《原子物理学》课程教学大纲

1、原子物理学Atomic Physics一、课程基本情况课程类别：学科基础课课程学分： 3学分课程总学时：48学时，其中讲课：45学时，其中考试2学时，习题课1学时。课程性质：必修开课学期：第4学期先修课程：力学、电磁学、高等数学等适用专业：物理学、应用物理学、光科教 材：原子物理学，高等教育出版社，杨福家，2008年第四版开课单位：物理与光电工程学院光电工程系二、课程性质、教学目标和任务课程性质：原子物理是物理专业必修的一门专业基础课，主要研究原子、原子核的结构和性质，是研究物质微观结构的一门科学。教学目标：着重从物理实验规律出发，引进近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

2、本粒子的结构和运动规律，解释它们的宏观性质以及在现代科学技术上的重大应用。本课程强调物理实验的分析、微观物理概念和物理图象的建立和理解。教学任务：(1)了解原子物理学发展的历程，培养科学研究的素质，加深对辩证唯物主义的理解。(2)了解原子所研究的内容和前沿研究领域的概况，培养有现代意识、有远见的新一代大学生。(3)掌握原子的基本概念和基本规律，培养掌握科学知识的方法。(4)掌握处理原子、原子核和粒子物理学现象及问题的手段和方法，培养科学研究的方法。(5) 使学生了解无限分割的物质世界中的依次深入的不同结构层次，理解原子核的结构和基本性质、基本运动规律，初步了解基本粒子的各种基本知识；(7)结合

3、一些物理学史介绍，使学生了解物理学家对物理结构的实验理论再实验再理论的无限认识过程，了解微观物理学对现代科学技术重大影响和各种应用，并为以后继续学习量子力学和有关课程打下基础。主要内容、重点及深度：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。它主要研究：原子的电子结构；原子光谱；原子之间或与其他物质的碰撞过程和相互作用。三、教学内容和要求原子的位形：卢瑟福模型（6学时）1.1 背景知识（2学时） （1）了解背景知识；（2）理解卢瑟福模型的提出；重点：原子的核式模型。难点：卢瑟福散射实验。1.2 卢瑟福散射公式（2学时）（1）了解卢瑟福散射公式的实验验证；（2）理解卢瑟福散射公式

4、；重点：卢瑟福散射公式。难点：卢瑟福散射公式。1.3 行星模型（2学时）（1）了解行星模型的意义及困难。重点：行星模型的意义。难点：行星模型的困难。原子的量子态：波尔模型（10学时）2.1 背景知识（2学时）（1）了解背景知识；重点：黑体辐射与光电效应。难点：光谱。2.2 波尔模型（2学时）（1）掌握波尔理论；重点：定态条件、频率条件。难点：角动量量子化。2.3 实验验证之一：光谱（2学时）（1）理解氢光谱；（2）理解类氢光谱；（3）掌握里德伯常数的推导；重点：氢光谱。难点：德伯常数的推导。2.4 理解实验验证之二：夫兰克-赫兹实验（2学时）（1）理解夫兰克-赫兹实验重点：夫兰克-赫兹实验。难

5、点：夫兰克-赫兹实验。2.5 波尔模型的推广（2学时）（1）理解波尔模型的推广。（2）掌握碱金属原子的光谱重点：波尔模型的推广难点：碱金属原子的光谱第三章 量子力学导论(8学时)3.1 波尔理论的困难(2学时)（1）了解波尔理论的困难；重点：波尔理论的困难难点：波尔理论的困难3.2 波粒两象性和不确定关系(2学时)（1）理解波粒两象性；（2）理解不确定关系；重点：戴维孙-革末实验难点：不确定关系的导出3.3 波函数和薛定谔方程(2学时)（1）理解波函数及其统计诠释；（2）掌握薛定谔方程；重点：波函数、态叠加原理、定态薛定谔方程难点：薛定谔方程的导出3.4 平均值与算符及氢原子的薛定鄂方程解（1

6、）理解平均值与算符；（2）理解氢原子的薛定鄂方程解。重点：量子力学对氢原子的描述及三个量子数。难点：量子力学对氢原子的描述。第四章 原子的精细结构：电子的自旋(12学时)4.1 原子中电子轨道运动的磁矩(3学时)（1）了解经典表示式（2）理解量子表示式（3）掌握角动量取向量子化重点：角动量取向量子化。难点：角动量取向量子化。4.2 斯特恩-盖拉赫实验(2学时)（1）理解斯特恩-盖拉赫实验重点：斯特恩-盖拉赫实验现象。难点：斯特恩-盖拉赫实验解释。4.3 电子自旋的假设(2学时)（1）理解电子自旋的假设（2）掌握朗德g因子的计算重点：电子自旋的假设。难点：朗德g因子的计算。4.4 碱金属双线(2

7、学时)（1）理解碱金属谱线的精细结构（2）理解自旋-轨道相互作用重点：碱金属谱线的精细结构。难点：自旋-轨道相互作用。4.5 塞曼效应(3学时)（1）了解塞曼谱线的偏振特征（2）掌握正常塞曼效应（3）掌握反常塞曼效应重点：塞曼效应（正常、反常）。难点：塞曼效应（正常、反常）及谱线偏振特性的解释。第五章 多电子原子：泡利原理(8学时)5.1 氦的光谱和能级(1学时)（1）理解氦的光谱；（2）理解氦的能级；重点：氦的光谱和能级。难点：氦的光谱和能级。5.2 两个电子的耦合(3学时)（1）理解电子的组态（2）掌握L-S和j-j耦合（3）掌握选择规则重点：L-S和j-j耦合和选择规则。难点：两个电子的

8、L-S和j-j耦合。5.3 泡利不相容原理(2学时)（1）理解泡利不相容原理；（2）理解同科电子合成的状态；重点：泡利不相容原理。难点：同科电子原子态的确定。5.4 元素周期表(2学时)（1）了解壳层中电子的数目；（2）理解元素周期表；（3）理解电子组态的能量；重点：元素周期表。难点：电子组态的能量的理解。第六章 X射线(4学时)6.1 X射线的发现及产生机制（1）了解X射线的发现及其波动性（2）理解X射线产生的机制重点：射线连续谱与标识谱及产生机制。难点：X射线的标识谱产生的机制。6.2 康普顿效应和X射线的吸收（1）掌握康普顿效应（2）了解X射线的吸收重点：康普顿散射。难点：X射线的吸收。四、课程考核（1）作业等：作业：5次。（2）考核方式：闭卷考试（3）