第一篇：原子物理學(xué)課后習(xí)題詳解第1章(褚圣麟)

原子物理學(xué)習(xí)題解答

劉富義編

第一章 原子的基本狀況

1.1 若盧瑟福散射用的?粒子是放射性物質(zhì)鐳C'放射的，其動能為7.68?106電子伏特。散射物質(zhì)是原子序數(shù)Z?79的金箔。試問散射角??150?所對應(yīng)的瞄準(zhǔn)距離b多大？

解：根據(jù)盧瑟福散射公式：

ctg

得到：

?

2?4??0

Mv

22Ze

b?4??0

K?Ze

2b

b?

Zectg

?

4??0K?

?

79?(1.60?10)ctg

(4??8.85?10

?12

192)?(7.68?10?10

15026

?

?19)

?3.97?10

?1

5米

式中K??

Mv是?粒子的功能。

1.2已知散射角為?的?粒子與散射核的最短距離為

rm?（14??0)

2ZeMv

(1?

1sin

2)，試問上題?粒子與散射的金原子核

之間的最短距離rm多大？

解：將1.1題中各量代入rm的表達(dá)式，得：rmin?（14??0))

2ZeMv

(1?

1sin

?

2)

?9?10?

94?79?(1.60?10

6?19)

7.68?10?1.60?10

?1

4?19

?(1?

sin75

?

?3.02?10

米

1.3 若用動能為1兆電子伏特的質(zhì)子射向金箔。問質(zhì)子與金箔。問質(zhì)子與金箔原子核可能達(dá)到的最小距離多大？又問如果用同樣能量的氘核（氘核帶一個?e電荷而質(zhì)量是質(zhì)子的兩倍，是氫的一種同位素的原子核）代替質(zhì)子，其與金箔原子核的最小距離多大？

解：當(dāng)入射粒子與靶核對心碰撞時，散射角為180。當(dāng)入射粒子的動能全部轉(zhuǎn)化為兩粒子間的勢能時，兩粒子間的作用距離最小。

根據(jù)上面的分析可得：

?

Mv

?K

p

?

Ze

4??0rmin

?19，故有：rmin?

Ze

4??0K

p

?9?10?

79?(1.60?10

6)

10?1.60?10

?19

?1.14?10

?1

3米

由上式看出：rmin與入射粒子的質(zhì)量無關(guān)，所以當(dāng)用相同能量質(zhì)量和相同電量得到核代替質(zhì)子時，其與靶核的作用的最小距離仍為1.14?10?13米。

1.4 釙放射的一種?粒子的速度為1.597?107米/秒，正面垂直入射于厚度為10?7米、密度為1.932?104公斤/米的金箔。試求所有散射在??90?的?粒子占全部入射粒子數(shù)的百分比。已知金的原子量為197。

解：散射角在????d?之間的?粒子數(shù)dn與入射到箔上的總粒子數(shù)n的比是：

dnn

?Ntd?

其中單位體積中的金原子數(shù)：N??/mAu??N0/AAu 而散射角大于900的粒子數(shù)為：dn

'

??dn?nNt?d?

?

dn

所以有：

'

n

?Nt??d?

?

?

?N0

AAu

?t?（14??0)?（2ZeMu

2)

?90?

180

?

cossin

??

d? 2

等式右邊的積分：I??90?

180

?

cossin

??

d??2?180?

?902

dsinsin

??

?

1故

dnn

'

?

?N0

AAu

?t?（?6

14??0)?（2ZeMu

22)

?8.5?10

7?8.5?10

?4?

即速度為1.597?10米/秒的?粒子在金箔上散射，散射角大于90以上的粒子數(shù)大約是

8.5?10

?40。

?

1.5 ?粒子散射實驗的數(shù)據(jù)在散射角很小時與理論值差得較遠(yuǎn)，時什么原（??15）

因？

答：?粒子散射的理論值是在“一次散射“的假定下得出的。而?粒子通過金屬箔，經(jīng)過好多原子核的附近，實際上經(jīng)過多次散射。至于實際觀察到較小的?角，那是多次小角散射合成的結(jié)果。既然都是小角散射，哪一個也不能忽略，一次散射的理論就不適用。所以，?粒子散射的實驗數(shù)據(jù)在散射角很小時與理論值差得較遠(yuǎn)。

1.6 已知?粒子質(zhì)量比電子質(zhì)量大7300倍。試?yán)弥行粤Ｗ优鲎瞾碜C明：?粒子散射“受電子的影響是微不足道的”。

證明：設(shè)碰撞前、后?粒子與電子的速度分別為：v,v',0,ve'。根據(jù)動量守恒定律，得：

??

?

??'?'Mv??Mv??mve

??'?'m?'1

ve?ve……(1)由此得：v??v??M7300

又根據(jù)能量守恒定律，得：

Mv??

'2

Mv?

'2

?

mv

'2

e

v??v?

將（1）式代入（2）式，得：

v??v?

'2

?

mM

v

'2e

……（2）

??'2

?7300(v??v?)

'2

整理，得：v?(7300?1)?v?(7300?1)?2?7300v?v?cos??0

?7300?1

??'2

?上式可寫為：7300（v??v?)?0 ??'

?v??v??0

'

即?粒子散射“受電子的影響是微不足道的”。

1.7能量為3.5兆電子伏特的細(xì)?粒子束射到單位面積上質(zhì)量為1.05?10

?2

公斤/米的?5

?

銀箔上，?粒子與銀箔表面成60角。在離L=0.12米處放一窗口面積為6.0?10

米的計

數(shù)器。測得散射進此窗口的?粒子是全部入射?粒子的百萬分之29。若已知銀的原子量為107.9。試求銀的核電荷數(shù)Z。

解：設(shè)靶厚度為t。非垂直入射時引起?

度t，而是t?t/sin60，如圖1-1所示。

'

'

'

?

因為散射到?與??d?之間d?立體 角內(nèi)的粒子數(shù)dn與總?cè)肷淞Ｗ訑?shù)n的比為：

dnn

而d?為：

?Ntd?(1)

d??（14??)（zeMv

22)

d?sin

?

（2）

把（2）式代入（1）式，得：

dnn?Nt（14??)（zeMv

22)

d?sin

?

