《原子物理学》教学大纲

《原子物理学》教学大纲课程编号：10180231英文名称：AtomicPhysics学分：3学时：总学时48学时，其中理论48学时，实践0学时先修课程：高等数学、普通物理学1、普通物理学2课程类别：专业拓展课程授课对象：科学教育专业物理模块学生教学单位：数理信息学院修读学期：第4学期一、课程描述和目标本课程着重从物理实验规律出发，引进近代物理中关于微观世界的重要概念和原理，探讨原子及原子核的结构、性质、相互作用及运动规律，介绍原子物理在现代科学技术上的重大应用。通过本课程的教学，学生将建立微观世界的物理图象和物理概念；对重要实验现象以及理论体系逐步完善过程的分析过程，将培养学生分析问题和解决问题的能力，锻炼学生的创新精神，提高学生的科学素养。本课程拟达到的课程目标:课程目标1：学生理解原子的结构和运动规律，了解物质世界的原子特性，原子层次的基本相互作用，为今后继续学习量子力学等课程打下基础。课程目标2：学生学会运用原子物理学中的物理规律和研究方法分析问题和解决问题，学会构建物理模型并通过实验结果做出理论预测。课程目标3：学生学会通过自学扩大知识面和视野，培养自学习惯和能力，发掘勇于思考，乐于探索的精神，培养良好的科学素质，树立辩证唯物主义世界观，培养求实求真的精神，培养爱国热情和探索未知、勇攀高峰的责任感和使命感。二、课程目标对毕业要求的支撑关系毕业要求指标点课程目标权重指标点3-1学科知识：理解自然科学知识体系，扎实掌握物质科学、生命科学以及地球与宇宙科学等领域的基本概念和科学定律，理解科学探究的过程与方法，掌握模型建构、归纳与演绎、分类、演化等科学思维方式。课程目标1课程目标2课程目标3H指标点3-4知识运用：理解科学、技术、社会以及环境的相互关系，了解科学学科与社会实践的关系，以及与其他学科的联系，具备运用科学知识和方法分析和解决实际问题的能力。课程目标2课程目标3M三、教学内容、基本要求与学时分配序号教学内容基本要求及重、难点（含德育要求）学时教学方式对应课程目标1第一章绪论原子物理学简史；本课程特点与教学方法；教学要求与课程安排。基本要求：了解原子物理学研究内容和历史发展，认识原子物理学的地位与作用。重点：原子物理学的发展过程。难点：原子物理学的研究方法和特点。德育要求：让学生了解原子物理学的基础性、前沿性和创新性，感受其中自然观与方法论的有机融合，培养执着探索、追求真理、质疑批判的科学精神。2课程讲授小组讨论课程目标1课程目标2课程目标32第二章原子的基本状况原子的质量和大小；粒子散射实验和原子的核式结构；同位素。基本要求：了解原子的质量和大小；掌握粒子散射实验和原子的核式结构；理解同位素。重点：原子的核式模型及实验基础。难点：卢瑟福散射公式及散射截面。德育要求：培养学生通过学习原子结构揭示原子间的本质联系。让学生善于透过现象看本质，善于抓住事物的根本和关键。4课堂讲授小组讨论课程目标1课程目标2课程目标33第三章原子的能级和辐射氢原子光谱的规律；玻尔的氢原子理论；类氢离子的光谱；夫兰克—赫兹实验；量子化通则；史特恩—盖拉赫实验；对应原理。基本要求：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；掌握氢原子的玻尔理论，建立正确的量子化概念；理解夫兰克-赫兹的实验；掌握量子化通则及角动量空间量子化的概念；理解原子空间取向的量子化；认识对应原理。重点：氢原子的光谱和原子光谱的一般情况；玻尔的氢原子理论；类氢离子的光谱。难点：利用玻尔模型计算氢原子和类氢离子的光谱。德育要求：通过讲解玻尔提出的与经典理论相悖的假设，展现创新性思维的特征，让学生领略科学家打破成规的创新思维，领悟创新的内核。8课堂讲授视频教学线上交流课程目标1课程目标2课程目标34第四章量子力学的基本概念物质的波粒二象性；测不准原理；波函数及其物理意义；薛定谔波动方程；量子力学问题的几个简例。基本要求：认识物质的波粒二象性；理解测不准原理及其基本应用；理解波函数的基本概念及其统计解释；理解薛定鄂方程；初步应用薛定谔方程解题。重点：波粒二象性、德布罗依波假设；波函数的统计诠释，不确定关系概念的建立；用量子力学的思想和方法，解释和解决经典物理和半量子理论。难点：应用薛定谔方程求解波函数和本征值。德育要求：介绍我国科技工作者在量子通信和量子计算领域内的开创性工作，勉励学生为科技强国而努力学习，培养学生的爱国热情。6课堂讲授小组讨论课程目标1课程目标2课程目标35第五章碱金属原子和电子自旋碱金属原子光谱；原子实极化和轨道贯穿；碱金属原子光谱的精细结构；电子自旋同轨道运动的相互作用；单电子辐射跃迁选择定则。基本要求：掌握碱金属原子能级和光谱的一般特性，理解原子实极化和轨道贯穿效应；掌握电子自旋的概念和自旋量子数的意义。重点：电子自旋的概念及电子自旋同轨道运动的相互作用。