理學(xué)現(xiàn)象及問題的手段和方法，培養(yǎng)科學(xué)研究的方法。(5) 使學(xué)生了解無限分割的物質(zhì)世界中的依次深入的不同結(jié)構(gòu)層次，理解原子核的結(jié)構(gòu)和基本性質(zhì)、基本運(yùn)動(dòng)規(guī)律，初步了解基本粒子的各種基本知識(shí)；(7)結(jié)合

3、一些物理學(xué)史介紹，使學(xué)生了解物理學(xué)家對(duì)物理結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)理論再實(shí)驗(yàn)再理論的無限認(rèn)識(shí)過程，了解微觀物理學(xué)對(duì)現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)重大影響和各種應(yīng)用，并為以后繼續(xù)學(xué)習(xí)量子力學(xué)和有關(guān)課程打下基礎(chǔ)。主要內(nèi)容、重點(diǎn)及深度：原子物理學(xué)是研究原子的結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)規(guī)律及相互作用的物理學(xué)分支。它主要研究：原子的電子結(jié)構(gòu)；原子光譜；原子之間或與其他物質(zhì)的碰撞過程和相互作用。三、教學(xué)內(nèi)容和要求原子的位形：盧瑟福模型（6學(xué)時(shí)）1.1 背景知識(shí)（2學(xué)時(shí)） （1）了解背景知識(shí)；（2）理解盧瑟福模型的提出；重點(diǎn)：原子的核式模型。難點(diǎn)：盧瑟福散射實(shí)驗(yàn)。1.2 盧瑟福散射公式（2學(xué)時(shí)）（1）了解盧瑟福散射公式的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證；（2）理解盧瑟福散射公式

4、；重點(diǎn)：盧瑟福散射公式。難點(diǎn)：盧瑟福散射公式。1.3 行星模型（2學(xué)時(shí)）（1）了解行星模型的意義及困難。重點(diǎn)：行星模型的意義。難點(diǎn)：行星模型的困難。原子的量子態(tài)：波爾模型（10學(xué)時(shí)）2.1 背景知識(shí)（2學(xué)時(shí)）（1）了解背景知識(shí)；重點(diǎn)：黑體輻射與光電效應(yīng)。難點(diǎn)：光譜。2.2 波爾模型（2學(xué)時(shí)）（1）掌握波爾理論；重點(diǎn)：定態(tài)條件、頻率條件。難點(diǎn)：角動(dòng)量量子化。2.3 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證之一：光譜（2學(xué)時(shí)）（1）理解氫光譜；（2）理解類氫光譜；（3）掌握里德伯常數(shù)的推導(dǎo)；重點(diǎn)：氫光譜。難點(diǎn)：德伯常數(shù)的推導(dǎo)。2.4 理解實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證之二：夫蘭克-赫茲實(shí)驗(yàn)（2學(xué)時(shí)）（1）理解夫蘭克-赫茲實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)：夫蘭克-赫茲實(shí)驗(yàn)。難

5、點(diǎn)：夫蘭克-赫茲實(shí)驗(yàn)。2.5 波爾模型的推廣（2學(xué)時(shí)）（1）理解波爾模型的推廣。（2）掌握堿金屬原子的光譜重點(diǎn)：波爾模型的推廣難點(diǎn)：堿金屬原子的光譜第三章 量子力學(xué)導(dǎo)論(8學(xué)時(shí))3.1 波爾理論的困難(2學(xué)時(shí))（1）了解波爾理論的困難；重點(diǎn)：波爾理論的困難難點(diǎn)：波爾理論的困難3.2 波粒兩象性和不確定關(guān)系(2學(xué)時(shí))（1）理解波粒兩象性；（2）理解不確定關(guān)系；重點(diǎn)：戴維孫-革末實(shí)驗(yàn)難點(diǎn)：不確定關(guān)系的導(dǎo)出3.3 波函數(shù)和薛定諤方程(2學(xué)時(shí))（1）理解波函數(shù)及其統(tǒng)計(jì)詮釋；（2）掌握薛定諤方程；重點(diǎn)：波函數(shù)、態(tài)疊加原理、定態(tài)薛定諤方程難點(diǎn)：薛定諤方程的導(dǎo)出3.4 平均值與算符及氫原子的薛定鄂方程解（1

