1、1原子物理学教学大纲课程编号：10200010学 时：48 学 分：3课程类别：专业平台课面向对象：物理学专业本科学生课程英文名称：Atomic Physics 一、课程的任务和目的任务：物理学是研究物质运动的最一般规律和物质基本结构的科学。原子物理学，作为物理学的一个分支，是研究物质的微观结构及其运动规律的一门学科。原子物理学是物理学专业的一门专业基础课程，它既可作为普通物理学的最后一部分，又可看作学习近代物理的开始。通过对本课程的学习，激发学生学习近代物理的浓厚兴趣，帮助学生树立辩证唯物主义的世界观，培养学生分析问题、解决问题的能力以及创新精神，提高学生的科学素养。目的：通过本课程的学习，
2、使学生对物质的微观结构及微观世界的物质运动和变化规律有一个初步的了解，对原子物理学的重要概念、基本规律和基本理论有比较系统的认识和正确的理解，对近代物理的产生和发展有清晰的认识，从而为学习后继课程量子力学打下坚实的基础。二、课程教学内容与要求（一） 原子的基本状况（3 学时）1教学内容和要求（1）了解 粒子散射实验对认识原子结构的作用，掌握 粒子散射实验的意义；（2）掌握原子的核式结构；（3）掌握卢瑟福 粒子散射理论；（4）掌握估计原子核大小的计算公式。2教学重点：原子的核式结构模型和卢瑟福的 粒子散射理论。3教学难点：卢瑟福散射公式的推导。（二） 原子的能级和辐射（6 学时）1教学内容和要求
3、2（1）掌握氢原子光谱的实验规律，了解玻尔理论产生的历史背景；（2）掌握氢原子的玻尔理论，建立正确的量子化概念，了解索末菲对玻尔理论的推广；（3）能正确解释夫兰克-赫兹的实验；（4）掌握量子化通则及角动量空间量子化的概念。2教学重点：氢原子的玻尔理论；能量量子化以及角动量空间量子化的概念。3教学难点：玻尔理论的索末菲推广；角动量空间量子化的概念。（三） 碱金属原子和电子自旋（5 学时）1教学内容和要求（1）掌握碱金属原子光谱的实验规律，能用原子实的极化和价电子的轨道贯穿效应理解碱金属原子的能级；（2）建立电子自旋的概念，拓展对原子结构的认识；（3）能正确解释史特恩-盖拉赫实验；（4）掌握碱金属
4、光谱的精细结构的成因。2教学重点：碱金属原子光谱的四个线系；电子自旋的概念；碱金属光谱的精细结构的成因。3教学难点：原子实极化和轨道贯穿效应；电子自旋运动的正确理解；史特恩-盖拉赫实验的确切解释；碱金属能级的双线结构。（四）多电子原子及壳层结构（7 学时）1教学内容和要求（1）掌握角动量耦合的意义以及角动量耦合的一般规律；（2）掌握 LS 耦合方法及原子态表示，能应用洪特定则、朗德间隔定则作出能级图；（3）了解 耦合方法及原子态表示；j（4）掌握辐射跃迁的总前提及选择定则，并能作出谱线跃迁图；（5）掌握泡里不相容原理；（6）掌握同科电子的概念，并了解其形成原子态的方法；（7）理解原子的壳层结构
5、，能计算支壳层和主壳层的最大电子数；（8）掌握电子填充的一般次序，并能确定原子的基态原子态。32教学重点：角动量耦合的一般规律；LS 耦合方法及原子态符号；泡里不相容原理；原子中次壳层和主壳层可容纳的最大电子数；基态原子组态和基态原子态。3教学难点：对辐射跃迁的总前提和同科电子形成原子态的方法的理解。（五） 在磁场中的原子（4 学时）1教学内容和要求（1）掌握原子的有效磁矩的概念并能计算原子的有效磁矩；（2）掌握塞曼分裂能级，并了解其分裂的原因；（3）定量计算塞曼效应中谱线的分裂，并能作出能级跃迁图；（4）了解塞曼效应中谱线的偏振特性。2教学重点：原子的有效磁矩的概念及其定量计算；塞曼效应中谱
6、线分裂的定量计算及能级跃迁图。3教学难点：塞曼效应中谱线的偏振特性的理解。（六） X 射线（3 学时）1教学内容和要求（1）掌握 X 射线连续谱和特征谱各自产生的原因以及它们的主要特征；（2）掌握俄歇效应；（3）了解 X 射线与物质相互作用的三种主要机制；（4）理解莫塞莱定律的物理实质；（5）了解 X 射线的吸收和 X 射线在晶体中的衍射。2教学重点：X 射线两种谱产生的原因及其主要特征；俄歇效应。3教学难点：X 射线在晶体中的衍射。（七） 原子核的性质和结构（6 学时）1教学内容和要求（1）掌握原子核的基本性质；（2）掌握核的结合能、比结合能的概念及计算；（3）理解获得原子能的途径；（4）掌
