《原子物理学》教学大纲 课程性质 专业必修课 课程编号 xx405214课程名称 原子物理学 适用专业 物理学专业 先修课程 高等数学、力学、热学、电磁学、光学 总学时 56,其中理论56学时，实验0学时 学分数3.5 课程简介 《原子物理学》是物理学专业学生的必修课，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、近代物理实验等课程 的基础课。通过本课程的教学，引导学生从实验事实出发，用量子化的思维方式， 分析微观高速运动物体的规律。通过对重要实验现象以及理论体系逐步完善过程 的分析和应用，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，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 用量子观念分析问题和解决问题的能力，感受原子物理在现代科技生活领域中的 实际应用，激发学生的学习兴趣。本课程根据学生实际情况，选用原子物理学基 本内容，并在此基础上，引入物理学史，介绍原子物理学的实际应用，做到增强 实用性、应用性，趣味性，让学生既能较全面深刻地理解和掌握基本概念和基本 知识，又能够了解最新的前沿研究成果，领略到徽观领域的奇妙世界，丰富知识。 扩大祝野。本课程强调物理实验事实的分析、微观物理概念和物理图像的建立和 理解。 二、课程教学目标 通过本课程的学习，学生应实现如下目标： 1.知识目标：了解原子物理学、原子核物理学发展的历程，了解原子物理 学所研究的内容和应用研究领域的概况，了解原子物理学理论对现代科学技术的 重大影响和各种应用，理解无限分割的物质世界中依次深入的不同结构层次；理 解原子的结构和基本性质、基本运动规律：掌握原子物理学的基本原理、基本概 念和基本规律。 2.能力目标：了解物理学家对原子内部结构、性质及其运动规律的实验一
《原子物理学》教学大纲 课程性质 专业必修课 课程编号 xx405214 课程名称 原子物理学 适用专业 物理学专业 先修课程 高等数学、力学、热学、电磁学 、光学 总学时 56 ，其中理论 56 学时，实验 0 学时 学分数 3.5 一、课程简介 《原子物理学》是物理学专业学生的必修课，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、近代物理实验等课程 的基础课。通过本课程的教学，引导学生从实验事实出发，用量子化的思维方式， 分析微观高速运动物体的规律。通过对重要实验现象以及理论体系逐步完善过程 的分析和应用，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，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 用量子观念分析问题和解决问题的能力，感受原子物理在现代科技生活领域中的 实际应用，激发学生的学习兴趣。本课程根据学生实际情况,选用原子物理学基 本内容，并在此基础上，引入物理学史，介绍原子物理学的实际应用，做到增强 实用性、应用性，趣味性，让学生既能较全面深刻地理解和掌握基本概念和基本 知识，又能够了解最新的前沿研究成果，领略到微观领域的奇妙世界, 丰富知识、 扩大视野。本课程强调物理实验事实的分析、微观物理概念和物理图像的建立和 理解。 二、课程教学目标 通过本课程的学习，学生应实现如下目标： 1. 知识目标：了解原子物理学、原子核物理学发展的历程，了解原子物理 学所研究的内容和应用研究领域的概况，了解原子物理学理论对现代科学技术的 重大影响和各种应用，理解无限分割的物质世界中依次深入的不同结构层次；理 解原子的结构和基本性质、基本运动规律；掌握原子物理学的基本原理、基本概 念和基本规律。 2.能力目标：了解物理学家对原子内部结构、性质及其运动规律的实验——
