原子物理学理论课教学大纲
《原子物理学》课程教学大纲新06年8月课程编号：02300009
课程名称：原子物理学
英文名称： Atomic Physics
课程类型：专业基础课
总学时： 54
学分： 2.5
适用对象：物理、电子信息科学专业本科生
先修课程：高等数学、力学、电磁学、光学
1.课程简介
本课程着重从光谱学、电磁学、X射线等物理实验规律出发，以原子结构为中心，按照由现象到本质、由实验到理论的过程帮助学生建立起微观世界量子物理的基本概念，并利用这些基本概念说明原子、分子以及原子核和粒子的结构和运动规律，介绍在现代科学技术上的重大应用。
是近代物理的入门课程，是物理专业的一门重要基础课。
本课程需在高等数学、力学、电磁学、光学之后开设，是理论物理课程中量子力学部分的前导课程，拟在第三学年第一学期开出。
2.课程性质、目的和任务
本课程是物理专业学生必修课。
是力学、电磁学和光学的后续课程、近代物理课的入门课程。
是量子力学、固体物理学、原子核物理学、激光、近代物理实验等课程的基础课。
目的是引导学生从实验入手，用量子化和微观思维方式，分析微观高速运动物体的规律。
主要任务是：通过本课程的教学，让学生对原子及原子核的结构、性质、相互作用及运动规律有概括而系统的认识。
通过对重要实验现象以及理论体系逐步完善过程的分析，使学生建立丰富的微观世界的物理图像和物理概念，培养学生用微观思维方式分析问题和解决问题的能力。
3.教学基本要求
(1)了解原子物理学、原子核物理学发展的历程，培养科学研究的素质，加深对辩证唯物主义的理解。
(2)了解原子和原子核所研究的内容和前沿研究领域的概况，培养有现代意识、有远见的新一代大学生。
(3)掌握原子、原子核物理学的基本原理、基本概念和基本规律；掌握处理原子、原子核物理学现象及问题的手段和途径。
培养学生掌握科学研究的基本方法。
(4)使学生了解无限分割的物质世界中的依次深入的不同结构层次，理解原子核的结构和基本性质、基本运动规律；
(5)结合一些物理学史介绍，使学生了解物理学家对物理结构的实验——理论——再实验——再理论的认识过程，了解微观物理学对现代科学技术重大影响和各种应用，并为以后继续学习量子力学和有关课程打下基础。
4.教学内容及要求
绪论
要求
(1)掌握原子物理学和研究内容和研究方法；
(2)了解原子物理学、原子核物理学的发展简史。
第1章原子的位形：卢瑟福模型
1.1 原子的质量和大小
1.2 原子的核式结构
本章小结、习题课
要求
(1)了解原子的基本参数,了解电子发现的过程；
(2)熟悉几种原子模型,熟悉库仑散射公式;
(3)掌握核式结构模型、掌握卢瑟福散射公式。
第2章原子的量子态：玻尔模型
2.1 光谱
2.2 氢原子光谱的实验规律
2.3 玻尔氢原子理论
2.4 氢原子光谱的理论解释
2.5 类氢体系的光谱
2.6 夫兰克——赫兹实验与原子能级
2.7 量子化通则，电子的椭圆轨道与氢原子能量的相对论效应
2.8 原子的激发和辐射，激光原理
2.9 对应原理和玻尔理论的地位
本章小结、习题课
要求
(1)了解氢光谱；
(2)熟悉玻尔理论;熟悉原子轨道模型；
(3)掌握玻尔理论的三条定则，熟练应用里德伯公式进行光谱以及相关计算。
第3章量子力学导论
3.1 物质波粒二象性
3.2 不确定关系
3.3 波函数及物理意义
3.4 薛定谔方程
3.5 氢原子的薛定谔方程
本章小结、习题课
要求
(1)了解物质波粒二象性、波函数；
(2)熟悉薛定谔方程;
(3)掌握不确定关系。
第4章原子的精细结构：电子的自旋4.1 原子中电子运动轨道的磁矩
4.2 史特恩-盖拉赫实验
4.3 电子自旋的假设
4.4 碱金属双线
4.5 塞曼效应
*4.6 氢原子能谱研究进展
本章小结、习题课
要求
(1)了解电子运动轨道的磁矩、自旋磁矩、总磁矩；
(2)熟悉塞曼效应;
(3)掌握塞曼效应的相关计算。
第5章多电子原子：泡利原理
5.1 氦的光谱和能级
5.2 两个电子的耦合
5.3 泡利不相容原理
5.4 元素周期表
本章小结、习题课
要求
(1)了解电子耦合；
(2)熟悉泡利不相容原理；熟悉元素周期表排列原则;
(3)掌握SS耦合、jj耦合，能用耦合理论对原子现象进行分析。
第6章 X射线
6.l X射线的发现及其波性
6.2 X射线产生的机制
6.3 康普顿散射
6.4 X射线的吸收
本章小结、习题课
要求
(1)了解X射线构成；
(2)熟悉X射线产生的机理;
(3)掌握康普顿散射、应用理论解释实际问题。
第7章原子核物理概论
7.1 原子核物理的对象
7.2 核的基态特性之一：核质量
7.3 核力
7.4 核的基本特性之二：核矩
7.5 核模型
7.6 放射性衰变的基本规律
7.7 α衰变
7.8 β衰变
7.9 γ衰变
7.10 核反应
7.11 裂变与聚变：原子能的利用本章小结、习题课
要求
(1)了解核质量、核矩、核模型；
(2)熟悉几种衰变;
(3)掌握核反应规律及相应计算。
第8章超精细相互作用
8.l 磁偶极超精细相互作用
8.2 电四极超精细相互作用
8.3 同位素移位与同质异能移位
本章小结
5.实践环节
进行近代物理实验中的原子物理实验.必做项目12个，选作项目2个，设计实验项目1个。
具体项目参照实验教学大纲、实验讲义、实验教材；实验时间依据近代物理实验安排、。
6.课外习题、课程讨论、课程小论文
为巩固理论学习知识，练习教材每章后的习题课外习题根据课授内容选择相关习题进行实际练习40个左右。
根据作业中共性问题在理论课程上进行习题讨论课6次。
撰写课程小论文一篇，参考2.8课程论文中《小论文的题目及要求》。
7.教学方法与手段
使用《原子物理学》网络多媒体教学光盘或软件，用于课堂教学，辅助于动画演示、图片展示等方法。
8.教学时间及安排
9.考核方式
1.卷面考试：采用标准化试题库试题。
2.作业效果分。
3.平时答问成绩。
（问题讨论评价，小论文、听课出勤情况、课堂小测量成绩、平时作业成绩）
考核总评成绩由以上3项确定，作业效果分+平时答问成绩不超过总评成绩的30%。
期末占考试70%。
10.推荐教材和教学参考书
教材：《原子物理学》（第3版），杨福家，高教出版社，2000.7
主要参考书：
1.褚圣麟.《原子物理学》，高教出版社，1995.3.
2.王正行.《近代物理学》，北京大学出版社,1995.1.
3.史斌星.《量子物理》，清华大学出版社，1982.8.。