难点：碱金属原子能级的分裂情况的分析。德育要求：自旋概念提出的历史中充分展现了创新意识和求实、求真的科学精神。4课堂讲授小组讨论课程目标1课程目标2课程目标36第六章多电子原子及原子的壳层结构氦及二族元素光谱和能级；具有两个价电子的原子态；泡利原理。辐射跃迁的普用选择定则；元素性质的周期性变化；原子的电子壳层结构；原子基态的电子组态。基本要求：熟练掌握两个价电子的耦合方法；掌握L-S耦合和j-j耦合的耦合方法及原子态表示，了解洪特定则、朗德间隔定则；掌握泡利不相容原理和辐射跃迁的选择定则；理解电子填充原子壳层的原则；正确写出原子基态的电子组态，并写出基态的原子态符号。重点：多电子原子的光谱、能级图和原子态。难点：多电子原子基态的确定，能级高低的判别。德育要求：从科学研究方法应用过程，帮助学生建立助同学们建立正确的科学观，包括科学精神、科学素养、科学方法。6课堂讲授视频学习线上交流课程目标1课程目标2课程目标37第七章磁场中的原子原子的磁矩；外磁场对原子的作用；史特恩—盖拉赫实验的结果；塞曼效应。基本要求：掌握原子磁矩的概念和有关计算；掌握原子在外磁场中附加能量公式；正确解释史特恩-盖拉赫实验的结果；理解塞曼效应，掌握在外磁场中能级分裂的原因；定量计算塞曼效应中谱线的分裂，并能作出能级跃迁图。重点：外磁场对原子的作用；史特恩-盖拉赫实验的结果；塞曼效应。难点：塞曼效应中谱线分裂的相关计算。德育要求：从科学研究方法应用过程，帮助学生建立正确的人生观、科学观和世界观。6课堂讲授小组讨论课程目标1课程目标2课程目标38第八章X射线X射线的产生及其波长；同X射线有关的原子能级；X射线的吸收；康普顿效应。基本要求：了解X射线的性质；掌握X射线连续谱和特征谱各自的特征及产生机制；理解莫塞莱定律的物理实质；了解物质对X射线吸收的规律；掌握康普顿效应。重点：X射线连续谱和特征谱的特征和产生机制。难点：利用莫塞莱定律计算X射线的特征谱。德育要求：介绍X线在医疗上的应用，让学生感受科技报国、创新为民的力量。4课堂讲授线上讨论课程目标1课程目标2课程目标39第九章简单分子结构分子键联；分子光谱与分子能级；双原子分子的电子态与振动光谱，转动光谱。基本要求：了解分子键联及其典型代表；理解分子光谱与分子能级；认识和理解双原子分子的电子态；理解和掌握双原子分子的振动光谱、转动结构。重点：理解振动能级和转动能级的概念和跃迁的选择定则。难点：双原子分子振动光谱和转动光谱的计算。德育要求：介绍分子光谱在生产生活上的应用，培养科技创新实现美好生活的社会责任感。2课堂讲授专题讨论课程目标1课程目标2课程目标310第十章原子核物理初步原子核的基本性质；核力的主要性质和核力的介子论；原子核的放射衰变；原子核反应；原子裂变和原子能；原子核的聚变和原子能利用的展望。基本要求：了解原子核的基本性质；掌握原子核结合能和比结合能的概念及计算；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，掌握α、β、γ衰变的规律；了解核力的性质；掌握核反应遵循的守恒定律、核反应中的反应能和阈能的计算；理解重核裂变和轻核聚变的机制，了解原子能的利用。重点：原子核结合能和比结合能、半衰期的概念和物理意义。难点：结合能、半衰期的计算。德育要求：介绍我国科学家核物理科学家将自己的聪明才智，无私奉献给祖国国防事业的两弹一星精神。6课程讲授视频教学线上讨论课程目标1课程目标2课程目标3合计48四、课程教学方法课堂集中讲授、小组讨论、线上教学、视频教学、习题课，慕课等教学方式五、学业评价和课程考核（一）考核方式及具体要求1.课程成绩构成与要求课程考核注重形成性和终结性评价相结合，考核内容主要由平时作业、课堂表现、章节测试、期末考核组成，均按百分制计分，其中期末考核成绩占50%、平时作业成绩占20%、课堂表现成绩占10%、章节测试成绩占20%。2.课程目标达成考核与评价序号教学环节课程目标1（分值）课程目标2（分值）课程目标3（分值）合计1平时作业1055202章节测试5510203课堂表现550104期末考试20151550课程目标对应分值403030100（二）考核与评价标准1.平时成绩考核与评价标准分值观测点90-100分70-89分60-69分0-59分作业按时完成，90%以上的作业内容齐全，基本知识点理解、掌握到位。按时完成，70%以上的作业内容齐全，基本知识点理解、掌握较到位。按时完成，60%以上的作业内容齐全，基本知识点理解、掌握基本到位。不交和补交，50%以下的作业内容齐全，基本知识点理解、掌握有偏差。2.章节测试与评价标准章节测试根据测试题目及评分标注进行打分（百分制）。3.课堂表现考核与评价标准课堂活动的参与度和正确率。4.期末试卷考核与评价标准根据课程目标及教学内容，设计期末考核试题，综合检验学生对课程相关知识的掌握、综合