……（3）

式中立體角元d??ds/L2,t?t'/sin600?2t'/3,??200

N為原子密度。Nt'為單位面上的原子數(shù)，Nt??/mAg??(AAg/N0)

'

?1，其中?是單位

面積式上的質(zhì)量；mAg是銀原子的質(zhì)量；AAg是銀原子的原子量；N0是阿佛加德羅常數(shù)。

將各量代入（3）式，得：

dnn

?

2?N03AAg

（14??)（zeMv

22)

d?sin

?

由此，得：Z=47

1.8 設(shè)想鉛（Z=82）原子的正電荷不是集中在很小的核上，而是均勻分布在半徑約為

?10

米的球形原子內(nèi)，如果有能量為10電子伏特的?粒子射向這樣一個“原子”，試通過

計算論證這樣的?粒子不可能被具有上述設(shè)想結(jié)構(gòu)的原子產(chǎn)生散射角大于90的散射。這個結(jié)論與盧瑟福實驗結(jié)果差的很遠(yuǎn)，這說明原子的湯姆遜模型是不能成立的（原子中電子的影響可以忽略）。

解：設(shè)?粒子和鉛原子對心碰撞，則?粒子到達(dá)原子邊界而不進入原子內(nèi)部時的能量有下式?jīng)Q定：

12Mv

?2Ze

/4??0R?3.78?10

?16

焦耳?2.36?10電子伏特

由此可見，具有10電子伏特能量的?粒子能夠很容易的穿過鉛原子球。?粒子在到達(dá)原子

表面和原子內(nèi)部時，所受原子中正電荷的排斥力不同，它們分別為：

F?2Ze

/4??0R和F?2Zer/4??0R。可見，原子表面處?粒子所受的斥力最大，越

223

靠近原子的中心?粒子所受的斥力越小，而且瞄準(zhǔn)距離越小，使?粒子發(fā)生散射最強的垂

直入射方向的分力越小。我們考慮粒子散射最強的情形。設(shè)?粒子擦原子表面而過。此時受力為F?2Ze2/4??0R2?？梢哉J(rèn)為?粒子只在原子大小的范圍內(nèi)受到原子中正電荷的作用，即作用距離為原子的直徑D。并且在作用范圍D之內(nèi)，力的方向始終與入射方向垂直，大小不變。這是一種受力最大的情形。

根據(jù)上述分析，力的作用時間為t=D/v, ?粒子的動能為

v?

2K/M，所以，t?D/v?D

t

Mv

?K，因此，M/2K

根據(jù)動量定理：?Fdt?p??p??Mv??0

而?Fdt?2Ze2/4??0R2?dt?2Ze2t/4??0R2

tt

所以有：2Ze2t/4??0R2?Mv? 由此可得：v??2Ze2t/4??0R2M

?粒子所受的平行于入射方向的合力近似為0，入射方向上速度不變。據(jù)此，有：

tg??

v?v

?2Zet/4??0RMv?2ZeD/4??0RMv

?3

?2.4?10

這時?很小，因此tg????2.4?10?3弧度，大約是

8.2。

粒子被鉛原子散射，不可能產(chǎn)生

‘

這就是說，按題中假設(shè)，能量為1兆電子伏特的?

散射角??900的散射。但是在盧瑟福的原子有核模型的情況下，當(dāng)?粒子無限靠近原子核時，會受到原子核的無限大的排斥力，所以可以產(chǎn)生??900的散射，甚至?xí)a(chǎn)生??180的散射，這與實驗相符合。因此，原子的湯姆遜模型是不成立的。

第二篇：《原子物理學(xué)》教學(xué)大綱(修訂)2016

《原子物理學(xué)》教學(xué)大綱

一、教學(xué)目的與任務(wù)

課程性質(zhì)：《原子物理學(xué)》是物理教育專業(yè)的專業(yè)必修課程。本課程著重從物理實驗規(guī)律出發(fā)，引進近代物理關(guān)于微觀世界的重要概念和原理，探討原子、原子核及基本粒子的結(jié)構(gòu)和運動規(guī)律，解釋它們的宏觀性質(zhì)，以及在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)上的重大應(yīng)用。本課程強調(diào)物理實驗的分析、微觀物理概念、物理圖像和物理模型的建立和理解。

教學(xué)目的：物理學(xué)對物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)的研究已經(jīng)從原子層次深入到了原子核及基本粒子等層次，原子物理學(xué)又作為進一步學(xué)習(xí)原子層次以下其它物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)層次的起點，通過原子物理學(xué)課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握原子結(jié)構(gòu)及核結(jié)構(gòu)圖象，原子的能級與輻射，外磁場對原子的作用、原子光譜規(guī)律及其產(chǎn)生機制等知識，使學(xué)生逐步掌握原子物理學(xué)中的實驗事實和基本規(guī)律、基本原理及研究有關(guān)問題的思路和方法，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)和提出問題、建立物理模型、定性分析與定量計算的能力、理論聯(lián)系實際的能力和獨立獲取知識的能力，開闊學(xué)生的思路，激發(fā)學(xué)生的探索和創(chuàng)新精神，提升其科學(xué)技術(shù)的整體素養(yǎng)，并為進一步學(xué)習(xí)量子力學(xué)、固體物理學(xué)及近代物理實驗等課程打好基礎(chǔ)。

二、教學(xué)基本要求

從原子結(jié)構(gòu)模型出發(fā)使學(xué)生對原子的結(jié)構(gòu)有個初步認(rèn)識，理解原子核式結(jié)構(gòu)，掌握原子能級概念和光譜的一般知識；理解氫原子的波爾理論，了解伏蘭克-赫茲實驗；了解氫原子能量的相對論效應(yīng)；了解斯特恩－蓋拉赫實驗，理解原子的空間取向量子化；了解堿金屬光譜的精細(xì)結(jié)構(gòu)，電子自旋與軌道的相互作用；理解兩個價電子的原子態(tài)，了解泡利原理；理解原子磁矩及外磁場對原子的作用，了解順磁共振和塞曼效應(yīng)；掌握原子的殼層結(jié)構(gòu)和原子基態(tài)的電子組態(tài)；了解康普頓效應(yīng)，理解X射線的衍射。