理论一一再实验 一再理论的科学探究方法和认识过程，理解量子化概念，掌握 用量子观念分析微观粒子性质及其运动规律的能力。 三、课程教学基本要求 上本课程前，必须先修《高等数学》、《力学》、《热学》、《电磁学》 《光学》等课程，在课程中，给子学生思考时间，要求学生积极参与讨论，质疑， 回答问题，课后按要求完成习题，并查阅相关资料。 四、课程教学模块（或教学内容）与学时分配 序号 教学内容 知识点 学时 原子物理 了解：原子物理学的研究内容和研究方法，原子物 学发展概 理学、原子核物理学的发展筒史，原子物理学在光 1 况及研究 领域，材料科学，医学，化学，生命科学中的 2 方 应用 理解：物质的原子学说。 了解：原子的基本参数，电子发现的过程，Thomsor 原子模 理解： 原子的大小、质量及其单位，散射实验。 2 掌握：Rutherford原子核式模型。 原子的模 型：卢瑟福 解：几种原子模型。 核式模型 理解： 库仑散射公式 掌握：卢瑟福散射公式及其应用。 了解：行星模型的意义和困难。 理解：盖革与马斯频关于卢瑟福公式的实验验证 掌握：Rutherford原子核大小的估计。 了解：黑体辐射实验，光谱的分类。 理解：量子说，光电效应，光谱分析是研究原子内 部结构的重要方法。 掌握：爱因斯坦光电效应方程及其应用」 描述宏观物 运动规律的经典理论，不能随 原子的量 理解：波尔的三条基本假设，电子的运动速率、能 子态：玻尔量都是量子化的。 2 模型 掌握：运用波尔理论解释氢原子光谱，光谱公式及 其应用，氧原子能级公式，能级图 ,氢原子光谱的 规律。 了解：氘发现的历史缘由。 理解：里德伯常数是随原子核质量变化的 掌握：波尔理论对类氢离子光谱的解释。 了解：弗兰克一赫兹实验装置。 2
理论——再实验——再理论的科学探究方法和认识过程，理解量子化概念，掌握 用量子观念分析微观粒子性质及其运动规律的能力。 三、课程教学基本要求 上本课程前，必须先修《高等数学》、《力学》、《热学》、《电磁学》、 《光学》等课程，在课程中，给予学生思考时间，要求学生积极参与讨论，质疑， 回答问题，课后按要求完成习题，并查阅相关资料。 四、课程教学模块（或教学内容）与学时分配 序号 教学内容 知识点 学时 1 原 子 物 理 学 发 展 概 况 及 研 究 方法 了解：原子物理学的研究内容和研究方法，原子物 理学、原子核物理学的发展简史，原子物理学在光 电子领域，材料科学，医学，化学，生命科学中的 应用。 理解：物质的原子学说。 2 2 原 子 的 模 型：卢瑟福 核式模型 了解：原子的基本参数，电子发现的过程，Thomson 原子模型。 理解：原子的大小、质量及其单位，α散射实验。 掌握：Rutherford 原子核式模型。 2 了解:几种原子模型。 理解：库仑散射公式。 掌握：卢瑟福散射公式及其应用。 2 了解:行星模型的意义和困难。 理解：盖革与马斯顿关于卢瑟福公式的实验验证。 掌握：Rutherford 原子核大小的估计。 2 3 原 子 的 量 子态：玻尔 模型 了解：黑体辐射实验，光谱的分类。 理解：量子说，光电效应，光谱分析是研究原子内 部结构的重要方法。 掌握：爱因斯坦光电效应方程及其应用。 2 了解：描述宏观物体运动规律的经典理论,不能随 意地运用到微观客体原子上。 理解：波尔的三条基本假设，电子的运动速率、能 量都是量子化的。 掌握：运用波尔理论解释氢原子光谱，光谱公式及 其应用，氢原子能级公式，能级图，氢原子光谱的 规律。 2 了解：氘发现的历史缘由。 理解：里德伯常数是随原子核质量变化的。 掌握：波尔理论对类氢离子光谱的解释。 2 了解：弗兰克-赫兹实验装置。 2
理解：弗兰克-赫兹实验为什么用电子作为激发原 子的手段 掌握：弗兰克-赫兹实验现象解释，原子内部能量 是量子化的。 了解：玻尔一索末非模型。 理解：碱金属原子光谱的主要特征 堂握，原子实的极化和勘道贯控是碱余尾原子能级 分裂的原因 量子力学 了解：波函数及物理意义，了解薛定谔方程。 导论 理解：物质的波粒二象性，理解不确定关系。 了解：原子中电子轨道运动磁矩的经典表达式。 理解：原子中电子轨道运动磁矩的量子表达式 2 掌握 电子轨道角动量取向是量子化的 了解：史特恩一盖拉赫实验装置，理论推导。 理解：史特恩一盖拉赫实验的结果证明了原子在磁 场中的取向是量子化的。 了解.由子的白诗假设提出的背器 原子的精 自旋磁矩，用朗德因子表 细结构：电 子的自旋 掌握：轨道和自旋角动量的合成，朗德因子的计算 原子态的表示，史特恩一盖拉赫实验的理论解释 了解，破金特细结构的定量分析。 理解 掌握： 碱金属原子光谱的规律和对精细结构的解 4 释。 了解：反常塞曼效应，帕刑一巴克效应 理解.塞品效应产生的原闲 2 掌据 正常塞曼效应 原子态的表示 理解：氨原子的光谱特点 掌握：氨的能级和能级图 电子组为 的概念，电子组态和原子态的区别 多电子原 掌握 L-S耦合方法，原子态表示方法，跃迁的选 4 子：泡利原 择定则。 6 了解：同科电子形成的原子态。 理 理解：同科电子形成的原子态比非同科有相同1值 的电子形成的 原子态要少，能量最低原理 2 掌握：泡利原理及其应用。 了解：元素性质的周期性，是申子组态周期性的反 映 理解：元素周期表排列原则，电子填充规律，洪特 定则，朗德间隔定则 掌握：壳层与支壳层中所能容纳的最多电子数
