1、原子物理學Atomic Physics一、課程基本情況課程類別：學科基礎課課程學分： 3學分課程總學時：48學時，其中講課：45學時，其中考試2學時，習題課1學時。課程性質：必修開課學期：第4學期先修課程：力學、電磁學、高等數學等適用專業：物理學、應用物理學、光科教 材：原子物理學，高等教育出版社，楊福家，2008年第四版開課單位：物理與光電工程學院光電工程系二、課程性質、教學目標和任務課程性質：原子物理是物理專業必修的一門專業基礎課，主要研究原子、原子核的結構和性質，是研究物質微觀結構的一門科學。教學目標：著重從物理實驗規律出發，引進近代物理關于微觀世界的重要概念和原理，探討原子、原子核及基

2、本粒子的結構和運動規律，解釋它們的宏觀性質以及在現代科學技術上的重大應用。本課程強調物理實驗的分析、微觀物理概念和物理圖象的建立和理解。教學任務：(1)了解原子物理學發展的歷程，培養科學研究的素質，加深對辯證唯物主義的理解。(2)了解原子所研究的內容和前沿研究領域的概況，培養有現代意識、有遠見的新一代大學生。(3)掌握原子的基本概念和基本規律，培養掌握科學知識的方法。(4)掌握處理原子、原子核和粒子物理學現象及問題的手段和方法，培養科學研究的方法。(5) 使學生了解無限分割的物質世界中的依次深入的不同結構層次，理解原子核的結構和基本性質、基本運動規律，初步了解基本粒子的各種基本知識；(7)結合

3、一些物理學史介紹，使學生了解物理學家對物理結構的實驗理論再實驗再理論的無限認識過程，了解微觀物理學對現代科學技術重大影響和各種應用，并為以后繼續學習量子力學和有關課程打下基礎。主要內容、重點及深度：原子物理學是研究原子的結構、運動規律及相互作用的物理學分支。它主要研究：原子的電子結構；原子光譜；原子之間或與其他物質的碰撞過程和相互作用。三、教學內容和要求原子的位形：盧瑟福模型（6學時）1.1 背景知識（2學時） （1）了解背景知識；（2）理解盧瑟福模型的提出；重點：原子的核式模型。難點：盧瑟福散射實驗。1.2 盧瑟福散射公式（2學時）（1）了解盧瑟福散射公式的實驗驗證；（2）理解盧瑟福散射公式

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

5、點：夫蘭克-赫茲實驗。2.5 波爾模型的推廣（2學時）（1）理解波爾模型的推廣。（2）掌握堿金屬原子的光譜重點：波爾模型的推廣難點：堿金屬原子的光譜第三章 量子力學導論(8學時)3.1 波爾理論的困難(2學時)（1）了解波爾理論的困難；重點：波爾理論的困難難點：波爾理論的困難3.2 波粒兩象性和不確定關系(2學時)（1）理解波粒兩象性；（2）理解不確定關系；重點：戴維孫-革末實驗難點：不確定關系的導出3.3 波函數和薛定諤方程(2學時)（1）理解波函數及其統計詮釋；（2）掌握薛定諤方程；重點：波函數、態疊加原理、定態薛定諤方程難點：薛定諤方程的導出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：量子力學對氫原子的描述及三個量子數。難點：量子力學對氫原子的描述。第四章 原子的精細結構：電子的自旋(12學時)4.1 原子中電子軌道運動的磁矩(3學時)（1）了解經典表示式（2）理解量子表示式（3）掌握角動量取向量子化重點：角動量取向量子化。難點：角動量取向量子化。4.2 斯特恩-蓋拉赫實驗(2學時)（1）理解斯特恩-蓋拉赫實驗重點：斯特恩-蓋拉赫實驗現象。難點：斯特恩-蓋拉赫實驗解釋。4.3 電子自旋的假設(2學時)（1）理解電子自旋的假設（2）掌握朗德g因子的計算重點：電子自旋的假設。難點：朗德g因子的計算。4.4 堿金屬雙線(2

7、學時)（1）理解堿金屬譜線的精細結構（2）理解自旋-軌道相互作用重點：堿金屬譜線的精細結構。難點：自旋-軌道相互作用。4.5 塞曼效應(3學時)（1）了解塞曼譜線的偏振特征（2）掌握正常塞曼效應（3）掌握反常塞曼效應重點：塞曼效應（正常、反常）。難點：塞曼效應（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學時)5.1 氦的光譜和能級(1學時)（1）理解氦的光譜；（2）理解氦的能級；重點：氦的光譜和能級。難點：氦的光譜和能級。5.2 兩個電子的耦合(3學時)（1）理解電子的組態（2）掌握L-S和j-j耦合（3）掌握選擇規則重點：L-S和j-j耦合和選擇規則。難點：兩個電子的

8、L-S和j-j耦合。5.3 泡利不相容原理(2學時)（1）理解泡利不相容原理；（2）理解同科電子合成的狀態；重點：泡利不相容原理。難點：同科電子原子態的確定。5.4 元素周期表(2學時)（1）了解殼層中電子的數目；（2）理解元素周期表；（3）理解電子組態的能量；重點：元素周期表。難點：電子組態的能量的理解。第六章 X射線(4學時)6.1 X射線的發現及產生機制（1）了解X射線的發現及其波動性（2）理解X射線產生的機制重點：射線連續譜與標識譜及產生機制。難點：X射線的標識譜產生的機制。6.2 康普頓效應和X射線的吸收（1）掌握康普頓效應（2）了解X射線的吸收重點：康普頓散射。難點：X射線的吸收。四、課程考核（1）作業等：作業：5次。（2）考核方式：閉卷考試（3）