三、教學(xué)內(nèi)容、要求與學(xué)時分配

緒論 2學(xué)時

介紹原子物理學(xué)的地位與作用、研究對象與研究方法、發(fā)展史以及學(xué)習(xí)上應(yīng)注意的問題。第一章 原子的基本狀況 3學(xué)時 1.1 原子的質(zhì)量和大小 1學(xué)時 1.2 原子核式結(jié)構(gòu) 1學(xué)時 1.3 同位素 1學(xué)時 教學(xué)重點與難點：

(1)盧瑟福原子核式結(jié)構(gòu)模型；

(2)α粒子散射理論與盧瑟福散射公式及其應(yīng)用。本章教學(xué)要求：

(1)了解α粒子散射實驗對認(rèn)識原子結(jié)構(gòu)的作用；(2)掌握原子的核式結(jié)構(gòu)。

第二章 原子的能級和輻射

10學(xué)時 2.1 光譜—研究原子結(jié)構(gòu)的重要途徑之一 1學(xué)時 2.2 氫原子光譜和原子光譜的一般情況 1學(xué)時 2.3 玻爾的氫原子理論和關(guān)于原子的普遍規(guī)律 1學(xué)時 2.4 類氫離子的光譜 1學(xué)時 2.5 夫蘭克－赫茲實驗與原子能級 1學(xué)時 2.6 量子化通則 1學(xué)時

2.7 電子的橢圓軌道與氫原子能量的相對論效應(yīng) 1學(xué)時 2.8 史特恩－蓋拉赫實驗與原子空間取向的量子化 1學(xué)時 2.9 原子的激發(fā)與輻射 激光原理 1學(xué)時 2.10對應(yīng)原理和玻爾理論的地位。

1學(xué)時 教學(xué)重點與難點：

(1)應(yīng)用里德伯公式計算氫原子和類氫離子的譜線；(2)量子化通則及索末菲量子化條件。本章教學(xué)要求：

(1)掌握氫原子光譜的實驗規(guī)律；

(2)掌握氫原子的玻爾理論和索末菲量子化條件，建立量子化概念；(3)掌握原子軌道磁矩概念，了解磁場對原子的作用；(4)了解史特恩－蓋拉赫實驗，掌握空間量子化條件。第三章 量子力學(xué)初步 2學(xué)時 3.1 物質(zhì)的二象性 3.2.測不準(zhǔn)原理

3.3 波函數(shù)及其物理意義 1學(xué)時 3.4 薛定諤波動方程 3.5 量子力學(xué)問題的幾個簡例

3.6 量子力學(xué)對氫原子的描述 1學(xué)時 教學(xué)重點與難點：

(1)波函數(shù)及其物理意義；(2)量子力學(xué)對氫原子的描述。本章教學(xué)要求：

介紹量子力學(xué)對氫原子的描述結(jié)果，其它內(nèi)容在量子力學(xué)中學(xué)習(xí)。第四章 堿金屬原子和電子自旋 8學(xué)時 4.1 堿金屬原子的光譜 1學(xué)時 4.2 原子實的極化和軌道的貫穿 1學(xué)時 4.3 堿金屬原子光譜的精細(xì)結(jié)構(gòu) 2學(xué)時 4.4 電子自旋同軌道運動的相互作用 2學(xué)時 4.5 單電子輻射躍遷的選擇定則 1學(xué)時 4.6 氫原子光譜的精細(xì)結(jié)構(gòu)與＊藍(lán)姆移動 1學(xué)時 教學(xué)重點與難點：

(1)堿金屬原子光譜的規(guī)律；(2)單電子輻射躍遷的選擇定則；

(3)電子自旋概念的建立和堿金屬原子光譜的精細(xì)結(jié)構(gòu)。本章教學(xué)要求：

(1)掌握堿金屬原子光譜的實驗規(guī)律，了解原子實的極化和軌道貫穿；(2)了解光譜的精細(xì)結(jié)構(gòu)及電子自旋同軌道運動的相互作用；(3)掌握單電子原子躍遷的選則定則；(4)掌握描述原子中電子狀態(tài)的四個量子數(shù)。第五章 多電子原子 8學(xué)時

5.1 氦及周期系第二族元素的光譜和能級 2學(xué)時 5.2 具有兩個價電子的原子態(tài) 2學(xué)時 5.3 泡利原理與＊同科電子 1學(xué)時 5.4 復(fù)雜原子光譜的一般規(guī)律 1學(xué)時 5.5 輻射躍遷的選擇定則 1學(xué)時

5.6 原子的激發(fā)和輻射躍遷的一個實例——氦氖激光器 1學(xué)時 教學(xué)重點與難點：

(1)應(yīng)用LS耦合矢量模型討論多電子原子的原子態(tài)；(2)輻射躍遷的選擇定則。本章教學(xué)要求：

(1)掌握氦及第二族元素光譜的實驗規(guī)律；(2)掌握角動量耦合的意義和原子狀態(tài)符號的書寫。第六章 在磁場中的原子 6學(xué)時 6.1 原子的磁矩 1學(xué)時 6.2 外磁場對原子的作用 1學(xué)時 6.3 史特恩－蓋拉赫實驗的結(jié)果 1學(xué)時 6.4 順磁共振 1學(xué)時 6.5 塞曼效應(yīng) 2學(xué)時 6.6 ＊抗磁性、順磁性和鐵磁性 教學(xué)重點與難點：(1)原子的磁矩；(2)外磁場對原子的作用；(3)塞曼效應(yīng)的理論解釋。本章教學(xué)要求：

(1)掌握原子軌道磁矩概念，了解磁場對原子的作用；

(2)了解順磁共振和塞曼效應(yīng)，理解正常塞曼效應(yīng)的理論解釋。第七章 原子的殼層結(jié)構(gòu) 2學(xué)時 7.1 元素性質(zhì)的周期性變化

7.2 原子的電子殼層結(jié)構(gòu) 1學(xué)時 7.3 原子基態(tài)的電子組態(tài) 1學(xué)時 教學(xué)重點與難點： 教學(xué)重點與難點：(1)原子結(jié)構(gòu)與元素性質(zhì)周期變化的內(nèi)在聯(lián)系；(2)周期表中原子內(nèi)層電子分布的一般規(guī)律；(3)原子基態(tài)的電子組態(tài)。本章教學(xué)要求：

