原子物理学教学大纲

一、《原子物理学》课程介绍

《原子物理学》是物理教育专业的专业基础必修课程。本课程着重从物理实验规律出发，引进近代物理关于微观世界的重要概念和原理，探讨原子、原子核及基本粒子的结构和运动规律，解释它们的宏观性质，以及在现代科学技术上的重大应用。本课程强调物理实验的分析、微观物理概念、物理图像和物理模型的建立和理解。从原子物理的原子结构模型出发使学生对原子的结构有个初步认识，从著名的黑体辐射、光电效应等物理实验及波尔的光谱理论，引入量子概念，介绍态叠加原理、不确定原理；从薛定锷方程和原子波函数出发，分析量子理论基础特别是几个量子数的物理意义。从量子角度结合夫兰克-赫兹实验、史特恩-盖拉赫实验来解释单电子和双电子原子的能级与光谱特性，多电子的LS耦合及基本规律（含塞曼效应）。在原子核物理部分，定性地描述原子核的基本性质，从物理实验的基本事实出发介绍原子核结构的四个基本模型，着重介绍液滴模型和壳层模型，介绍原子核放射衰减的基本规律及类型；掌握核反应的规律，理解核聚变、核裂变的原理及应用。介绍粒子物理实验的基本知识，介绍重要粒子的发现实验及粒子的基本性质，掌握基本粒子的分类及相互作用，了解宇称不守恒及实验证明。为把科学素质教育融入课堂中，教师通过介绍原子物理学规律发现和发展的典型事例，如光电效应的实验、黑体辐射现象、普朗克量子概念的建立、玻尔的氢原子理论、史特恩-盖拉赫实验、夫兰赫兹实验、夸克的发现等，使学生了解如何由分析物理实验结果出发、建立物理模型，进而建立物理理论体系的过程，了解微观物理学对现代科学技术重大影响和各种应用，了解并适当涉及正在发展的学科前沿，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。
 
   
二、《原子物理学》教学大纲

课程名称    
    原子物理学。
课程性质    
    必修课。
课程教学目的
     原子物理学是研究原子结构及其变化规律的一门学科、是高等师范院校普通物理学的一部分、是一门重要的基础课程。由于物理学对物质微观结构的研究已经从原子层次深入到了原子核及基本粒子等层次，另外原子物理学又作为进一步学习原子层次以下其它物质微观结构层次的起点，这门课程的教学，应达到以下目的：
1、 使学生了解物质微观结构层次到目前为止分原子、原子核及基本粒子等三个层次。
2、 掌握原子结构及核结构图象，详细掌握原子光谱规律及其产生机制，能够分析、处理并讲授中学物理原子物理学部分的教材。
3、 使学生掌握量子论的思想，以近代物理学的观念和研究方法，为进一步学习量力学、固体物理学及近代物理实验等课程打下良好基础。

课程教学原则与教学方法
     注重科学性与思想性相统一的原则，理论联系实际，注意知识的直观性、实践性和逻辑结构性，兼顾具体与抽象，采取讲授兼讨论、演示兼探究等深入浅出的教学方法。

课程总学时
72学时。建议另行安排答疑辅导20-28学时。

课程教学内容要点及建议学时数分配
     凡带星号内容均属选学内容，不列为考试范围。

第一章  绪论  （2学时）
     通过黑体辐射实验介绍普朗克的能量量子假设。简要介绍原子物理学的地位与作用、研究对象与研究方法、发展史以及学习上应注意的问题。

第二章 原子的基本状况 （4学时）
1、  原子的质量和大小；
2、  原子的核式结构；
3、  同位素；
     本章重点是：第2节。
基本要求
1、 明确原子质量及原子大小的数量级；
2、 掌握粒子散射理论及原子的核式模型；
3、 了解粒子散射理论的困难。

第三章  原子的能级和辐射  （14学时）
1、 氢原子的光谱规律；
2、 玻尔的氢原子理论；
3、 类氢离子的光谱；
4、 夫兰克-赫兹实验与能级；
5、 电子的椭圆轨道与氢原子能量的相对论效应；
6、 史特恩-盖拉赫实验与空间量子化；
7、 对应原理。
本章重点是：2、3、4、5、6节。
基本要求
1、 明确玻尔理论的内容，能用玻尔理论导出氢原子光谱的一般规律式、里德伯常数、能级、电子轨道半径。
2、 明确夫兰克-赫兹实验、史特恩-盖拉赫实验及主量子数、角量子数、磁量子数、玻尔磁子、轨道磁矩等概念及其物理意义。
3、 明确角动量空间取向的量子化理论及对应原理。

第四章  量子力学初步 * （6学时）
1、  德布罗意波及其及其几率解释；
2、  测不准关系；
3、  薛定鄂方程；
4、  量子力学问题的几个简例；
5、  量子力学对氢原子的描述。
本章是选修内容可讲也可不讲，若讲重点是1、2、3节。
基本要求
明确德布罗意波的概念，正确理解测不准关系，了解薛定鄂方程及量子力学对氢原子的描述。