《原子物理學(xué)》教學(xué)大綱

原子物理學(xué)課程教學(xué)大綱課程的基本信息適應(yīng)對(duì)象：物理學(xué)專業(yè)的本科生課程代碼：16E00614課時(shí)分配：54課時(shí)賦予學(xué)分：3學(xué)分先修課程：力學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)、光學(xué)后續(xù)課程：量子力學(xué)、固體物理課程的性質(zhì)與任務(wù)本課程為物理學(xué)專業(yè)學(xué)生必修基礎(chǔ)課程之一，著重從物理實(shí)驗(yàn)規(guī)律出發(fā)，引進(jìn)近代物理關(guān)于微觀世界的重要概念和原理，探討原子、原子核及基本粒子的結(jié)構(gòu)與運(yùn)動(dòng)規(guī)律，解釋它們的宏觀性質(zhì)。通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握原子的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)及有關(guān)問(wèn)題，并為量子力學(xué)的學(xué)習(xí)打好基礎(chǔ)。三、教學(xué)目的與要求通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生能夠熟練掌握原子物理學(xué)的基本原理、基本概念和基本規(guī)律，掌握原子和原子核的結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)規(guī)律和研究方法，培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。同時(shí)，結(jié)合一些物理學(xué)史的介紹，使學(xué)生了解如何由分析物理實(shí)驗(yàn)結(jié)果出發(fā)、建立物理模型，進(jìn)而建立物理理論體系的過(guò)程，了解微觀物理學(xué)對(duì)現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)重大影響和各種應(yīng)用，了解并適當(dāng)涉及正在發(fā)展的學(xué)科前沿，擴(kuò)大視野，引導(dǎo)學(xué)生勇于思考、樂(lè)于探索發(fā)現(xiàn)，培養(yǎng)其良好的科學(xué)素質(zhì)。四、教學(xué)內(nèi)容與安排緒論（1課時(shí)）教學(xué)內(nèi)容：原子物理學(xué)的發(fā)展史原子物理學(xué)的地位與作用學(xué)習(xí)本課程方法教學(xué)要求：了解原子物理學(xué)的發(fā)展簡(jiǎn)史、原子物理學(xué)的地位與作用；掌握原子物理學(xué)的學(xué)習(xí)方法；了解原子物理學(xué)的基本內(nèi)容及參考文獻(xiàn)第一章原子的基本狀況（4課時(shí)）教學(xué)內(nèi)容：1、原子的質(zhì)量和大小2、原子的核式結(jié)構(gòu)3、同位素教學(xué)要求：1、掌握原子的大小和質(zhì)量以及原子的核式結(jié)構(gòu)，散射截面及其物理意義，同位素的概念。2、理解庫(kù)侖散射公式和盧瑟福散射公式的推導(dǎo)。第二章原子的能級(jí)和輻射（14課時(shí)）教學(xué)內(nèi)容：1、光譜2、氫原子的光譜和原子光譜的一般情況3、玻爾的氫原子理論和關(guān)于原子的普遍規(guī)律4、類氫離子的光譜5、夫蘭克—赫茲實(shí)驗(yàn)與原子能級(jí)6、量子化通則7、電子的橢圓軌道與氫原子能量的相對(duì)論效應(yīng)8、史特恩-蓋拉赫實(shí)驗(yàn)與原子空間取向的量子化9、原子的激發(fā)與輻射激光原理10、對(duì)應(yīng)原理和玻爾理論的地位教學(xué)要求：1、掌握氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律，類氫離子光譜各線系的規(guī)律，量子化通則；2、掌握三類光譜及其發(fā)光源，氫原子光譜各線系的規(guī)律，類氫離子光譜各線系的規(guī)律，電離、第一電離電勢(shì)的概念。