(1)掌握原子結(jié)構(gòu)與元素性質(zhì)周期變化的內(nèi)在聯(lián)系；

(2)掌握周期表中原子內(nèi)層電子分布的一般規(guī)律和原子基態(tài)的電子組態(tài)。第八章 X射線 5學(xué)時

8.1 X射線的產(chǎn)生及其波長和強度的測量 1學(xué)時 8.2 X射線的發(fā)射譜 1學(xué)時 8.3 同X射線有關(guān)的原子能級

1學(xué)時 8.4 X射線的吸收 1學(xué)時 8.5 康普頓效應(yīng)

1學(xué)時 8.6 X射線在晶體中的衍射 教學(xué)重點與難點：

(1)X射線的產(chǎn)生機制及原子內(nèi)層電子結(jié)構(gòu)；(2)同X射線有關(guān)的原子能級。本章教學(xué)要求：

(1)了解X射線的產(chǎn)生機制及原子內(nèi)層電子結(jié)構(gòu)；(2)了解莫塞萊定律的物理實質(zhì)；

(3)了解康普頓效應(yīng)，理解X射線的衍射。第九章 分子結(jié)構(gòu)和分子光譜 9.1 分子的鍵聯(lián) 9.2 分子光譜和分子能級 9.3 雙原子分子的電子態(tài) 9.4 雙原子分子的振動光譜

9.5 雙原子分子光譜的轉(zhuǎn)動結(jié)構(gòu)和分子常數(shù)的測定 9.6 組合散射（拉曼效應(yīng)）9.7 多原子分子簡述 教學(xué)重點與難點：

(1)雙原子分子的電子態(tài)；(2)雙原子分子光譜的轉(zhuǎn)動結(jié)構(gòu)和分子常數(shù)的測定；(3)組合散射（拉曼效應(yīng)）。

＊本章教學(xué)要求：可根據(jù)需要選講。

第十章 原子核 8學(xué)時 10.1 原子核的基本性質(zhì) 1學(xué)時 10.2 原子核的放射衰變 1學(xué)時

10.3 射線同實物的相互作用和放射性的應(yīng)用 1學(xué)時 10.4 核力 1學(xué)時 10.5 原子核結(jié)構(gòu)模型 1學(xué)時 10.6 原子核反應(yīng) 1學(xué)時 10.7 原子核裂變和原子能 1學(xué)時 10.8 原子核裂變和原子能利用的展望 1學(xué)時 教學(xué)重點與難點：

(1)放射性衰變規(guī)律及對衰變常數(shù)、半衰期和平均壽命的理解；(2)核反應(yīng)中的守恒定律、反應(yīng)能閾能和反應(yīng)截面。本章教學(xué)要求：

(1)了解原子核的基本性質(zhì)和成分；理解結(jié)合能的意義并能熟練計算；(2)掌握衰變規(guī)律及衰變方程；理解衰變常數(shù)、半衰期和平均壽命的物理意義；

(3)掌握反應(yīng)能的概念；掌握裂變和聚變的基本特點和條件；(4)掌握幾種類型的反應(yīng)方程；了解放射性同位素的應(yīng)用。第十一章 基本粒子

11.1 基本粒子和粒子的相互作用 11.2 粒子的觀測 11.3 守恒定律和對稱原理 11.4 共振態(tài)

11.5 強子分類和層子模型 11.6 關(guān)于電磁相互作用 11.7 弱相互作用 教學(xué)重點與難點：(1)粒子的分類；

(2)對基本粒子的守恒定律和對稱性的理解。

＊本章教學(xué)要求：可根據(jù)需要選講。

四、課程教學(xué)方法與手段

注重科學(xué)性與思想性相統(tǒng)一的原則，理論聯(lián)系實際，注意知識的直觀性、實踐性和邏輯結(jié)構(gòu)性，兼顧具體與抽象，采取講授兼討論、演示（可配合多媒體課件教學(xué)）兼探究等深入淺出的教學(xué)方法。從微觀結(jié)構(gòu)的考慮入手，揭示與之相關(guān)的宏觀現(xiàn)象與規(guī)律的本質(zhì)。使學(xué)生掌握原子的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)及有關(guān)問題；掌握原子能級概念和光譜的一般知識；理解氫原子的波爾理論；掌握原子的殼層結(jié)構(gòu)和原子基態(tài)的電子組態(tài)。按對各部分教學(xué)內(nèi)容的要求不同，將課程內(nèi)容分為掌握、理解、了解三級，對部分內(nèi)容根據(jù)學(xué)生所學(xué)后續(xù)課程的不同，可以適當(dāng)升、降一級，由教師在教學(xué)過程中靈活掌握。

五、教材與學(xué)習(xí)資源

教 材：褚圣麟編.《原子物理學(xué)》，高等教育出版社,2014.參考書：

[1]楊福家.原子物理學(xué)（第三版）.高等教育出版社,2000.[2]2顧建中.原子物理學(xué).高等教育出版社,1998.[3]周尚文.原子物理學(xué).蘭州大學(xué)出版社,1995.[4]C.赫茲堡.原子光譜和原子結(jié)構(gòu).科學(xué)出版社,1959.[5]W.C.理查茲等.原子結(jié)構(gòu)和原子光譜.人民教育出版社,1982.[6]郭敦仁.量子力學(xué)初步.人民教育出版社,1979.[7]海森堡.原子核物理學(xué).科學(xué)出版社,1958.[8]R.高特里奧等.近代物理學(xué).科學(xué)出版社,1981.[9]E.h.威切曼.量子物理學(xué).伯克利物理學(xué)教程（第三卷），人民教育出版社.網(wǎng)上學(xué)習(xí)資源：

1、http://210.45.192.19/kecheng/2009shengji/6/dianzijiaoan.html

2、http://web.gdei.edu.cn/wlx/jiaoyanchengguo/jpkc/29pmtkakt q5eo.xhtml

3、http://004km.cn/ec-webpage-show/check CourseNumber.do ?courseNumber=15571062

六、本課程與其他課程的關(guān)系

本課程需在高等數(shù)學(xué)、力學(xué)、電磁學(xué)、光學(xué)之后開設(shè)，同時又是量子力學(xué)、激光原理、固體物理等后繼課程的前導(dǎo)課程。建議在三年級第一學(xué)期開設(shè)為宜。

