原子物理教学重点_原子物理复习学案
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【教学目的】
了解原子物理学的研究对象、发展简史及课程的特点、学习方法、要求。
第一节 原子物理学的研究对象、基本内容和发展简史
1.原子物理学的发展简史 2.原子物理学的地位与作用 3.原子物理学的基本内容及研究前景
第二节 原子物理学的学习方法、教学要求
1.原子物理学的学习方法
2.教学要求 3.参考读物
第一章 原子的基本状况
【教学目的】
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。
【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。
第一节 原子的质量和大小 原子的质量，原子的大小量级；
第二节 原子的核式结构
原子的汤姆逊模型及其困难，粒子散射实验，卢瑟福核式结构模型，级，同位素。
第二章 原子的能级和辐射 【教学目的】
掌握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；理解玻尔对应原理、玻尔理论的地位和缺陷；了解原子的自发辐射、受激辐射与吸收。【重点难点】
重点：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； 难点：量子理论的建立、空间量子化
第一节 氢原子光谱的实验规律
（1）光谱学与原子结构研究（2）氢原子光谱的实验规律（3）氢原子的光谱线系；经典理论的困难。
第二节 玻尔的氢原子理论和原子能级
粒子散射理论，原子核的大小量
（1）玻尔量子化假设及其提出背景；（2）氢原子能级和跃迁；（3）氢原子光谱线系的解释；（4）玻尔
理论中的普遍规律。第三节 类氢离子的光谱
（1）类氢离子光谱的实验规律；（2）玻尔理论对类氢离子的解释；（3）里德伯常数的变化——核运动的影响
第四节 夫兰克—赫兹实验与原子能级
（1）实验的核心思想；（2）实验装置及现象；（3）实验现象的理论解释；（4）实验结论。
第五节 电子轨道量子化
（1）量子化通则；（2）电子的椭圆轨道运动；（3）氢原子能量的相对论效应；（4）空间量子化。
第六节 对应原理和玻尔理论的地位
（1）对应原理；（2）玻尔理论的成就及其局限性
第三章 量子力学简介 【教学目的】
了解量子力学的几个基本概念，和对微观粒子体系描述的理论出发点与方法，理解量子化是薛定谔方程和波函数物理意义的自然结果。不要求应用薛定谔方程解题。【重点难点】
重点：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、求解定态薛定谔方程（本征问题）的基本步骤、量子力学对氢原子的描述及三个量子数。
难点：波函数的统计诠释、不确定关系、量子力学对氢原子的描述。第一节 波粒二象性
（1）德布罗意假设；（2）波粒二象性；（3）Davion-Germer电子衍射实验；（4）测不准关系。第二节 波函数及物理意义
（1）微观状态的描述-----波函数；（2）波函数的物理意义；（3）几个原理性验证实验（4）薛定谔方程及应用举例。
第三节 量子力学对氢原子的描述
（1）量子力学对氢原子的描述；（2）描述电子空间运动的三个量子数的比较。
第四章 碱金属原子和电子自旋 【教学目的】
掌握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;掌握角动量耦合方法，理解电子自旋与轨道运动的相互作用；掌握碱金属原子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。轨道贯穿、原子实极化及相对论效应只作定性说明。【重点难点】
重点：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。
。（3）与玻尔量子论结果
难点：电子自旋概念；碱金属原子能级分裂的物理原因；光谱精细结构的成因分析。第一节 碱金属原子的光谱
（1）碱金属原子的光谱的实验规律；（2）与氢原子光谱的比较；（3）线系及线系公式；（4）光谱项公式、量子亏损；（5）能级图。第二节 原子实极化和轨道贯穿
（1）原子实和价电子；（2）原子实的极化效应；（3）价电子的轨道贯穿效应。第三节 碱金属原子光谱的精细结构
（1）实验规律；（2）实验结果的分析与推论； 第四节 电子自旋 自旋---轨道相互作用
（1）电子自旋概念；（2）单电子总角动量；（3）自旋---轨道运动相互作用能；（4）碱金属原子能级的精细结构；（5）碱金属原子态符号； 第五节 单电子辐射跃迁选择定则
（1）单电子跃迁选择定则；（2）碱金属原子光谱精细结构的解释； 第六节 氢原子光谱的精细结构
（1）氢原子能级的精细结构；（2）氢原子光谱的精细结构；（3）兰姆位移。
第五章 多电子原子 【教学目的】
熟练掌握两个价电子的耦合方法、氦和碱土金属原子态的推求，并能够熟练画出相应的能级跃迁简图；熟练掌握泡利不相容原理和辐射跃迁的选择定则，并能应用；了解多电子原子光谱的一般规律；了解激光器的工作原理。【重点难点】
重点：L-S 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。
难点：L-S 耦合；泡利原理和同科电子原子态的确定。第一节 氦和碱土金属原子光谱和能级
（1）氦原子光谱的五个特点；（2）氦原子的能级结构方式；（3）镁原子光谱及能级结构。第二节 具有两个价电子的原子态
（1）电子组态；（2）电子间的磁相互作用；（3）LS耦合方案；（4）LS耦合中的经验规则；（5）LS耦合模型对He、Mg能级结构的理解；（6）jj耦合；（7）两种角动量耦合模型的比较。第三节 泡利原理与同科电子