理解：弗兰克-赫兹实验为什么用电子作为激发原 子的手段。 掌握：弗兰克-赫兹实验现象解释，原子内部能量 是量子化的。 了解：玻尔—索末非模型。 理解：碱金属原子光谱的主要特征。 掌握：原子实的极化和轨道贯穿是碱金属原子能级 分裂的原因。 2 4 量 子 力 学 导论 了解：波函数及物理意义，了解薛定谔方程。 理解：物质的波粒二象性，理解不确定关系。 2 5 原 子 的 精 细结构：电 子的自旋 了解：原子中电子轨道运动磁矩的经典表达式。 理解：原子中电子轨道运动磁矩的量子表达式。 掌握：电子轨道角动量取向是量子化的。 2 了解：史特恩—盖拉赫实验装置，理论推导。 理解：史特恩—盖拉赫实验的结果证明了原子在磁 场中的取向是量子化的。 1 了解：电子的自旋假设提出的背景。 理解：电子的自旋假设，自旋磁矩，用朗德因子表 述任意角动量对应的磁矩。 掌握：轨道和自旋角动量的合成，朗德因子的计算， 原子态的表示，史特恩—盖拉赫实验的理论解释。 3 了解：碱金属精细结构的定量分析。 理解：碱金属精细结构的定性分析。 掌握：碱金属原子光谱的规律和对精细结构的解 释。 4 了解：反常塞曼效应，帕刑-巴克效应。 理解：塞曼效应产生的原因。 掌握：正常塞曼效应，原子态的表示。 2 6 多 电 子 原 子：泡利原 理 理解：氦原子的光谱特点。 掌握：氦的能级和能级图。 2 了解：J-J 耦合。 理解：电子组态的概念，电子组态和原子态的区别。 掌握：L-S 耦合方法，原子态表示方法，跃迁的选 择定则。 4 了解：同科电子形成的原子态。 理解：同科电子形成的原子态比非同科有相同 l 值 的电子形成的原子态要少，能量最低原理。 掌握：泡利原理及其应用。 2 了解：元素性质的周期性,是电子组态周期性的反 映。 理解：元素周期表排列原则，电子填充规律，洪特 定则，朗德间隔定则。 掌握：壳层与支壳层中所能容纳的最多电子数。 2
了解：X射线的发现及相关历史背景。 理解：X射线的性质。 2 掌握：X射线在晶体中的衍射 了解：X射线线状谱的标记方法，标识谱产生的其 它效应。 理解：X射线连续谱的特征及产生的微观机制，X 射线连续谱是光电效应的逆效应。 7 X射线 特征及产生的机 掌握：用光子的概念定量分析连续谱的产生。 了解：经典理论无法解释康普顿效应。 理解：康普顿效应的量子解释。 2 李是夹舞康商部亮用里老形实际问题 射线与物质的作用 2 掌握：吸收限及其应用。 了解：原子核的电量、质量、大小，核素和核素图 的意义，Weizsacker公式，核力。 2 理解：原子的结合能 原子核物 了解：放射性衰变，放射性活度。 理解：衰变规律、平均寿命，半衰期的测定】 理概论 掌握：半衰期。 了解：核反应机制、原子能的利用。 理 :Y衰变条件。 学握：a衰变、B衰变及衰变条件 四、教学方法与策略 采用讲授法、讨论法、科学探究法等，并始终将启发式散学思想贯穿于其中。 1.讲授法，以原子物理学发展历程为背景知识，设置教学情境，注重渗透物 理思想，科学方法。将物理学史穿插到相应的教学内容中，启发学生置身于当时 人类对微观世界的认识水平上，是怎样进行创新性思维的，怎样摆脱经典物理的 束缚，提出前所未有的原创性物理理论，培养学生创新意识和创新精神。 2.科学探究方法，启发和鼓励学生大胆提出问题，给出猜想，提出“建立模 型”的方案。引导学生在微观领域的研究中，怎样根据测量的宏观结果，去推断 原子内部结构、性质及其运动规律，帮助学生建立量子化概念，掌握用量子观念 分析微观粒子性质及其运动规律的能力，培养学生提出问题、分析问题、解决问 题的能力。 3.讨论法，讨论原子物理学理论对现代科学技术的重大影响和各种应用等教