七、課程考核方式與成績評定 期末考試70%+作業(yè)和課堂表現(xiàn)30%

八、其它問題說明

大綱基本內(nèi)容（不帶*號部分）要求在54學(xué)時內(nèi)完成，帶*號部分內(nèi)容做為選學(xué)內(nèi)容由教師在教學(xué)過程中靈活掌握。

第三篇：原子物理學(xué)教學(xué)大綱

原子物理學(xué) 課程教學(xué)大綱

一、課程說明

（一）課程名稱、所屬專業(yè)、課程性質(zhì)、學(xué)分；

課程名稱：原子物理學(xué) 所屬專業(yè)：物理學(xué)專業(yè) 課程性質(zhì)：基礎(chǔ)課 學(xué)

分：4

（二）課程簡介、目標(biāo)與任務(wù)；

原子物理學(xué)是物理類專業(yè)本科生的專業(yè)必修課，以物質(zhì)結(jié)構(gòu)的第一個微觀層次（原子）為研究對象，是聯(lián)接經(jīng)典物理和近代物理的一門承上啟下的課程。在理論方法上，該課程揭露經(jīng)典理論在原子這一微觀層次遭遇到的困難，并且為了解決這些困難而引入量子力學(xué)，學(xué)生將在本課程中較為系統(tǒng)地學(xué)習(xí)到量子力學(xué)的基本概念、基本原理、基本思想和方法。在應(yīng)用實踐上，通過本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生將系統(tǒng)性地了解和掌握原子物理學(xué)的發(fā)展歷史，獲得有關(guān)原子的電子結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及其與外場相互作用的系統(tǒng)性知識，為以后從事相關(guān)的科學(xué)研究、生產(chǎn)應(yīng)用和教學(xué)工作打下良好的基礎(chǔ)。

（三）先修課程要求，與先修課之間的邏輯關(guān)系和內(nèi)容銜接；

先修課程：《高等數(shù)學(xué)》、《數(shù)學(xué)物理方法》、《力學(xué)》、《理論力學(xué)》、《熱學(xué)》、《電磁學(xué)》、《光學(xué)》

關(guān)系：《高等數(shù)學(xué)》和《數(shù)學(xué)物理方法》是學(xué)習(xí)原子物理學(xué)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)?！读W(xué)》、《理論力學(xué)》、《熱學(xué)》、《電磁學(xué)》和《光學(xué)》包含了學(xué)生在學(xué)習(xí)原子物理學(xué)之前需要掌握的必要的經(jīng)典物理知識。有了這些準(zhǔn)備知識才能理解為何不能用經(jīng)典理論來研究原子體系，從而必須引入量子力學(xué)。

（四）教材與主要參考書；

選用教材：楊福家, 《原子物理學(xué)》 第四版, 高等教育出版社, 2010 主要參考書： 1, C.J.Foot，《Atomic Physics》，Oxford University Press，2005 2, H.Friedrich，《Theoretical Atomic Physics》，Springer，2006 3, 褚圣麟，《原子物理學(xué)》，高等教育出版社，1987 4, 曾謹(jǐn)言，《量子力學(xué)》，科學(xué)出版社，2000 5, 盧希庭，《原子核物理》，原子能出版社，1981

二、課程內(nèi)容與安排

緒 論 原子物理學(xué)的發(fā)展歷史（2學(xué)時）【了解】

第一章 原子的組成和結(jié)構(gòu)（5學(xué)時）

第一節(jié) 原子的質(zhì)量和大小【掌握】 第二節(jié) 電子的發(fā)現(xiàn)【了解】 第三節(jié) 原子結(jié)構(gòu)模型【了解】

第四節(jié) 原子的核式結(jié)構(gòu)，盧瑟福散理論【重點掌握】【難點】 第五節(jié) 盧瑟福理論的成功和不足【掌握】

第二章 原子的量子態(tài)，玻爾理論（8學(xué)時）

第一節(jié) 背景知識：黑體輻射、光電效應(yīng)和氫原子光譜【掌握】 第二節(jié) 玻爾的氫原子理論【重點掌握】【難點】 第三節(jié) 玻爾理論的實驗驗證【掌握】

第四節(jié) 玻爾理論的推廣：橢圓軌道理論和堿金屬原子光譜【重點掌握】 第五節(jié) 玻爾理論的成功與缺陷【掌握】

第三章 量子力學(xué)導(dǎo)論（18學(xué)時）【重點掌握】【難點】

第一節(jié) 波粒二象性 第二節(jié) 不確定關(guān)系 第三節(jié) 波函數(shù)及其統(tǒng)計解釋 第四節(jié) 態(tài)疊加原理 第五節(jié) 薛定諤方程 第六節(jié) 薛定諤方程應(yīng)用舉例 第七節(jié)平均值和算符 第八節(jié) 量子力學(xué)總結(jié)

第九節(jié) 氫原子／類氫離子的量子力學(xué)解法 第十節(jié) 愛因斯坦關(guān)于輻射和吸收的唯象理論 第十一節(jié) 量子躍遷理論，含時微擾論 第四章 原子的精細(xì)結(jié)構(gòu)，電子自旋（14學(xué)時）【重點掌握】【難點】

第一節(jié) 電子的軌道磁矩 第二節(jié) 施特恩－蓋拉赫實驗 第三節(jié) 電子的自旋和自旋磁矩

第四節(jié) 相對論量子力學(xué)初步，狄拉克方程 第五節(jié) 自旋軌道相互作用，原子的精細(xì)結(jié)構(gòu) 第六節(jié) 外場對原子的作用，定態(tài)微擾論

第七節(jié) 外磁場對原子的作用，塞曼效應(yīng)，帕邢－巴克效應(yīng) 第八節(jié) 外電場對原子的作用，斯塔克效應(yīng)，運動電場

第五章 多電子原子，泡利原理（10學(xué)時）【重點掌握】【難點】

第一節(jié) 多電子的耦合 第二節(jié) 氦原子的光譜和能級 第三節(jié) 泡利不相容原理

第四節(jié) 量子多體理論初步，平均場近似 第五節(jié) 原子的殼層結(jié)構(gòu)，元素周期表 第六節(jié) 原子基態(tài)，洪特定則，朗德間隔定則 第七節(jié) 氦原子／類氦離子的量子力學(xué)解法

