《原子物理》课程教学大纲

《原子物理》教学大纲课程名称：原子物理学英文名称：AtomicPhysics课程编号：F047091551学分：3总学时/课内实践学时：48/0课程性质：必修课程开课单位：数理科学与工程学院应用物理系基层教学组织适应对象：应用物理学专业课程简介《原子物理》是为物理学专业学生开设的基础必修课。通过本课程的学习，力图使学生初步建立描述微观世界的物理图像，理解适应微观世界的新概念，掌握处理微观世界物理问题的新方法，全面系统地了解微观世界的基本规律。教学以理论讲授为主，针对实际情况，对内容加以选择，让学生既能较全面，又能较深刻地理解和掌握。课程教学中，要结合有关内容，适当将一些背景材料和物理学史引入教学，以利于加深对新知识的理解和把握。通过介绍物理学家在解决经典物理学应用于微观粒子体系遇到困难时的大胆探索、勇于出新的思想脉络，使学生受到创新意识和创新精神方面的熏陶和教育，提高学生分析问题和解决问题的能力。AtomicPhysicsisafundamentalcompulsorycoursedesignedforstudentsmajoringinphysics.Throughthestudyofthiscourse,theaimistoenablestudentstoinitiallyestablishphysicalimagesthatdescribethemicroscopicworld,understandnewconceptsthatadapttothemicroscopicworld,masternewmethodsfordealingwithphysicalproblemsinthemicroscopicworld,andcomprehensivelyandsystematicallyunderstandthebasiclawsofthemicroscopicworld.Teachingfocusesontheoreticallectures,selectingcontentbasedonactualsituations,allowingstudentstohaveamorecomprehensiveandprofoundunderstandingandmastery.Incourseteaching,itisnecessarytocombinerelevantcontentandappropriatelyintroducesomebackgroundmaterialsandphysicshistoryintotheteaching,inordertodeepentheunderstandingandgraspofnewknowledge.Byintroducingphysicists'boldexplorationandcouragetocomeupwithnewideaswhensolvingdifficultiesinapplyingclassicalphysicstomicroscopicparticlesystems,studentsarenurturedandeducatedininnovativeconsciousnessandspirit,andtheirabilitytoanalyzeandsolveproblemsisimproved.课程目标1.强化科学伦理教育，注重科学思维方法训练和科学精神培养，提高学生分析问题和解决问题的的能力，激发学生科技报国的家国情怀和使命担当。2.掌握原子的静态性质。了解氢原子及类氢离子光谱规律，掌握玻尔理论的要点，能够画氢原子能级跃迁图。3.理解电子自旋与轨道运动的相互作用和单电子原子态符号，能够画出碱金属原子能级跃迁图。了解两个价电子的耦合方法并能够画出相应的能级跃迁简图。4.理解原子在外磁场中附加能量公式，并能用来解释原子能级在外磁场中分裂现象；会用量子理论对塞曼效应作出解释，能进行塞曼谱线的波数计算。5.理解并掌握电子填充原子壳层的原则；能正确写出原子基态的电子组态。1.Strengthenscientificethicseducation,focusontrainingscientificthinkingmethodsandcultivatingscientificspirit,improvestudents'abilitytoanalyzeandsolveproblems,andstimulatetheirpatriotismandmissiontoservethecountrythroughscienceandtechnology.2.Masterthestaticpropertiesofatoms.Understandthespectralpatternsofhydrogenatomsandhydrogenlikeions,masterthekeypointsofBohr'stheory,andbeabletodrawenergyleveltransitiondiagramsofhydrogenatoms.3.Understandtheinteractionbetweenelectronspinandorbitalmotion,aswellasthesingleelectronatomicstatesymbol,andbeabletodrawenergyleveltransitiondiagramsforalkalimetalatoms.Understandthecouplingmethodoftwovalenceelectronsandbeabletodrawcorrespondingenergyleveltransitiondiagrams.4.Understandtheformulafortheadditionalenergyofatomsinanexternalmagneticfield,andbeabletoexplainthephenomenonofatomicenergylevelsplittinginanexternalmagneticfield;explaintheZeemaneffectusingquantumtheoryandcalculatethewavenumberofZeemanspectrallines.5.Understandandmastertheprincipleofelectronfillingatomicshells;accuratelywritetheelectronicconfigurationoftheatomicgroundstate.