3、理解玻爾的氫原子理論，里德伯常數(shù)的變化，索末菲電子的橢圓軌道理論，量子化通則，激光原理。4、了解玻爾理論的歷史地位和缺陷，玻爾理論與量子力學(xué)主要結(jié)論的對(duì)比。第四章堿金屬原子和電子自旋（11課時(shí)）教學(xué)內(nèi)容：1、堿金屬原子的光譜2、原子實(shí)的極化和軌道的貫穿3、堿金屬原子光譜的精細(xì)結(jié)構(gòu)4、電子自旋與軌道運(yùn)動(dòng)之間的相互作用5、單電子輻射躍遷的選擇定則6、氫原子光譜的精細(xì)結(jié)構(gòu)與藍(lán)姆移動(dòng)教學(xué)要求：1、掌握堿金屬原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律，單電子躍遷的選擇定則；2、掌握堿金屬原子的光譜項(xiàng)、能級(jí)、量子虧損、有效量子數(shù)，原子實(shí)的概念，電子自旋角動(dòng)量與自旋磁矩，堿金屬光譜精細(xì)結(jié)構(gòu)的解釋，堿金屬原子狀態(tài)的描述，單電子躍遷的選擇定則。3、理解原子實(shí)極化和軌道貫穿對(duì)堿金屬原子能級(jí)、光譜的影響，電子自旋與軌道運(yùn)動(dòng)之間的相互作用。4、了解氫原子光譜的研究進(jìn)展。第五章多電子原子（8課時(shí)）教學(xué)內(nèi)容：1、氦及周期系第二族元素的光譜和能級(jí)2、具有兩個(gè)價(jià)電子的原子態(tài)3、泡利原理與同科電子4、復(fù)雜原子光譜的一半規(guī)律5、輻射躍遷的普用選擇定則教學(xué)要求：1、掌握角動(dòng)量的L—S耦合，L—S耦合中的選擇定則，角動(dòng)量的j—j耦合；2、掌握兩個(gè)價(jià)電子原子光譜和能級(jí)的一般規(guī)律，角動(dòng)量的L—S耦合和j—j耦合，泡利不相容原理與同科電子合成，輻射躍遷的普用選擇定則。3、理解激光原理第六章在磁場(chǎng)中的原子（8課時(shí)）教學(xué)內(nèi)容：1、原子的磁矩2、外磁場(chǎng)對(duì)原子的作用3、史特恩-蓋拉赫實(shí)驗(yàn)的結(jié)果4、順磁共振5、塞曼效應(yīng)6、抗磁性、順磁性和鐵磁性教學(xué)要求：1、掌握原子能級(jí)在外磁場(chǎng)中的分裂，塞曼效應(yīng)及塞曼躍遷；2、掌握原子的磁矩，不同耦合下朗德g因子的表達(dá)式，原子能級(jí)在外磁場(chǎng)中的分裂，塞曼效應(yīng)及塞曼躍遷。3、理解原子受磁場(chǎng)作用的附加能量的推導(dǎo)過(guò)程，史特恩-蓋拉赫實(shí)驗(yàn)的理論，塞曼效應(yīng)的理論解釋。4、了解抗磁性、順磁性和鐵磁性。第七章原子的殼層結(jié)構(gòu)（4課時(shí)）教學(xué)內(nèi)容：1、元素性質(zhì)的周期性變化2、原子的電子殼層結(jié)構(gòu)3、原子基態(tài)的電子組態(tài)教學(xué)要求：掌握描述電子的量子數(shù)和原子態(tài)的方法，各殼層可以容納的電子數(shù)的計(jì)算。理解元素性質(zhì)的周期性與電子的殼層排布的關(guān)系。第八章X射線（4課時(shí)）教學(xué)內(nèi)容：1、X射線的產(chǎn)生及波長(zhǎng)和強(qiáng)度的測(cè)量2、X射線的發(fā)射譜3、同X射線相關(guān)的原子能級(jí)教學(xué)要求：1、掌握X射線的概念，X射線的連續(xù)譜與標(biāo)識(shí)譜的特征和產(chǎn)生的機(jī)制。2、了解X射線的產(chǎn)生機(jī)理及波長(zhǎng)的計(jì)算，康普頓散射效應(yīng)。五、教學(xué)設(shè)備和設(shè)施多媒體教學(xué)設(shè)備六、課程考核與評(píng)估考核方式：閉卷考試，評(píng)估以期評(píng)成績(jī)?yōu)闇?zhǔn)。期評(píng)成績(jī)（100%）=考勤(占10%)+平時(shí)作業(yè)(占20%)+期末考試(占70%)。免修的本科學(xué)生的“期評(píng)成績(jī)等于其期考成績(jī)”。七、教材及主