第六章 Ｘ射線（5學(xué)時）

第一節(jié) Ｘ射線的發(fā)現(xiàn)和波動性【了解】 第二節(jié) Ｘ射線的產(chǎn)生機制【掌握】 第三節(jié) 康普頓散射【重點掌握】 第四節(jié) Ｘ射線在物質(zhì)中的吸收【了解】

第七章 原子核物理概論（10學(xué)時）

第一節(jié) 原子核物理的研究對象和發(fā)展歷史【了解】 第二節(jié) 核的基態(tài)性質(zhì)一：核質(zhì)量，結(jié)合能【掌握】 第三節(jié) 核力的介子理論【了解】 第四節(jié) 核的基態(tài)性質(zhì)二：核矩【掌握】 第五節(jié) 原子核多體問題的困難【了解】

第六節(jié) 核結(jié)構(gòu)模型：費米氣體模型、液滴模型、殼模型、集體運動模型【了解】 第七節(jié) 放射性衰變的基本規(guī)律【掌握】

第八節(jié) 阿爾法衰變、貝塔衰變和伽瑪衰變【掌握】 第九節(jié) 穆斯堡爾效應(yīng)【掌握】 第十節(jié) 核反應(yīng)，Ｑ方程【掌握】

第十一節(jié) 核反應(yīng)模型：復(fù)合核模型、光學(xué)模型、黑核模型、蒸發(fā)模型【了解】 教學(xué)方法：教學(xué)中始終突出以學(xué)生為本的教育理念，重視課程的規(guī)劃和建設(shè)，按照課程體系制定規(guī)范的教學(xué)大綱和教學(xué)進度表；因材施教使學(xué)生掌握物理學(xué)的發(fā)展脈絡(luò)和做科研的方法，使學(xué)生變被動學(xué)習(xí)為主動學(xué)習(xí)，真正達(dá)到從會學(xué)到好學(xué)；通過啟發(fā)式教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生較強的主動思考習(xí)慣，注重對大學(xué)生創(chuàng)新思維和解決實際問題能力的培養(yǎng)；及時與學(xué)生進行有效溝通，布置課后作業(yè)，必要時進行習(xí)題講解；將科研前沿引入課堂，使學(xué)生了解原子物理、量子力學(xué)和量子多體理論的研究現(xiàn)狀和發(fā)展前景；開發(fā)并實施多媒體教學(xué)手段，使得課程的教學(xué)實施建立在現(xiàn)代教育技術(shù)平臺之上。

考核方式：采用平時作業(yè)、課堂提問、和期末閉卷考試相結(jié)合的方式綜合評價學(xué)生的成績。

制定人：房鐵峰審定人： 批準(zhǔn)人： 日 期：

司明蘇

第四篇：原子物理學(xué)（共）

原子物理學(xué)（專業(yè)基礎(chǔ)課）

Atomic Physics

以下部分標(biāo)題填寫用黑體五號字體，具體填寫內(nèi)容字體為宋體五號）

【課程編號】BJ2622

5【學(xué)分?jǐn)?shù)】3.5

【學(xué)時數(shù)】66 = 62 + 4 【課程類別】專業(yè)基礎(chǔ) 【編寫日期】2010.3.30 【先修課程】高數(shù)、力學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)、光學(xué)

【適用專業(yè)】物理學(xué)

一、教學(xué)目的、任務(wù)

原子物理是高等院校物理等專業(yè)的必修課。通過本課程教學(xué)，使學(xué)生初步了解物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)和運動規(guī)律，了解可無限分割的物質(zhì)世界中三個遞深的結(jié)構(gòu)層次，為學(xué)習(xí)量子力學(xué)和有關(guān)課程打下基礎(chǔ)。

二、課程教學(xué)的基本要求

本課程從實驗事實出發(fā)，以闡述原子結(jié)構(gòu)為中心，聯(lián)系物理學(xué)發(fā)展史和科研前沿，討論原子和原子核這一物質(zhì)結(jié)構(gòu)層次的基本內(nèi)容。引進量子化概念，探討原子、原子核與基本粒子的結(jié)構(gòu)和某些運動規(guī)律，解釋它們的表現(xiàn)性質(zhì)。強調(diào)物理實驗的分析，物理概念和物理圖象的建立。理解原子殼式結(jié)構(gòu)，了解原子物理學(xué)的發(fā)展和學(xué)習(xí)方法。掌握原子能量級概念和光譜的一般情況。理解氫原子的波爾理論，了解伏蘭克-赫茲實驗。了解氫原子能量的相對論效應(yīng)。了解蓋拉赫實驗，理解原子的空間取向量子化，理解物質(zhì)的波粒二象性了解不確定原則。理解波函數(shù)及其物理意義和薛定諤方程。了解堿金屬光譜的精細(xì)結(jié)構(gòu)，電子自旋軌道的相互作用。理解兩個價電子的原子態(tài)，了解泡利原理。理解原子磁矩及外磁場對原子的作用，了解順磁共振和塞曼效應(yīng)，掌握原子的殼層結(jié)構(gòu)和原子基態(tài)的電子組態(tài)。了解康普頓效應(yīng)，理解X射線的衍射及原子核物理。

三、教學(xué)內(nèi)容和學(xué)時分配 1+ 3 + 10 + 10 + 6 + 3 + 8 + 8 + 10 + 3 + 4 = 66

（一）理論教學(xué)內(nèi)容及時數(shù)（62）

緒論（1學(xué)時）

1、原子物理學(xué)的研究對象、基本內(nèi)容和發(fā)展簡史

2、原子物理學(xué)與其它學(xué)科、工程技術(shù)學(xué)科的關(guān)系

3、原子物理學(xué)在物理專業(yè)教學(xué)中的地位與作用

4、學(xué)習(xí)注意事項和常用參數(shù)介紹

第一章原子的基本狀況（3學(xué)時）

1.1 原子的質(zhì)量和大小

1.2 原子的核式結(jié)構(gòu)

