《原子物理学》课程教学实施方案 袁剑辉 2012年2月18日 一、课程简介 1. 教学对象：物理学专业本科学生。 2. 主要先修课程：普通物理学、高等数学 3. 主要后续课程：量子力学、固体物理学、近代物理实验 4. 总学时/学分：48学时/3学分。 5. 课程性质：专业课，必修课 6. 教学目的与要求：通过本课程的学习，使学生能够熟练掌握原子物理学、原子核物理学和基本粒子物理学的基本原理、基本概念和基本规律，掌握原子和原子核的结构、运动规律和研究方法，培养学生分析问题和解决问题的能力，并为以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的基础。结合一些物理学史的介绍，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、本课程的教学内容 本课程安排的教学总学时为48 学时，讲课学时为42 学时，课堂讨论（习题课）学时为 6学时。其中课堂讲授的主要内容如下： 序号 章节 教学要求 教学内容 学时 作 业 1 第一章 原子的基本状况 掌握 （1）原子的质量，大小的数量级 （2）a粒子散射实验 （3）卢瑟福的核式原子模型 （4）卢瑟福散射公式及其实验验证 （5）散射截面及其物理意义 （6）原子核大小的估计 4 P.20: 3、4、5、7、8 理解 1）库仑散射公式和卢瑟福散射公式的推导 （2）散射理论中的近似运用 （3）阿伏加德罗常数的物理意义 了解 （1）电子的发现过程及其性质 （2）汤姆逊模型及其困难 2 第二章 原子的能及和辐射 掌握 （1）氢原子光谱的实验规律，光谱项，里兹并合原则 （2）玻尔理论的基本假设，玻尔理论的结论 （3）玻尔理论对氢光谱的解释 （4）类氢离子光谱，里德伯常数 （5）夫兰克―赫兹实验的原理、方法、实验结果的分析及结论。 （6）对应原理 （7）索末菲对玻尔理论的推广――量子化通则，椭圆轨道理论 10 P.76: 3、5、6、8、10、11 理解 （1）原子的空间量子化 （2）玻尔理论的相对论修正 了解 （1）玻尔理论的历史地位和缺陷 （2）玻尔理论与量子力学主要结论的对比 3 第三章 量子力学初步 掌握 1）微观粒子的波粒二象性，德布罗意假设 （2）不确定关系及其含义 （3）波函数的统计解释 （4）描述电子空间运动的三个量子数 8 P.113: 3、4、5、6、7、8 理解 （1）薛定谔方程的建立过程及其在量子力学中的地位 （2）量子力学对氢原子的处理 （3）量子力学处理问题的方法 （4）戴维孙―革末实验、双(单)缝干涉实验 （5）隧道效应 了解 1）定态的概念，求解定态薛定谔方程（本征问题）的基本步骤 （2）定态薛定谔方程求解氢原子问题的基本步骤 （3）态叠加原理 4 第四章 碱金属原子和电子自旋 掌握 （1）碱金属原子光谱的实验规律和碱金属原子结构特点 （2）碱金属原子的光谱项、能级、量子亏损、有效量子数 （3）电子自旋角动量与自旋磁矩 （4）碱金属光谱精细结构的解释 （5）单电子跃迁的选择定则 （6）碱金属原子状态的描述 （7）施特恩―盖拉赫实验与空间量子化、电子自旋的联系 8 P.143: 1、2、3、4、5、6、7、8 理解 （1）原子实极化和轨道贯穿对碱金属原子能级、光谱的影响 （2）电子自旋与轨道运动之间的相互作用 了解 氢原子能谱的研究进展 5 第五章 多电子原子 掌握 （1）两个价电子原子光谱和能级的一般规律、 （2）角动量的L―S耦合，L―S耦合中的选择定则 （3）原子能级在外磁场中的分裂，原子的有效磁矩，g因子 （4）正常塞曼效应和反常塞曼效应 （5）泡利不相容原理和能量最小原理 （6）描述电子的量子数和原子态的方法 6 P.168: 1、2、3、4、6、7、8 理解 （1）原子基态的确定方法 （2）激光原理 了解 （1）角动量的j―j耦合 （2）同科电子合成 （3）激光的特性与用途 6 第六章 在磁场中的原子 掌握 1）单电子原子总磁矩与具有两个及以上电子的原子磁矩耦合计算 （2）外磁场对原子的作用 2 P.196: 1-3 7 第七章 原子的壳层结构 掌握 （1）原子电子壳层结构规律 （2）壳层与次壳层可容纳电子数计算 （3）一般原子基态确定方法 4 P.217: 1-5 理解 元素周期表中各元素电子填充规律。 （2）过渡性元素与镧系与锕系元素形成原因 三、实验教学内容及要求 本课程无实验教学内容 四、本课程的教材与主要参考书目 1、选用教材： 《原子物理学》 褚圣麟编 高等教育出版社。 2、主要参考书： ①《原子物理学》 杨福家 著 上海科学技术出版社 ②《原子物理学》 徐茵富 宋桂莲编 高等教育出版社 五、本课程教学方法与教学手段的拟定 本课程以课堂讲授为主，结合开放式教学，拟安排2课时左右互动式课堂教学，4课时左右的课堂讨论与习题指导，条件许可时结合板书进行多媒体教学。每周课外答疑2小时，并积极在课后课间进行答疑及通过网上辅导答疑系统或电子邮箱答疑。每章批改作业1-2次，每次作业批改量不少于1/2，对每次作业情况在课堂上进行讲解和总结。 六、本课程考核方式与成绩评定方式 1. 考核方式：考试，闭卷笔试。 2. 成绩评定方式：期末考试成绩占80%，平时成绩占20%。平时成绩主要根据课堂考勤及完成作业情况评定。