《原子物理学》教学大纲

原子物理学课程教学大纲课程的基本信息适应对象：物理学专业的本科生课程代码：16E00614课时分配：54课时赋予学分：3学分先修课程：力学、热学、电磁学、光学后续课程：量子力学、固体物理课程的性质与任务本课程为物理学专业学生必修基础课程之一，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、原子核及基本粒子的结构与运动规律，解释它们的宏观性质。通过本课程的学习，使学生掌握原子的结构与性质及有关问题，并为量子力学的学习打好基础。三、教学目的与要求通过本课程的学习，使学生能够熟练掌握原子物理学的基本原理、基本概念和基本规律，掌握原子和原子核的结构、运动规律和研究方法，培养学生分析问题和解决问题的能力。同时，结合一些物理学史的介绍，使学生了解如何由分析物理实验结果出发、建立物理模型，进而建立物理理论体系的过程，了解微观物理学对现代科学技术重大影响和各种应用，了解并适当涉及正在发展的学科前沿，扩大视野，引导学生勇于思考、乐于探索发现，培养其良好的科学素质。四、教学内容与安排绪论（1课时）教学内容：原子物理学的发展史原子物理学的地位与作用学习本课程方法教学要求：了解原子物理学的发展简史、原子物理学的地位与作用；掌握原子物理学的学习方法；了解原子物理学的基本内容及参考文献第一章原子的基本状况（4课时）教学内容：1、原子的质量和大小2、原子的核式结构3、同位素教学要求：1、掌握原子的大小和质量以及原子的核式结构，散射截面及其物理意义，同位素的概念。2、理解库仑散射公式和卢瑟福散射公式的推导。第二章原子的能级和辐射（14课时）教学内容：1、光谱2、氢原子的光谱和原子光谱的一般情况3、玻尔的氢原子理论和关于原子的普遍规律4、类氢离子的光谱5、夫兰克—赫兹实验与原子能级6、量子化通则7、电子的椭圆轨道与氢原子能量的相对论效应8、史特恩-盖拉赫实验与原子空间取向的量子化9、原子的激发与辐射激光原理10、对应原理和玻尔理论的地位教学要求：1、掌握氢原子光谱的实验规律，类氢离子光谱各线系的规律，量子化通则；2、掌握三类光谱及其发光源，氢原子光谱各线系的规律，类氢离子光谱各线系的规律，电离、第一电离电势的概念。3、理解玻尔的氢原子理论，里德伯常数的变化，索末菲电子的椭圆轨道理论，量子化通则，激光原理。4、了解玻尔理论的历史地位和缺陷，玻尔理论与量子力学主要结论的对比。第四章碱金属原子和电子自旋（11课时）教学内容：1、碱金属原子的光谱2、原子实的极化和轨道的贯穿3、碱金属原子光谱的精细结构4、电子自旋与轨道运动之间的相互作用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教学要求：1、掌握碱金属原子光谱的实验规律，单电子跃迁的选择定则；2、掌握碱金属原子的光谱项、能级、量子亏损、有效量子数，原子实的概念，电子自旋角动量与自旋磁矩，碱金属光谱精细结构的解释，碱金属原子状态的描述，单电子跃迁的选择定则。3、理解原子实极化和轨道贯穿对碱金属原子能级、光谱的影响，电子自旋与轨道运动之间的相互作用。4、了解氢原子光谱的研究进展。第五章多电子原子（8课时）教学内容：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、复杂原子光谱的一半规律5、辐射跃迁的普用选择定则教学要求：1、掌握角动量的L—S耦合，L—S耦合中的选择定则，角动量的j—j耦合；2、掌握两个价电子原子光谱和能级的一般规律，角动量的L—S耦合和j—j耦合，泡利不相容原理与同科电子合成，辐射跃迁的普用选择定则。3、理解激光原理第六章在磁场中的原子（8课时）教学内容：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、顺磁性和铁磁性教学要求：1、掌握原子能级在外磁场中的分裂，塞曼效应及塞曼跃迁；2、掌握原子的磁矩，不同耦合下朗德g因子的表达式，原子能级在外磁场中的分裂，塞曼效应及塞曼跃迁。3、理解原子受磁场作用的附加能量的推导过程，史特恩-盖拉赫实验的理论，塞曼效应的理论解释。4、了解抗磁性、顺磁性和铁磁性。第七章原子的壳层结构（4课时）教学内容：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教学要求：掌握描述电子的量子数和原子态的方法，各壳层可以容纳的电子数的计算。理解元素性质的周期性与电子的壳层排布的关系。第八章X射线（4课时）教学内容：1、X射线的产生及波长和强度的测量2、X射线的发射谱3、同X射线相关的原子能级教学要求：1、掌握X射线的概念，X射线的连续谱与标识谱的特征和产生的机制。2、了解X射线的产生机理及波长的计算，康普顿散射效应。五、教学设备和设施多媒体教学设备六、课程考核与评估考核方式：闭卷考试，评估以期评成绩为准。期评成绩（100%）=考勤(占10%)+平时作业(占20%)+期末考试(占70%)。免修的本科学生的“期评成绩等于其期考成绩”。七、教材及主