7、握核力的性质及核力的介子理论；（5）了解原子核的液滴模型和壳层模型提出的依据，并且能够应用这些模型说明一些核现象。2教学重点：原子核的基本性质以及结合能等概念；核力的性质及核力的介子理论。43教学难点：用壳层模型说明核的基态自旋和宇称。（八） 原子核的放射性衰变（4 学时）1教学内容和要求（1）掌握放射性衰变的基本规律，理解衰变常数、半衰期和平均寿命的物理意义，能应用衰变方程等公式进行具体计算；（2）掌握放射系和放射性活度的意义及计算；（3）掌握 、 衰变的类型、条件、衰变能和衰变机制；（4）了解穆斯堡效应和核磁共振现象。2教学重点：放射性衰变的基本规律及定量计算；三种衰变的类型、条件、衰变能
8、和衰变机制。3教学难点：、 衰变的条件和衰变能。（九） 核反应（6 学时）1教学内容和要求（1）掌握核反应的一般规律；（2）掌握核反应的反应能、阈能的概念和计算；（3）了解核反应的主要机制和反应截面；（4）了解核的裂变反应和聚变反应的基本特点和条件；（5）了解探测器和加速器的基本原理及在核物理实验中的重要作用。2教学重点：核反应的基本规律以及反应能、阈能的计算。3教学难点：阈能概念的理解和计算公式的导出。（十） 粒子物理（4 学时）1教学内容和要求（1）熟悉粒子的相互作用分类和四种相互作用的一般特征；（2）了解对称性和守恒律在研究粒子中的作用，并掌握宇称、同位旋等概念；（3）能根据守恒定律和相
9、互作用的特点初步判断反应能否进行以及属于何种相互作用；（4）了解强子结构的夸克（层子）模型。2教学重点：粒子的相互作用分类和四种相互作用的特征；引入重子数、轻子数和奇异数等判断反应能否进行，并能区分是何种相互作用。3教学难点：宇称和同位旋等概念的理解。5三、对学生能力和素质培养的要求1 通过本课程的学习，逐步培养学生树立辩证唯物主义的世界观以及严谨求实的作风，崇尚科学、追求真理；2 原子物理学发展的历史充分说明了实践是检验真理的标准，真理是相对性的，通过学习，使学生增强实践是检验真理的唯一标准这一信念，正确理解认识逐步深化、逐步完善；3 原子物理学是一门实验科学，通过学习，可以培养学生对实验的
10、重视以及尊重实验结果的科学态度；4 通过学习原子物理学发展的历史和近代物理学史，进一步激发学生的求知欲望，培养学生的创新能力以及敢于向旧观念挑战的勇气。四、学时分配总学时 48 学时，其中理论 48 学时，实验 0 学时，分配如下：教学内容 理论学时 实验学时 合计原子的基本状况 3 0 3原子的能级和辐射 6 0 6碱金属原子和电子自旋 5 0 5多电子原子及壳层结构 7 0 7在磁场中的原子 4 0 4X 射线 3 0 3原子核的性质和结构 6 0 6原子核的放射性衰变 4 0 4核反应 6 0 6粒子物理 4 0 4合计 48 0 48六、与各课程的联系本课程的先修课程是力学、热学、电磁
11、学、光学、理论力学，后续课程是量子力学等。七、考核方式本课程的考核方式是平时考核和期中、期末考试组成，平时考核为上课出勤率、平时作业情况等组成，期中、期末考试采取闭卷考试，考试内容范围是上述所列内容之内。平时作业占 20%，期中考试占 20%，期末考试占 60%。若没有期中考试，则平时成绩占 30%，期末考试占 70%。八、教材与参考书教 材：褚圣麟编 原子物理学 北京：人民教育出版社 1997 年 7 月，（1987 年获全国优秀教材一等奖）6参考书： 1 杨福家著原子物理学北京：高等教育出版社 （第二版）1990 年 4 月（1987 年获获全国优秀教材优秀奖）2 曾谨言编著量子力学（上、下册） 北京：科学出版社1982 年 10 月3 陈宏芳编原子物理学合肥：中国科技大学出版社2001 年 8 月执笔人：俞 军 审核人：刘成周 教学院长：楼智美 院长：王建平
