《原子物理学》课程教学大纲 一、课程基本信息 英文名称Atomic Physics 课程代码 PHYS2030 课程性质大类基础课程 授课对象 物理学专业 学分 3 学时 54 主讲教师 董雯、徐新平 修订日期 2021年9月 指定教材杨福家，原子物理学（第四版）[，北京：高等教有出版社，2008. 二、课程目标 (一)总体目标： 使学生通过以原子结构为中心，以实哈事实为线素，了解原子和原子核层次的物质结格 及运动和变化规律，揭示宏观现象与规律的本质：学习相关问题所需要的量子力学基本概念 掌握物质微观结构 个层次的物理过程、研究方法 培养创新思维：对物质世界有更深入的 认识，获得在本课程领域内分析和处理一些最基本问题的初步能力。 (二)课程目标： 课程目标1：使学生初步了解并掌握原子的结构和运动规律，了解物质世界的原子特性， 原子层次的基本相互作用，为今后继续学习量子力学、固体物理学、近代物理实验等课程打 下坚实基础。 课程目标2：在学习原子物理学的过程中引导学生学会近代物理的研究方法，提高其分 析问题和解决问题的能力。 课程目标3：使学生了解并适当涉及一些正在发展的原子物理学科前沿，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。 课程目标4：通过重大科学发现过程的讲授和科学家生平事迹的介绍，培养学生树立辩 证唯物主义世界观。通过探究式教学，锻炼学生的科学探究和创新能力。通过学习和了解人 类对物质结构认识的发展史、教材中的重大科学事件和物理学家的传记等，体会物理学家的 物理思想和科学精神，培养学生的爱国热情，探索未知、追求真理、水攀高峰的责任感和使 命成
《原子物理学》课程教学大纲 一、课程基本信息 英文名称 Atomic Physics 课程代码 PHYS2030 课程性质 大类基础课程 授课对象 物理学专业 学 分 3 学 时 54 主讲教师 董雯、徐新平 修订日期 2021 年 9 月 指定教材 杨福家，原子物理学（第四版）[M]， 北京：高等教育出版社，2008. 二、课程目标 （一）总体目标： 使学生通过以原子结构为中心，以实验事实为线索，了解原子和原子核层次的物质结构 及运动和变化规律，揭示宏观现象与规律的本质；学习相关问题所需要的量子力学基本概念， 掌握物质微观结构三个层次的物理过程、研究方法，培养创新思维；对物质世界有更深入的 认识，获得在本课程领域内分析和处理一些最基本问题的初步能力。 （二）课程目标： 课程目标 1：使学生初步了解并掌握原子的结构和运动规律，了解物质世界的原子特性， 原子层次的基本相互作用，为今后继续学习量子力学、固体物理学、近代物理实验等课程打 下坚实基础。 课程目标 2：在学习原子物理学的过程中引导学生学会近代物理的研究方法，提高其分 析问题和解决问题的能力。 课程目标 3：使学生了解并适当涉及一些正在发展的原子物理学科前沿，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。 课程目标 4：通过重大科学发现过程的讲授和科学家生平事迹的介绍，培养学生树立辩 证唯物主义世界观。通过探究式教学，锻炼学生的科学探究和创新能力。通过学习和了解人 类对物质结构认识的发展史、教材中的重大科学事件和物理学家的传记等，体会物理学家的 物理思想和科学精神，培养学生的爱国热情，探索未知、追求真理、永攀高峰的责任感和使 命感
(三)课程目标与毕业要求、课程内容的对应关系 表1：课程目标与课程内容、毕业要求的对应关系表 课程目标 对应课程内容 对应毕业要求 掌握数学、物理相关的基础知识、基本 第一章第二章第三章第四章 课程目标1 物理实验方法和实验技能，具有运用 第五章第六章 物理学理论和方法解决问题、解释或 理解物理规律。 第一章第二章第三章第四章 了解物理学前沿和发展动态，新技肃 课程目标。 中的物理思想，熟悉物理学新发现、新 第五章第六章 理论、新技术对社会的影响。 