1.3 同位素

第一章小結(jié)和習(xí)題課

第二章原子的能級和輻射（10學(xué)時）

2.1 光譜——研究原子結(jié)構(gòu)的重要途徑之一

2.2 氫原子的光譜和原子光譜的一般情況

2.3 玻爾的氫原子理論和關(guān)于原子的普遍規(guī)律

2.4 類氫離子和光譜

2.5 夫蘭克－赫茲實驗與原子能源

2.6 量子化通則

2.7 電子的橢園軌道和氫原子能量的相對論效應(yīng)

2.8 史特思－蓋拉赫實驗與原子空間取向的量子化

2.9 對應(yīng)原理和玻爾理論的地位

第二章小結(jié)和習(xí)題課

第三章 堿金屬原子和電子自旋（10學(xué)時）

3.1 堿金屬原子的光譜

3.2 原子實的極化和軌道貫穿

3.3 堿金屬原子光譜的精細(xì)結(jié)構(gòu)

3.4 電子自旋同軌道運動的相互作用

3.5 單電子輻射躍遷的選擇定則

3.6 氫原子光譜的精細(xì)結(jié)構(gòu)

第三章小結(jié)和習(xí)題課

第四章多電子原子（6學(xué)時）

4.1 氦及周期系第二族元素的光譜和能源

4.2 具有二個價電子的原子態(tài)

4.3 泡利原理

4.4 復(fù)雜原子光譜的一般規(guī)律

4.5 輻射躍遷的普用選擇定則

第四章小結(jié)和習(xí)題課

第五章原子的殼層結(jié)構(gòu)（3學(xué)時）

5.1 元素性質(zhì)的周期性變化

5.2 原子的電子殼層結(jié)構(gòu)

5.3 原子基態(tài)的電子組態(tài)

第五章小結(jié)和習(xí)題課

第六章在磁場中的原子（8學(xué)時）

6.1 原子的磁矩

6.2 外磁場對原子的作用

6.3 史特思－蓋拉赫實驗的結(jié)果

6.4 順磁共振

6.5 塞曼效應(yīng)

第六章小結(jié)和習(xí)題課

第七章X射線（8學(xué)時）

7.1 X射線的產(chǎn)生及波長和強度的測量

7.2 X射線在晶體中的衍射

7.3 X射線的發(fā)射譜

7.4 同X射線有關(guān)的原子能源

7.5 X射線的吸收

7.6 康普頓效應(yīng)

第七章小結(jié)和習(xí)題課

第八章原子核（10學(xué)時）

8.1 原子核的基本性質(zhì)

8.2 原子核的放射衰變

8.3 射線同實物的相互作用和放射性作用

8.4 核力

8.5 原子核結(jié)構(gòu)模型

8.6 原子核反應(yīng)

第八章小結(jié)和習(xí)題課

※第九章基本粒子（3學(xué)時）

9.1 基本粒子和粒子的相互作用

9.2 粒子的觀測

9.3 宇稱定律和對稱原理

9.4 共振態(tài)

9.5 強子分類和層子模型

9.6 關(guān)于電磁相互作用

9.7 弱相互作用

（二）研究教學(xué)內(nèi)容及時數(shù)（4）

1、原子物理學(xué)方面的前沿介紹

2、原子物理學(xué)有關(guān)問題的討論

※--機動章節(jié)，可以按照實際情況適當(dāng)調(diào)節(jié)。

四、教學(xué)重點、難點及教學(xué)方法

重點和難點：對微觀科學(xué)的描述不能按宏觀規(guī)律。了解在原子領(lǐng)域中經(jīng)典物理遇到的主要困難，為克服這些困難而引入的一些全新的分析方法和推理方法，一些與經(jīng)典物理不同的新概念：原子的殼式結(jié)構(gòu)，原子能級，空間取向量子化，電子自旋軌道相互作用，泡利不相容原理，磁場對原子的作用，原子殼層結(jié)構(gòu)及原子的電子組態(tài)，X射線在晶體中的衍射。

教學(xué)方法：通過具體例題講解、詳細(xì)分析、歸納各種題型解題的基本思路和方法，并抓緊嚴(yán)格的習(xí)題作業(yè)訓(xùn)練，提高學(xué)生應(yīng)用理論解決實際問題的能力、實現(xiàn)融會貫通；適當(dāng)增加原子物理學(xué)研究的動向和發(fā)展趨勢，開拓學(xué)生的視野和思路。

五、考核方式及成績評定方式：考試

六、教材及參考書目

1、推薦教材：

褚圣麟編．原子物理學(xué)．北京：高等教育出版社，19882、主要參考書：

[1] 顧建中編．原子物理學(xué)．北京：高等教育出版社，1986

[2] 楊福家著．原子物理學(xué)．北京：高等教育出版社，2000

[3] 神承復(fù).原子物理學(xué)(大學(xué)物理學(xué)自習(xí)叢書).上海：知識出版社，1986

[4] 茍清泉．原子物理學(xué).北京：高等教育出版社，1982

[5] 褚圣麟.原子核物理學(xué)導(dǎo)論.北京：高等教育出版社，1987

[6] 周邵森.原子物理學(xué)學(xué)習(xí)指導(dǎo).南昌：江西高校出版社，1993

[7] 趙信.原子物理學(xué)習(xí)指導(dǎo).開封：河南大學(xué)出版社，1990修（制）訂人：審核人：

2010年 3 月30日

第五篇：課后習(xí)題

課后習(xí)題

第一課

背誦第1、2自然段

1、體會句子的含義：

A：那些小丘的線條是那么柔美，就像只用綠色渲染，不用墨線勾勒的中國畫那樣，到處翠色欲流，輕輕流入云際。

答：老舍將草原擬為一幅揮毫潑墨的寫意畫，突出了草原的遼闊碧綠，小丘線條的柔美，整個草原猶如巨幅中國畫那樣讓人賞心悅目。

B：馬上的男女老少穿著各色的衣裳，群馬疾馳，襟飄帶舞，像一條彩虹向我們飛過來。

答：蒙古族老鄉(xiāng)身著節(jié)日盛裝，策馬疾馳，遠(yuǎn)迎來客。鮮艷的服飾，飛馳的駿馬，飄舞的衣襟衣帶，作者將這些景物比作彩虹，不僅形似而且神似，寫出了蒙古族人民的熱情好客。