（1）电子的量子状态描述；（2）泡利原理；（3）同科电子；（4）同科电子形成的原子态。第四节 复杂原子光谱的一般规律
（1）光谱和能级的位移定律；（2）能级多重性的交替律；（3）三个或三个以上价电子原子态的推导。（4）几个经验规则。
第五节 辐射跃迁的选择定则
（1）电偶极跃迁；（2）拉波特定则；（3）LS耦合的选择定则；（4）jj耦合的选择定则。（5）He、Mg的能级跃迁图
第六节 激光器的工作原理简介
（1）吸收、自发辐射和受激辐射；（2）激光产生的条件；（3）激光器的组成部分；（4）He—Ne激光器
工作原理；（5）激光器的应用
第六章 原子的壳层结构
【教学目的】
了解元素周期表的结构，掌握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。
【重点难点】
重点：电子填充壳层的原则；原子基态的确定。
难点：原子基态的确定。第一节 元素性质的周期性变化
（1）元素周期表；（2）元素性质的周期性变化
第二节 原子的电子壳层结构
（1）描述电子状态的两套量子数；（2）泡利不相容原理；（3）壳层和次壳层最多容纳的电子数；（4）
壳层和次壳层的光谱学符号；（5）能量最低原理
第三节 原子基态的确定
（1）满壳层和满次壳层角动量为零；（2）洪特规则；（3）原子基态的确定
第四节 元素周期表的形成（1）电子的能级填充次序；（2）元素周期表的建造
第七章 在磁场中的原子
【教学目的】
掌握原子磁矩概念和有关计算；掌握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、帕邢—巴克效应作出解释，能进行塞曼谱线的波数计算；一般了解物质的磁性、顺磁共振、核磁共振等概念和原理
【重点难点】
重点：原子磁矩、原子能级在磁场中的分裂、塞曼效应、史特恩-革拉赫实验结果的分析。
难点：拉摩尔进动；帕邢—贝克效应。
第一节 原子的磁矩
（1）电子的轨道运动磁矩和自旋运动磁矩；（2）单电子原子的总磁矩和朗德因子；（3）具有两个或两个以上价电子原子的磁矩（LS耦合）；（4）具有两个或两个以上价电子原子的磁矩（jj耦合）
第二节 外磁场对原子的作用
（1）拉莫尔进动与拉莫尔频率；（2）原子受磁场作用的附加能量（分弱场和强场两种情形）
第三节 史特恩---革拉赫实验
（1）实验的背景和核心思想；（2）实验装置及非均匀磁场中原子的运动分析；（3）实验结果与分析；（4）
实验的结论与意义。第四节 塞曼效应
（1）塞曼效应实验现象；（2）塞曼效应的理论解释；（3）几个原子谱线塞曼分裂的讨论；（4）塞曼分
裂谱线的偏振性质。第五节 帕邢---贝克效应
（1）帕邢---贝克效应；（2）帕邢---贝克效应的理论解释；（3）与塞曼效应的比较；（4）关于强场和
弱场。
第六节 物质的磁性、顺磁共振、核磁共振
（1）抗磁性和顺磁性；（2）顺磁共振原理与实验；（3）核磁共振原理与实验。
第八章 X射线 【教学目的】
了解X射线的性质；掌握X射线的连续谱与标识谱的特征和产生的机制；掌握与X射线标识谱相关的原子能级结构；了解物质对X射线吸收的规律；掌握康普顿散射。
【重点难点】
重点： X射线连续谱与标识谱及产生机制；莫塞莱定律；康普顿散射。难点： X射线的连续谱与标识谱产生的机制、与X射线标识谱相关的原子能级结构。
第一节 X射线的产生及性质
（1）X射线的产生；（2）X射线的性质；（3）X射线的波长测量方法（晶体衍射）
第二节 X射线的发射谱
（1）X射线的发射谱；（2）连续谱、特征及其产生机理；（3）标识谱及特点；（4）莫塞莱定律；（5）
标识谱的产生机理
第三节 同X射线标识谱相关的原子能级
（1）内壳层具有一个空位的状态描述；（2）X射线标识谱相关的原子能级及跃迁
第四节 X射线的吸收谱
（1）光子与物质的相互作用；（2）吸收谱与吸收限；（3）吸收限与原子能级。
第五节 康普顿效应
（1）康普顿散射实验现象；（2）康普顿散射的理论解释；（3）康普顿散射实验的意义。
第九章 原子核物理简介
【教学目的】
了解原子核的各种性质；掌握原子核结合能的计算方法；掌握原子核的放射性衰变规律；掌握α、β和γ衰变的规律；掌握核力的性质，理解核力的介子论；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。
【重点难点】
重点：结合能概念及计算；放射性衰变的类型、衰变规律、衰变能等概念和计算；重核裂变和轻核聚变过
程中的核能释放与利用。难点：核力的介子论。第一节 原子核的基本性质
（1）原子核的电荷；（2）原子核的质量；（3）核的组成；（4）核的大小与形状；（5）核自旋与核磁矩；（6）核的统计性质与宇称；（7）原子核的结合能及特点。
第二节 原子核的放射性衰变
（1）核衰变的几种模式；（2）
衰变基本规律及衰变能；（3）
衰变基本规律及衰变能；（4）
衰
变；（5）放射性衰变定律、半衰期和平均寿命。
第三节 核力与介子
（1）核力的性质；（2）电磁力的产生机制；（3）核力的介子理论
第四节 核反应
（1）几个著名的核反应；（2）核反应中的守恒定律；（3）核反应能计算的几种方法；（4）核反应阈能。
第五节 原子能的利用
（1）重核裂变；（2）裂变能的计算；（3）反应堆与原子弹；（4）轻核聚变及困难；（5）太阳能----引力约束聚变；（6）氢弹----惯性约束聚变；（7）磁约束可控聚变反应堆----人类不竭能源的希望
【课程考试】
本课程的成绩由平时成绩（占30％）和期末考试成绩（占70％）组成。其中，平时成绩依据作业和课堂提问、讨论、出勤等评定。期末考试采用闭卷、笔试方式，主要考查基本概念、基本理论和基本知识，测评
学生的理解、分析和综合应用等能力。
