原子物理学教学大纲 Atomic Physics.pdf

课程编号 0602106 课程编号 0602106 原子物理学教学大纲原子物理学教学大纲 Atomic PhysicsAtomic Physics 总学时 64 总学时 64 总学分 4 总学分 4 课程性质 专业课程性质 专业基础课 开设学期及周学时分配 开设学期及周学时分配 第四学期 总学时 64 适用专业及层次 适用专业及层次 应用物理本科 相关课程相关课程 量子力学 高等数学 力学 电学 热学和光学 教材 教材 原子物理学 褚圣麟编著 高等教育出版社 推荐参考书 推荐参考书 1 原子物理学 杨福家编 高等教育出版社 2001 年 2 近代物理 郑广垣编 复旦大学出版社 1991 年 3 原子物理学 陈宏芳编 科学出版社 2005 年 4 原子物理 郑乐民编 北京大学出版社 2000 年 5 近代物理基础及其应用 P A Tipler 著 上海科技出版社 1981 年 6 近代原子物理学 上 下 法 B 凯格纳克 J 裴贝 E 裴罗拉著 科学出版社 1982 年 7 量子力学 曾谨言著 科学出版社 2000 年 8 量子物理学 美 R 埃斯伯格 R 瑞斯尼克著 1987 年 课程目的及要求 课程目的及要求 原子物理学是普通物理学的后续课程 是应用物理专业的一门重要基础课 它是学生开始进 入微观世界研究领域的入门课程 本课程应用若干量子力学的结论 通过丰富的事例建立量子概 念 通过众多的实验现象分析 揭示原子和原子核层次的结构 性质及其相互作用规律 本课程 的重点放在原子物理 通过本课程的学习建立丰富的微观世界物理图象 通过学习掌握原子的基本结构 原子的能级和光谱的基本规律 有关原子的基本概念 原子 的量子态 电子自旋 泡利原理等 原子的重要实验事实和原子核的性质以及核反应的基本规 律 了解在原子领域中经典物理遇到的主要困难 为克服这些困难而引入的一些全新的分析方法 和推理方法 一些与经典物理不同的新概念 为以后继续学习 量子力学 课程和应用物理其它 专业课程奠定基础 讲课中应注意对学生进行认识论和方法论的培养 通过本课程的学习 逐步培养学生分析问 题和解决问题的能力 一 课程内容及学时分配 一 课程内容及学时分配 绪论 第一章 原子的基本情况 4 学时 1 原子的质量和大小 2 粒子散射实验和原子的核式结构 3 同位素 第二章 原子的能级和辐射 8 学时 1 氢原子光谱的规律 1 2 玻尔的氢原子理论 3 类氢离子的光谱 4 夫兰克 赫兹实验与原子能级 5 量子化通则 6 电子的椭圆轨道和氢原子能量的相对论效应 7 史特恩 盖拉赫实验与原子空间取向的量子化 8 原子的激发和辐射 9 激光原理 10 对应原理和玻尔理论的地位 第三章 量子力学初步 4 学时 1 物质的二象性 2 测不准原理 3 波函数及其物理意义 第四章 碱金属原子和电子自旋 8 学时 1 碱金属原子的光谱 2 原子实的极化和轨道贯穿 3 碱金属原子光谱的精细结构 4 电子自旋同轨道运动的相互作用 5 单电子辐射跃迁的选择定则 6 氢原子光谱的精细结构与蓝姆移动 第五章 多电子原子 8 学时 1 氦及周期系第二族元素的光谱和能级 2 具有两个价电子的原子态 3 泡利原理与同科电子 4 复杂原子光谱的一般规律 5 辐射跃迁的普用选择定则 6 原子的激发和辐射跃迁的一个实例 氦氖激光器 第六章 在磁场中的原子 6 学时 1 原子的磁矩 2 外磁场对原子的作用 3 史特恩 盖拉赫实验的结果 4 顺磁共振 5 塞曼效应 6 抗磁性 顺磁性和铁磁性 第七章 原子的壳层结构 4 学时 1 元素性质的周期性变化 2 原子的电子壳层结构 3 原子基态的电子组态 第八章 X 射线 4 学时 1 X 射线的产生及其波长和强度的测量 2 X 射线的发射谱 3 同 