《原子物理學》教學大綱

原子物理學課程教學大綱課程的基本信息適應對象：物理學專業(yè)的本科生課程代碼：16E00614課時分配：54課時賦予學分：3學分先修課程：力學、熱學、電磁學、光學后續(xù)課程：量子力學、固體物理課程的性質(zhì)與任務本課程為物理學專業(yè)學生必修基礎課程之一，著重從物理實驗規(guī)律出發(fā)，引進近代物理關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)與運動規(guī)律，解釋它們的宏觀性質(zhì)。通過本課程的學習，使學生掌握原子的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)及有關問題，并為量子力學的學習打好基礎。三、教學目的與要求通過本課程的學習，使學生能夠熟練掌握原子物理學的基本原理、基本概念和基本規(guī)律，掌握原子和原子核的結(jié)構(gòu)、運動規(guī)律和研究方法，培養(yǎng)學生分析問題和解決問題的能力。同時，結(jié)合一些物理學史的介紹，使學生了解如何由分析物理實驗結(jié)果出發(fā)、建立物理模型，進而建立物理理論體系的過程，了解微觀物理學對現(xiàn)代科學技術(shù)重大影響和各種應用，了解并適當涉及正在發(fā)展的學科前沿，擴大視野，引導學生勇于思考、樂于探索發(fā)現(xiàn)，培養(yǎng)其良好的科學素質(zhì)。四、教學內(nèi)容與安排緒論（1課時）教學內(nèi)容：原子物理學的發(fā)展史原子物理學的地位與作用學習本課程方法教學要求：了解原子物理學的發(fā)展簡史、原子物理學的地位與作用；掌握原子物理學的學習方法；了解原子物理學的基本內(nèi)容及參考文獻第一章原子的基本狀況（4課時）教學內(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、理解庫侖散射公式和盧瑟福散射公式的推導。第二章原子的能級和輻射（14課時）教學內(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于原子的普遍規(guī)律4、類氫離子的光譜5、夫蘭克—赫茲實驗與原子能級6、量子化通則7、電子的橢圓軌道與氫原子能量的相對論效應8、史特恩-蓋拉赫實驗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、對應原理和玻爾理論的地位教學要求：1、掌握氫原子光譜的實驗規(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主要結(jié)論的對比。第四章堿金屬原子和電子自旋（11課時）教學內(nèi)容：1、堿金屬原子的光譜2、原子實的極化和軌道的貫穿3、堿金屬原子光譜的精細結(jié)構(gòu)4、電子自旋與軌道運動之間的相互作用5、單電子輻射躍遷的選擇定則6、氫原子光譜的精細結(jié)構(gòu)與藍姆移動教學要求：1、掌握堿金屬原子光譜的實驗規(guī)律，單電子躍遷的選擇定則；2、掌握堿金屬原子的光譜項、能級、量子虧損、有效量子數(shù)，原子實的概念，電子自旋角動量與自旋磁矩，堿金屬光譜精細結(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、理解原子實極化和軌道貫穿對堿金屬原子能級、光譜的影響，電子自旋與軌道運動之間的相互作用。4、了解氫原子光譜的研究進展。第五章多電子原子（8課時）教學內(nèi)容：1、氦及周期系第二族元素的光譜和能級2、具有兩個價電子的原子態(tài)3、泡利原理與同科電子4、復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要求：1、掌握角動量的L—S耦合，L—S耦合中的選擇定則，角動量的j—j耦合；2、掌握兩個價電子原子光譜和能級的一般規(guī)律，角動量的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中的原子（8課時）教學內(nèi)容：1、原子的磁矩2、外磁場對原子的作用3、史特恩-蓋拉赫實驗的結(jié)果4、順磁共振5、塞曼效應6、抗磁性、順磁性和鐵磁性教學要求：1、掌握原子能級在外磁場中的分裂，塞曼效應及塞曼躍遷；2、掌握原子的磁矩，不同耦合下朗德g因子的表達式，原子能級在外磁場中的分裂，塞曼效應及塞曼躍遷。3、理解原子受磁場作用的附加能量的推導過程，史特恩-蓋拉赫實驗的理論，塞曼效應的理論解釋。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）教學內(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)的計算。理解元素性質(zhì)的周期性與電子的殼層排布的關系。第八章X射線（4課時）教學內(nèi)容：1、X射線的產(chǎn)生及波長和強度的測量2、X射線的發(fā)射譜3、同X射線相關的原子能級教學要求：1、掌握X射線的概念，X射線的連續(xù)譜與標識譜的特征和產(chǎn)生的機制。2、了解X射線的產(chǎn)生機理及波長的計算，康普頓散射效應。五、教學設備和設施多媒體教學設備六、課程考核與評估考核方式：閉卷考試，評估以期評成績?yōu)闇省Ｆ谠u成績（100%）=考勤(占10%)+平時作業(yè)(占20%)+期末考試(占70%)。免修的本科學生的“期評成績等于其期考成績”。七、教材及主