C：“蒙汗情深何忍別，天涯碧草話斜陽”。

答：蒙古族和漢族人民之間的情誼很深，怎么忍心馬上分別，大家站在蒙古包外，望著一望無際的草原，在夕陽下，相互傾訴著惜別之情。表達(dá)了蒙、漢兩族人民的深情厚誼和依依惜別的感情。

第三課

背誦第12自然段

2、你從爸爸介紹白楊的話里可以看出白楊有哪些特點？

答：白楊樹有三個特點：高大挺拔；適應(yīng)能力強，哪里需要就能在哪里生長；堅貞不屈，任何艱難的環(huán)境都不能動搖。

3、《白楊》一課在表達(dá)上有什么特點？

答：課文在表達(dá)上的特點是：托物言志，借物喻人。

4、體會句子含義：“在一棵高大的白楊樹身邊，幾棵小樹正迎著風(fēng)沙成長起來”。

5、用“哪兒??哪兒??”造句

用“不管??不管??總是??”造句

第五課

背誦三首古詩及意思、注解、思想感情。

第六課

了解P30“資料袋”

第八課

6、“我”發(fā)現(xiàn)了什么？

答：“我”發(fā)現(xiàn)了胚胎發(fā)育規(guī)律的過程。

7、費奧多羅夫是個怎樣的孩子，請概括地說一說。

答：費奧多羅夫是個天真無邪、求知若渴、善于探究和想象的孩子。

8、體會句子含義：“我明白了——世界上重大的發(fā)明與發(fā)現(xiàn)，有時還面臨著受到驅(qū)逐和迫害的風(fēng)險”。

答：這句話講出了科學(xué)事業(yè)發(fā)展過程中的某些真實情況，又用幽默與自嘲的方式，表達(dá)了對此事的看法，意思是說，誰讓我有這樣重大的發(fā)現(xiàn)呢？被轟出教室也就不足為奇了。

例子：意大利科學(xué)家布魯諾，他是哥白尼的推崇者，而且發(fā)展了哥白尼的學(xué)說，他指出太陽是太陽系的中心，結(jié)果被監(jiān)禁七年后活活燒死。

第十課

默寫課文及意思、注解

第十一課

寫出楚王侮辱晏子的幾件事的名稱

答：讓晏子鉆狗洞；說齊國沒有人；嘲笑齊人沒出息。

第十四課

體會句子含義：

“是您帶著全村婦女，頂著打糕，冒著炮火，穿過硝煙，送到陣地上來給我們吃。這真是雪中送炭?。　?/p>

答：這段話表達(dá)了朝鮮人民對志愿軍戰(zhàn)士的熱愛和志愿軍戰(zhàn)士對朝鮮人民的感激之情。

“您為我們:付出了這樣高的代價，難道還不足以表達(dá)您對中國人民的友誼？” 答：這段話用反問的語氣強調(diào)肯定了以大嫂為代表的朝鮮人民對志愿軍戰(zhàn)士比山高比海深的情誼。

第十八課

寫出三個小故事的標(biāo)題

答：完璧歸趙；澠池之會；負(fù)荊請罪。

記住“資料袋”

第十九課

記住“資料袋”

回答問題：

周瑜很高興，叫諸葛亮當(dāng)面立下軍令狀，又?jǐn)[了酒席招待他。（什么是“軍令狀”？諸葛亮立下軍令狀，周瑜為什么很高興？）

答：“軍令狀”是指接受軍令后寫的保證書，如果完不成任務(wù)，愿意接受軍法處置。周瑜經(jīng)過步步緊逼，使諸葛亮答應(yīng)三天內(nèi)造十萬支箭的任務(wù)，認(rèn)為終于可以加害諸葛亮了，所以周瑜很高興。

諸葛亮神機妙算，我真比不上他?。ā吧駲C妙算”是什么意思？諸葛亮神機妙算表現(xiàn)在哪些地方？）

答：“神機妙算”指驚人的機智，巧妙的策劃。形容有預(yù)見性，善于估計客觀形勢，決定策略。

諸葛亮的神機妙算表現(xiàn)在1、算到天氣；

2、算好了受箭方法；

3、算好了人。第二十課

記住“資料袋”

第二十五課

背誦第3自然段

回答問題：

人人為我，我為人人。我覺得這一種境界是頗耐人尋味的。（為什么說這種境界“耐人尋味”？生活中你有沒有感受過類似的境界？）

答：“這一種境界”在這里指“人人為我，我為人人”?！拔覟槿巳恕笔钦f每個人心中要有他人，要有社會責(zé)任感，要用實際行動為大眾著想，為社會盡到自己的義務(wù)。如果大家都這么想，這么做，就必然會換來“人人為我”的結(jié)果。雖然“人人為我”放在前面，但實際上“我為人人”是前提，只有“我為人人”盡到責(zé)任和義務(wù)，才會實現(xiàn)“人人為我”的美好愿望?！叭巳藶槲遥覟槿巳恕钡膶嵗芏?，課文中德國人養(yǎng)花，自己的花是讓別人看的，二各自又看別人的花；學(xué)生輪流值日打掃教室衛(wèi)生，每人帶課外書到班上建立圖書角等，都是人人為我我為人

人。

變化是有的，但是美麗并沒有改變。（你是怎樣理解“美麗并沒有改變”的？）答：作者是說德國沿街的奇麗風(fēng)景沒有改變，依然是“家家戶戶的窗子前都是花團錦簇、姹紫嫣紅。許多窗子連接在一起，匯成了一個花的海洋”。

第二十六課

背誦課文4—6自然段

回答問題：

威尼斯的小艇有二三十英尺長，又窄又深，有點兒像獨木舟。船頭和船艄向上翹起，像掛在天邊的新月，行動輕快靈活，仿佛田溝里的水蛇。（說說威尼斯小艇的特點，并體會加點詞語的好處）

答：小艇的特點體現(xiàn)在三個比喻句上：“像獨木舟”，寫出了小艇長、窄、深的特點；“像掛在天邊的新月”，寫出了小艇兩頭翹起的特點；“仿佛田溝里的水蛇”，寫出了小艇輕快靈活的特點。