X 射线有关的原子能级 4 X 射线的吸收 5 康普顿效应 2 6 X 射线在晶体中的衍射 第十章 原子核 18 学时 1 原子核的基本性质 2 原子核的放射衰变 3 射线同实物的相互作用和放射性应用 4 核力 5 原子核结构模型 6 原子核反应 7 原子裂变和原子能 8 原子核的聚变和原子能利用的展望 二 教学重点与难点 二 教学重点与难点 绪论 第一章 原子的基本情况 1 了解 粒子散射实验对认识原子结构的作用 理解如何由实验得出原子核式结构的结构 2 本章重点是第 2 节 第二章 原子的能级和辐射 1 掌握氢原子光谱规律及巴尔末公式 2 掌握玻尔基本假设 圆轨道量子化条件 能量公式 主量子数 氢能级图 3 掌握玻尔理论来解释氢原子和类氢原子的结构及其光谱规律 4 理解夫兰克 赫兹实验对于原子定态的证明 5 了解萦末菲量子化条件 对电子的椭圆轨道仅作扼要叙述 不作详细讨论 6 掌握原子的磁性与空间量子化的意义 7 掌握主量子数 角量子数和磁量子数的意义及其重要性 8 了解玻尔氢原子理论的局限性 说明新量子论 量子力学 产生并取代旧量子论的必然性 9 了解原子的自发辐射 受激辐射与吸收 10 本章的重点是 1 2 7 节 难点是 7 8 10 节 第三章 量子力学初步 1 了解微观粒子二象性的实验事实 掌握微观粒子二象性的德布罗意关系 2 了解测不准关系的含义及其在分析物理现象中的意义 3 描述微观粒子运动状态的波函数的统计意义 第四章 碱金属原子和电子自旋 1 掌握碱金属原子能级和光谱的一般特性 2 了解原子实极化与轨道贯穿的作用 3 掌握电子自旋概念与自旋量子数的意义 4 掌握角动量合成 并理解其对于碱金属原子光谱精细结构的说明 5 知道电子自旋与轨道运动的相互作用能 推出相互作用能量公式 但不详细讨论 6 本章重点和难点是 1 2 3 节 第五章 多电子原子 1 以氦 镁为例 了解多电子原子光谱的特征 2 掌握角动量合成的规律 掌握 LS 耦合 J J 耦合 第六章 在磁场中的原子 1 了解计算朗德 g 因子的方法 2 了解拉莫旋进 3 掌握原子受磁场作用的附加能量 3 4 了解史特恩 盖拉赫实验证实了原子具有磁矩 和原子角动量的空间量子化 5 掌握塞曼效应的理论解释 6 本章重点 难点是 2 5 节 第七章 原子的壳层结构 1 了解元素周期系规律的内在根源 2 掌握电子壳层填充所需遵循的规律 理解泡利原理及其对于原子壳层结构的意义 3 本章的重点 难点是 2 3 节 第八章 X 射线 1 了解伦琴射线的产生机制和特征 2 理解原子内层电子跃迁的规律 第十章 原子核 1 本章重点是原子核的结合能 放射性衰变 a 衰变 r 衰变 核裂变与核聚变原理 核 反应 2 掌握核子平均结合能的概念 3 掌握原子核的三种放射性 放射性衰变规律和半衰期概念 4 掌握反应能 阈能概念 5 理解原子核释放能量的两种方式 裂变与聚变 三 主要教学方法 三 主要教学方法 1 传统教学手段和多媒体教学手段相结合的课堂讲授模式 适当采取提问题 课堂讨论的形 式 合理分配多媒体课件所用的教学时间 讲解基础理论时 发挥启发式与归纳法的作用 充分利用多媒体技术形象 直观的表现手段 有效地创造问题情境和富有激励性的学习氛 围 营造学生自主 愉悦的学习环境 加深学生对讲授内容的理解 节省课堂讲授时间 为 学生留出充足的思考 提问 讨论时间 实现师生互动 促进自主研究学习 2 在课堂教学安排上 做到精讲教学内容和学生课外自学 阅读相结合 课堂讨论和讨论后 的讲评相结合 使学生了解重点 认识难点 突出重点 剖析难点 掌握重点 化解难点 提高了学生分析问题和解决问题能力 通过习题课 辅导课 习题解答 学习指导书等多 种途径 引导学生课前预习 课后复习 加深对基础知识的掌握和对前沿领域的了解 四 实践环节 四