7 X 射线 了解：X 射线的发现及相关历史背景。 理解：X 射线的性质。 掌握：X 射线在晶体中的衍射。 2 了解：X 射线线状谱的标记方法，标识谱产生的其 它效应。 理解：X 射线连续谱的特征及产生的微观机制，X 射线连续谱是光电效应的逆效应。X 射线线状谱的 特征及产生的机制。 掌握：用光子的概念定量分析连续谱的产生。 2 了解：经典理论无法解释康普顿效应。 理解：康普顿效应的量子解释。 掌握：掌握康普顿散射，能应用理论解释实际问题。 2 了解：X 射线与物质的作用。 理解：X 射线吸收。 掌握：吸收限及其应用。 2 8 原 子 核 物 理概论 了解：原子核的电量、质量、大小，核素和核素图 的意义，Weizsacker 公式，核力。 理解：原子的结合能。 2 了解：放射性衰变，放射性活度。 理解：衰变规律、平均寿命，半衰期的测定。 掌握：半衰期。 2 了解：核反应机制、原子能的利用。 理解：γ衰变条件。 掌握：α 衰变、β 衰变及衰变条件。 2 四、教学方法与策略 采用讲授法、讨论法、科学探究法等，并始终将启发式教学思想贯穿于其中。 1.讲授法，以原子物理学发展历程为背景知识，设置教学情境，注重渗透物 理思想，科学方法。将物理学史穿插到相应的教学内容中，启发学生置身于当时 人类对微观世界的认识水平上，是怎样进行创新性思维的，怎样摆脱经典物理的 束缚，提出前所未有的原创性物理理论，培养学生创新意识和创新精神。 2.科学探究方法，启发和鼓励学生大胆提出问题，给出猜想，提出“建立模 型”的方案。引导学生在微观领域的研究中，怎样根据测量的宏观结果，去推断 原子内部结构、性质及其运动规律，帮助学生建立量子化概念，掌握用量子观念 分析微观粒子性质及其运动规律的能力，培养学生提出问题、分析问题、解决问 题的能力。 3.讨论法，讨论原子物理学理论对现代科学技术的重大影响和各种应用等教
学内容，提前布置讨论问题，要求学生查阅资料，激发学生学习兴趣，培养学生 的自主学习能力，改善教与学关系，充分发挥学生学习的潜力和主动性。 五、学生学习成效考核方式 考核环节构成 评分依据 占总成绩 (均为100分制) 的比重 听课、提出问题、回 依据学生听课、回答问题、提问等课堂表现 12 答问题、随堂小测验 依据学生是否按时上交、是否完成作业，完成质量高 作业 9 低 章节小结 依据学生对所学章节的学习总结 9 期末考试 依据试卷评分标准。 70 六、选用教材 杨福家编著，《原子物理学》（第四版），高等教育出版社，2008年。 七、参考资料 1.吕华平，刘莉主编，《原子物理学》（第四版）学习辅导书，高等教育出 版社，2012年。 2.黄永义编著，《原子物理学散程》，西安交通大学出版社，2013年。 3.唐敬友编著，《原子物理与量子力学》，北京大学出版社，2011年。 4.褚圣麟.原子物理学（第一版）.北京：高等教有出版社，1979年。 5.程守洙，江之永.普通物理学（第六版）下册.北京：高等教育出版社，2006 年。 6.(法)B.卡尼亚克等著，王义遒译，原子物理学（上册）原子与辐射的电磁 相互作用.北京：科学出版社，2017年。 大纲起草人：唐淑红 大纲审核人：李强 大纲批准人：谢四莲 日期：2016年12月2日
学内容，提前布置讨论问题，要求学生查阅资料，激发学生学习兴趣，培养学生 的自主学习能力，改善教与学关系，充分发挥学生学习的潜力和主动性。 五、学生学习成效考核方式 六、选用教材 杨福家编著，《原子物理学》（第四版），高等教育出版社，2008 年。 七、参考资料 1.吕华平，刘莉主编，《原子物理学》（第四版）学习辅导书，高等教育出 版社，2012 年。 2.黄永义编著，《原子物理学教程》，西安交通大学出版社，2013 年。 3.唐敬友编著，《原子物理与量子力学》，北京大学出版社，2011 年。 4.褚圣麟.原子物理学（第一版）.北京：高等教育出版社，1979 年。 5.程守洙，江之永.普通物理学（第六版）下册.北京：高等教育出版社，2006 年。 6.（法）B.卡尼亚克等著,王义遒译.原子物理学（上册）原子与辐射的电磁 相互作用.北京：科学出版社，2017 年。 大纲起草人： 唐淑红 大纲审核人： 李强 大纲批准人： 谢四莲 日期：2016 年 12 月 2 日 考核环节构成 （均为 100 分制） 评分依据 占总成绩 的比重 听课、提出问题、回 答问题、随堂小测验 依据学生听课、回答问题、提问等课堂表现 12 作业 依据学生是否按时上交、是否完成作业，完成质量高 低 9 章节小结 依据学生对所学章节的学习总结 9 期末考试 依据试卷评分标准。 70