6、）理解平均值與算符；（2）理解氫原子的薛定鄂方程解。重點(diǎn)：量子力學(xué)對(duì)氫原子的描述及三個(gè)量子數(shù)。難點(diǎn)：量子力學(xué)對(duì)氫原子的描述。第四章 原子的精細(xì)結(jié)構(gòu)：電子的自旋(12學(xué)時(shí))4.1 原子中電子軌道運(yùn)動(dòng)的磁矩(3學(xué)時(shí))（1）了解經(jīng)典表示式（2）理解量子表示式（3）掌握角動(dòng)量取向量子化重點(diǎn)：角動(dòng)量取向量子化。難點(diǎn)：角動(dòng)量取向量子化。4.2 斯特恩-蓋拉赫實(shí)驗(yàn)(2學(xué)時(shí))（1）理解斯特恩-蓋拉赫實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)：斯特恩-蓋拉赫實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。難點(diǎn)：斯特恩-蓋拉赫實(shí)驗(yàn)解釋。4.3 電子自旋的假設(shè)(2學(xué)時(shí))（1）理解電子自旋的假設(shè)（2）掌握朗德g因子的計(jì)算重點(diǎn)：電子自旋的假設(shè)。難點(diǎn)：朗德g因子的計(jì)算。4.4 堿金屬雙線(2

7、學(xué)時(shí))（1）理解堿金屬譜線的精細(xì)結(jié)構(gòu)（2）理解自旋-軌道相互作用重點(diǎn)：堿金屬譜線的精細(xì)結(jié)構(gòu)。難點(diǎn)：自旋-軌道相互作用。4.5 塞曼效應(yīng)(3學(xué)時(shí))（1）了解塞曼譜線的偏振特征（2）掌握正常塞曼效應(yīng)（3）掌握反常塞曼效應(yīng)重點(diǎn)：塞曼效應(yīng)（正常、反常）。難點(diǎn)：塞曼效應(yīng)（正常、反常）及譜線偏振特性的解釋。第五章 多電子原子：泡利原理(8學(xué)時(shí))5.1 氦的光譜和能級(jí)(1學(xué)時(shí))（1）理解氦的光譜；（2）理解氦的能級(jí)；重點(diǎn)：氦的光譜和能級(jí)。難點(diǎn)：氦的光譜和能級(jí)。5.2 兩個(gè)電子的耦合(3學(xué)時(shí))（1）理解電子的組態(tài)（2）掌握L-S和j-j耦合（3）掌握選擇規(guī)則重點(diǎn)：L-S和j-j耦合和選擇規(guī)則。難點(diǎn)：兩個(gè)電子的

8、L-S和j-j耦合。5.3 泡利不相容原理(2學(xué)時(shí))（1）理解泡利不相容原理；（2）理解同科電子合成的狀態(tài)；重點(diǎn)：泡利不相容原理。難點(diǎn)：同科電子原子態(tài)的確定。5.4 元素周期表(2學(xué)時(shí))（1）了解殼層中電子的數(shù)目；（2）理解元素周期表；（3）理解電子組態(tài)的能量；重點(diǎn)：元素周期表。難點(diǎn)：電子組態(tài)的能量的理解。第六章 X射線(4學(xué)時(shí))6.1 X射線的發(fā)現(xiàn)及產(chǎn)生機(jī)制（1）了解X射線的發(fā)現(xiàn)及其波動(dòng)性（2）理解X射線產(chǎn)生的機(jī)制重點(diǎn)：射線連續(xù)譜與標(biāo)識(shí)譜及產(chǎn)生機(jī)制。難點(diǎn)：X射線的標(biāo)識(shí)譜產(chǎn)生的機(jī)制。6.2 康普頓效應(yīng)和X射線的吸收（1）掌握康普頓效應(yīng)（2）了解X射線的吸收重點(diǎn)：康普頓散射。難點(diǎn)：X射線的吸收。四、課程考核（1）作業(yè)等：作業(yè)：5次。（2）考核方式：閉卷考試（3）