原子物理学教学大纲_原子物理学考试大纲

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原子物理学 课程教学大纲

一、课程说明

（一）课程名称、所属专业、课程性质、学分；

课程名称：原子物理学 所属专业：物理学专业 课程性质：基础课 学

分：4

（二）课程简介、目标与任务；

原子物理学是物理类专业本科生的专业必修课，以物质结构的第一个微观层次（原子）为研究对象，是联接经典物理和近代物理的一门承上启下的课程。在理论方法上，该课程揭露经典理论在原子这一微观层次遭遇到的困难，并且为了解决这些困难而引入量子力学，学生将在本课程中较为系统地学习到量子力学的基本概念、基本原理、基本思想和方法。在应用实践上，通过本课程的学习，学生将系统性地了解和掌握原子物理学的发展历史，获得有关原子的电子结构、性质及其与外场相互作用的系统性知识，为以后从事相关的科学研究、生产应用和教学工作打下良好的基础。

（三）先修课程要求，与先修课之间的逻辑关系和内容衔接；

先修课程：《高等数学》、《数学物理方法》、《力学》、《理论力学》、《热学》、《电磁学》、《光学》

关系：《高等数学》和《数学物理方法》是学习原子物理学的数学基础。《力学》、《理论力学》、《热学》、《电磁学》和《光学》包含了学生在学习原子物理学之前需要掌握的必要的经典物理知识。有了这些准备知识才能理解为何不能用经典理论来研究原子体系，从而必须引入量子力学。

（四）教材与主要参考书；

选用教材：杨福家, 《原子物理学》 第四版, 高等教育出版社, 2010 主要参考书： 1, C.J.Foot，《Atomic Physics》，Oxford University Pre，2005 2, H.Friedrich，《Theoretical Atomic Physics》，Springer，2006 3, 褚圣麟，《原子物理学》，高等教育出版社，1987 4, 曾谨言，《量子力学》，科学出版社，2000 5, 卢希庭，《原子核物理》，原子能出版社，1981

二、课程内容与安排

绪 论 原子物理学的发展历史（2学时）【了解】

第一章 原子的组成和结构（5学时）

第一节 原子的质量和大小【掌握】 第二节 电子的发现【了解】 第三节 原子结构模型【了解】

第四节 原子的核式结构，卢瑟福散理论【重点掌握】【难点】 第五节 卢瑟福理论的成功和不足【掌握】

第二章 原子的量子态，玻尔理论（8学时）

第一节 背景知识：黑体辐射、光电效应和氢原子光谱【掌握】 第二节 玻尔的氢原子理论【重点掌握】【难点】 第三节 玻尔理论的实验验证【掌握】

第四节 玻尔理论的推广：椭圆轨道理论和碱金属原子光谱【重点掌握】 第五节 玻尔理论的成功与缺陷【掌握】

第三章 量子力学导论（18学时）【重点掌握】【难点】

第一节 波粒二象性 第二节 不确定关系 第三节 波函数及其统计解释 第四节 态叠加原理 第五节 薛定谔方程 第六节 薛定谔方程应用举例 第七节 平均值和算符 第八节 量子力学总结

第九节 氢原子／类氢离子的量子力学解法 第十节 爱因斯坦关于辐射和吸收的唯象理论 第十一节 量子跃迁理论，含时微扰论 第四章 原子的精细结构，电子自旋（14学时）【重点掌握】【难点】

第一节 电子的轨道磁矩 第二节 施特恩－盖拉赫实验 第三节 电子的自旋和自旋磁矩

第四节 相对论量子力学初步，狄拉克方程 第五节 自旋轨道相互作用，原子的精细结构 第六节 外场对原子的作用，定态微扰论

第七节 外磁场对原子的作用，塞曼效应，帕邢－巴克效应 第八节 外电场对原子的作用，斯塔克效应，运动电场

第五章 多电子原子，泡利原理（10学时）【重点掌握】【难点】

第一节 多电子的耦合 第二节 氦原子的光谱和能级 第三节 泡利不相容原理

第四节 量子多体理论初步，平均场近似 第五节 原子的壳层结构，元素周期表 第六节 原子基态，洪特定则，朗德间隔定则 第七节 氦原子／类氦离子的量子力学解法

第六章 Ｘ射线（5学时）

第一节 Ｘ射线的发现和波动性【了解】 第二节 Ｘ射线的产生机制【掌握】 第三节 康普顿散射【重点掌握】 第四节 Ｘ射线在物质中的吸收【了解】

第七章 原子核物理概论（10学时）

第一节 原子核物理的研究对象和发展历史【了解】 第二节 核的基态性质一：核质量，结合能【掌握】 第三节 核力的介子理论【了解】 第四节 核的基态性质二：核矩【掌握】 第五节 原子核多体问题的困难【了解】

第六节 核结构模型：费米气体模型、液滴模型、壳模型、集体运动模型【了解】 第七节 放射性衰变的基本规律【掌握】

第八节 阿尔法衰变、贝塔衰变和伽玛衰变【掌握】 第九节 穆斯堡尔效应【掌握】 第十节 核反应，Ｑ方程【掌握】

第十一节 核反应模型：复合核模型、光学模型、黑核模型、蒸发模型【了解】 教学方法：教学中始终突出以学生为本的教育理念，重视课程的规划和建设，按照课程体系制定规范的教学大纲和教学进度表；因材施教使学生掌握物理学的发展脉络和做科研的方法，使学生变被动学习为主动学习，真正达到从会学到好学；通过启发式教学培养学生较强的主动思考习惯，注重对大学生创新思维和解决实际问题能力的培养；及时与学生进行有效沟通，布置课后作业，必要时进行习题讲解；将科研前沿引入课堂，使学生了解原子物理、量子力学和量子多体理论的研究现状和发展前景；开发并实施多媒体教学手段，使得课程的教学实施建立在现代教育技术平台之上。

考核方式：采用平时作业、课堂提问、和期末闭卷考试相结合的方式综合评价学生的成绩。

制定人：房铁峰审定人： 批准人： 日 期：

司明苏