原子物理学

1.课程介绍(中、英文)

（包括课程的性质，课程主要内容和主要任务，课程在人才培养过程中的地位、作用等）

原子物理学是物理学（师范）专业的一门重要基础课程,其上承传统经典物理概念，下接现代量子力学知识，属于近代物理的理论范畴。原子物理学采用了普通物理的描述风格，讲述量子物理的基本概念和物理图像，以及支配物质运动和变化的基本相互作用，并在此基础上讨论物质结构在原子、原子核以及基本粒子等层次的性质、特点和规律。使学生通过以原子结构为中心，以实验事实为线索，了解原子和原子核层次的物质结构及运动和变化规律，揭示宏观现象与规律的本质；学习相关问题所需要的量子力学基本概念，掌握物质微观结构三个层次的物理过程、研究方法，培养创新思维；对物质世界有更深入的认识，获得在本课程领域内分析和处理一些最基本问题的初步能力。

Atomic physics is an important fundamental course for physics majors and engineering students who have already completed an introductory calculus-based physics course. The contents of this course may be subdivided into two broad categories: an introduction to the theories of quantum physics and applications of elementary quantum theory to atom, molecular, solid-state, nuclear, and particle physics。

Our basic objectives in this course are threefold:

（1）To provide simple, clear, and mathematically uncomplicated explanations of physical concepts and theories of modern physics.

（2）To clarify and show support for these theories through a broad range of current applications and examples. In this regard, we have attempted to answer questions, such as: The spectrum of hydrogens and their energy level? What is the atomic effective magnetic moment? How to explain the fine structure and Zeeman effects? What is the X-ray? How to arrange the electrons in atom?

（3）To enliven and humanize the text with brief sketches of the historical development of 20th century physics, including anecdotes and quotations from the key figures as well as interesting photographs of noted scientists and original apparatus.

2．课程教学目标：

1.   使学生初步了解并掌握微观世界各层次的结构和运动规律，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、固体物理学、近代物理实验等课程打下坚实基础。

2.   使学生了解并适当涉及一些正在发展的原子物理学科前沿，扩大视野，引导学生勇于思考、乐于探索发现，培养其良好的科学素质。

3.   在学习原子物理学的过程中引导学生学会近代物理的研究方法，提高其分析问题和解决问题的能力。通过构建物理模型，引导学生根据一些具体的实验结果，大胆预测物质世界的基本构成以及他们的相互作用。

4.   增大课堂教学知识容量，引导学生学会自学，养成并继而提高良好的自学习惯和能力，逐步培养其今后能独立进行科学研究的素质。特别是通过慕课这一全新的网络教学模式，培养学生的自学能力。

通过许多重大科学发现的讲授，培养学生辩证唯物主义世界观。通过探究式教学方法，鼓励学生对某一具体的物理结果做出大胆的预言，并与经过检验地实际物理模型进行比对，锻炼学生的科研探究和创新能力。

所有的作业都是通过网页发布，大家在规定的时间内完成并上传。每一章介绍之后，我们讲发布一个阶段测试。所有的成绩都计入平时成绩。

目前暂定线上成绩作为平时成绩（占总评30%）。其中，线上成绩分配比例如下：视频 40%， 作业20%， 测试20%，考试 10%， 讨论 5%  笔记 5%

【先修课程】

普通物理学I（ID 024123001）

普通物理学II（ID 024123002）

高等数学A1（ID 024902061）

第八章 X射线

8.3 康普顿效应

8.2 X射线的发射谱

8.1 X射线的产生及其波长和强度

第六章 在磁场中的原子

6.5 正常塞曼效应

6.6 反常塞曼效应

6.4 塞曼效应(实验)

6.1 单电子原子的磁矩

6.2 多电子原子的磁矩

6.3 外磁场对原子的作用

第九章 原子核

9.2 核力和核结构

9.3 原子核的放射性衰变

9.1 原子核的基本性质

9.4 裂变和聚变

绪论

0.1 原子物理学概论

0.2 原子物理简史

第四章 碱金属原子和电子自旋

4.4 施特恩-盖拉赫实验

4.6 电子的总角动量

4.8 碱金属光谱的精细结构（理论）

4.2 原子实的极化和轨道贯穿

4.7 电子自旋—轨道运动相互作用

4.3 电子的轨道磁矩

4.5 碱金属光谱的精细结构（实验）

4.1 碱金属原子的光谱

第二章 原子的能级和辐射

2.3 光电效应理论

2.5 氢原子光谱

2.7 玻尔的氢原子理论

2.8 玻尔理论对类氢离子光谱的解释

2.9 夫兰克-赫兹实验

2.1 Planck量子论

2.2 光电效应实验现象

2.4 光谱的基本特性

2.6 玻尔的假设

第三章 量子力学初步

3.1 实物粒子的波动性

3.2 物质波及其统计解释

3.5 量子力学问题的几个简例（1）

3.6 量子力学问题的几个简例（2）

3.7 量子力学对氢原子的描述

3.3 Heisenberg不确定关系

3.4 薛定谔波动方程

第七章 原子的壳层结构

7.1 原子的壳层结构

7.2 原子基态的确定

第五章 多电子原子

5.2 具有两个价电子的耦合

5.8 氦氖激光器的工作原理

5.7 激光原理

5.3 LS耦合

5.1 氦及周期系第二族元素的

5.5 泡利原理和同科电子

5.6 多电子原子光谱的一般规律

5.4 原子态能级的排列规律定

第一章 原子的基本情况

1.1 电子的发现

1.3 原子的核式结构模型

1.4 卢瑟福散射公式

1.5 卢瑟福散射公式的实验验证和物理意义

1.2 库仑散射公式

推荐教材及参考文献：（核心阅读材料，必须提供经典的文献和前沿的文献）

推荐教材：《原子物理学》，褚圣麟编著，高等教育出版社，1979年；

参考文献：

【1】《原子物理学教程》，黄永义，西安交通大学出版社，2013年；

【2】《原子物理学》，杨福家编著，高等教育出版社，2001年；

【3】《The Physics of Atoms and Quanta》，Hermann Haken Hans Christoph Wolf，Springer-Verlag，2004。

评价标准：（明确评价学生学习效果的基本标准，可从课程教学目标的达成度阐述）

考核等级

评价标准

优秀（90-100）

熟练掌握原子的基本结构以及它们的相互作用，熟练掌握与本课程相关的实验现象与理论解释，熟练掌握量子力学角动量相关的理论计算方法和过程，理解量子物理的基本原理和内涵。

良好（80-89）

掌握原子的基本结构以及它们的相互作用，掌握与本课程相关的实验现象与理论解释，熟练掌握量子力学角动量相关的理论计算方法和过程，理解量子物理的基本原理和内涵。

中等（70-79）

基本掌握原子的基本结构以及它们的相互作用，基本掌握与本课程相关的实验现象与理论解释，掌握量子力学角动量相关的理论计算方法和过程，理解量子物理的基本原理和内涵。

及格（60-69）

部分掌握原子的基本结构以及它们的相互作用，部分掌握与本课程相关的实验现象与理论解释，基本掌握量子力学角动量相关的理论计算方法和过程，理解量子物理的基本原理和内涵。

不及格（低于60）

不了解原子的基本结构以及它们的相互作用，无法解释与本课程相关的实验现象和掌握理论解释，不能利用量子力学的结果进行简单的计算，没有建立基本的物理图像。