三、课程目标与毕业要求对应关系本课程的课程目标对应用物理学专业毕业要求指标点的支撑情况如表1所示：表1课程目标与毕业要求对应关系毕业要求指标点课程目标毕业要求1：1-①具有科学的世界观，较系统和完整地掌握物理学的基本理论、基本知识和基本技能以及所需的数学、计算机、电工电子学等方面的基础知识。对物理学相关专业方向前沿、发展动态、应用前景有所了解；1-④了解物理学的理论前沿、应用前景和最新发展，相关产业的发展状况；1、2、3、4、5、毕业要求2：2-①具备获取自学能力、获取和加工处理信息的能力，具有一定的批判性思维能力；2-④熟悉科学研究的基本规律，具备基本的科学研究、实验能力，能够利用本专业学习的知识分析和解决本专业领域生产实践中的基本问题；1、2、3、4、5、毕业要求3：3-①具有科学思维方法、科学精神、创新意识，具有一定的技术创新和应用意识及工程技术素养；3-②具备通过自我学习在本专业相关交叉学科工作的科学技术素质；3-③具有良好的社会价值观，能够独立处理生活、学习和以后工作中的各种问题；3-④具有较好的人文艺术修养和社会科学技术基础，具备必要的社会责任感；3-⑤德智体美劳全面发展，善于与人沟通，具有团队合作精神。1、2、3、4、5、课程教学安排课程共有九项项教学内容，具体安排如下。表2：课程教学安排表序号教学内容思政元素课堂教学学时实验/实践教学学时学时小计1了解原子物理学与量子力学的研究对象。爱国主义情操1012掌握原子的静态性质。5053了解氢原子及类氢离子光谱规律，掌握玻尔理论的要点，能够画氢原子能级跃迁图。人文知识、思辨能力100104了解量子力学的几个基本概念。2025理解电子自旋与轨道运动的相互作用和单电子原子态符号，能够画出碱金属原子能级跃迁图。创新意识和创新精神100106了解两个价电子的耦合方法并能够画出相应的能级跃迁简图。8087理解原子在外磁场中附加能量公式，并能用来解释原子能级在外磁场中分裂现象；会用量子理论对塞曼效应作出解释，能进行塞曼谱线的波数计算。6068理解并掌握电子填充原子壳层的原则；能正确写出原子基态的电子组态。4049了解X射线22合计48048教学安排绪论教学要求：了解《原子物理学》课程特点，授课内容综述概况，基本的学习方法。教学内容：1.原子物理学的地位与作用；2.原子物理学的基本内容及研究前景；3.原子物理学的学习方法、教学要求；4.参考读物。重点难点：无原子的基本状况教学要求：掌握原子的静态性质；了解电子的发现、α粒子散射实验等实验事实；掌握库仑散射公式和卢瑟福散射公式的推导、原子核大小的估计和原子的核式结构。教学内容：1.原子的质量和大小；2.原子的核式结构。重点难点：原子质量和大小的量级；卢瑟福散射公式；原子的核式模型。原子的能级和辐射教学要求：了解氢原子及类氢离子光谱规律及及类氢离子光谱线系公式；掌握玻尔理论的要点，会画能级跃迁图；理解夫兰克—赫兹实验原理、方法及结论；一般了解萦末菲量子化条件及应用；理解量子化这一新的规律，学习这一规律提出中物理学家的大胆探索和创新精神。教学内容：1.光谱；2.氢原子光谱；3.玻尔氢原子理论；4.类氢离子光谱；5.夫兰克-赫兹实验与原子能级；6.量子化通则；8.史特恩-盖拉赫试验与原子空间取向的量子化。重点难点：玻尔氢原子理论；量子化、量子数、跃迁等概念及重要性；夫兰克—赫兹实验原理、方法及结论。量子力学初步教学要求：了解量子力学的几个基本概念。教学内容：1.物质的二象性；2.不确定关系；3.波函数及其物理意义；4.量子力学对氢原子的描述。重点难点：德布罗意假设和微观粒子的波粒二象性、波函数的统计诠释、不确定关系、量子力学对氢原子的描述及三个量子数n、l、m。碱金属原子和电子自旋教学要求：了解碱金属原子能级和光谱的一般特性；理解原子实极化与轨道贯穿的作用；掌握电子自旋概念与自旋量子数的意义；了解角动量耦合方法，理解电子自旋与轨道运动的相互作用；了解光谱精细结构形成的物理本质；掌握单电子原子态符号描述了解单电子跃迁选择定则。教学内容：1.碱金属原子光谱；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。重点难点：碱金属原子光谱、电子自旋、单电子角动量的合成、四个量子数、单电子跃迁选择定则、光谱的精细结构。多电子原子教学要求：了解两个价电子的耦合方法、氦和碱土金属原子态的推求，并能够画出相应的能级跃迁简图；掌握泡利不相容原理和辐射跃迁的选择定则。教学内容：1.碱土金属光谱和能级；2.两价原子的原子态；3.泡利原理；4.复杂原子光谱的一般规律；5.辐射跃迁的选择定则。重点难点：L-S耦合、J-J耦合；洪特规则和朗德间隔定则；多电子原子的光谱、能级图和原子态；泡利原理和同科电子原子态的确定；辐射跃迁的普用选择定则。在磁场中的原子教学要求：了解原子磁矩概念和有关计算；理解原子在外磁场中附加能量公式，并能用来解释原子能级在外磁场中分裂现象；正确解释史特恩——盖拉赫实验的结果；会用量子理论对塞曼效应作出解释，能进行塞曼谱线的波数计算。教学内容：1.原子的磁矩；2.外磁场对原子的作用；3.史特恩-盖拉赫实验结果；4.塞曼效应。重点难点：原子磁矩、原子能级在磁场中的分裂、塞曼效应、史特恩-盖拉赫实验结果的分析。原子的壳层结构教学要求：了解元素周期表的结构，理解玻尔对元素周期表的物理解释；理解并掌握电子填充原子壳层的原则；能正确写出原子基态的电子组态，并求出其基态的原子态符号；了解电子填充壳层时出现能级交错的原因。。教学内容：1.元素性质的周期性变化；2.原子的电子壳层结