具有围绕科研课题查阅文献、设计研 课程目标3 第一章第二章第三章第四章 究方案、组织课题研究能力，并能开 展数据收集、分析归纳、综合以及撰 写报告、论文、参加学术交流能力 掌握必要的电子技术，能运用计算机 课程目标4 第一章第二章第三章第六章 基本原理和运用相关技术解决科研或 管理问题的能力 (大类基础课程、专业教学课程及开放选修课程按照本科教学手册中各专业拟定的毕业 要求填写“对应毕业要求”栏。通识教有课程含通识选修课程、新生研讨课程及公共基础课 程，面向专业为工科、师范、医学等有专业认证标准的专业，按照专业认证通用标准填写“对 应毕业要求”栏：面向其他尚未有专业认证标准的专业，按照本科教学手册中各专业拟定的 毕业要求填写“对应毕业要求”栏。) 三、教学内容 (具体描述各章节教学目标、教学内容等。实验课程可按实验模块描述) 第一章原子的位形：卢瑟福模型 1.教学目标 掌握原子的微观尺寸和大小 掌握原子的核式结构模型-卢瑟福模型 2.教学重难点 卢瑟福核式结构模型、卢瑟福散射公式、散射截面和散射几率的计算
（三）课程目标与毕业要求、课程内容的对应关系 表 1：课程目标与课程内容、毕业要求的对应关系表 课程目标 对应课程内容 对应毕业要求 课程目标 1 第一章第二章第三章第四章 第五章第六章 掌握数学、物理相关的基础知识、基本 物理实验方法和实验技能, 具有运用 物理学理论和方法解决问题、解释或 理解物理规律。 课程目标 2 第一章第二章第三章第四章 第五章第六章 了解物理学前沿和发展动态，新技术 中的物理思想，熟悉物理学新发现、新 理论、新技术对社会的影响。 课程目标 3 第一章第二章第三章第四章 具有围绕科研课题查阅文献、设计研 究方案、组织课题研究能力，并能开 展数据收集、分析归纳、综合以及撰 写报告、论文、参加学术交流能力。 课程目标 4 第一章第二章第三章第六章 掌握必要的电子技术，能运用计算机 基本原理和运用相关技术解决科研或 管理问题的能力。 （大类基础课程、专业教学课程及开放选修课程按照本科教学手册中各专业拟定的毕业 要求填写“对应毕业要求”栏。通识教育课程含通识选修课程、新生研讨课程及公共基础课 程，面向专业为工科、师范、医学等有专业认证标准的专业，按照专业认证通用标准填写“对 应毕业要求”栏；面向其他尚未有专业认证标准的专业，按照本科教学手册中各专业拟定的 毕业要求填写“对应毕业要求”栏。） 三、教学内容 （具体描述各章节教学目标、教学内容等。实验课程可按实验模块描述） 第一章 原子的位形：卢瑟福模型 1.教学目标 掌握原子的微观尺寸和大小 掌握原子的核式结构模型-卢瑟福模型 2.教学重难点 卢瑟福核式结构模型、卢瑟福散射公式、散射截面和散射几率的计算
3.教学内容 3.1电子的发现和性质，原子的大小 3.2原子的结构模型：汤姆孙模型和卢瑟福模型 3.3卢瑟福散射公式、散射截面和散射几率 3.4卢琶福散射公式的实验验证及卢瑟福模型的局限性 4.教学方法 教师讲授，多媒体展示 5.教学评价 课后习题，补充作业 第二章原子的量子态：玻尔模型 1.教学目标 了解量子论诞生的历史背景 掌握玻尔棋型的三个假设、玻尔模型的能级 掌握玻尔模型解释原子的光谱 掌握类氢离子的光谱特征，了解碱金属原子的光谱特征 了解弗兰克赫兹实验 2.教学重难点 玻尔模型的三个假设和玻尔模型的能级计算 3.教学内容 3.1量子论的诞生背景：黑体辐射，光电效应和原子光谱简介 3.2玻尔模型的提出 3.3玻尔模型对氢原子光谱的解释 3.4类氢离子的光谱特征和碱金属原子的光谱 3.5弗兰克-赫兹实验简介和玻尔模型的困难 4.教学方法 教师讲授，多媒体展示 5.教学评价 课后习题，补充作业 第三章量子力学导论 1.教学目标
3.教学内容 3.1 电子的发现和性质，原子的大小 3.2 原子的结构模型：汤姆孙模型和卢瑟福模型 3.3 卢瑟福散射公式、散射截面和散射几率 3.4 卢瑟福散射公式的实验验证及卢瑟福模型的局限性 4.教学方法 教师讲授，多媒体展示 5.教学评价 课后习题，补充作业 第二章 原子的量子态：玻尔模型 1.教学目标 了解量子论诞生的历史背景 掌握玻尔模型的三个假设、玻尔模型的能级 掌握玻尔模型解释原子的光谱 掌握类氢离子的光谱特征，了解碱金属原子的光谱特征 了解弗兰克-赫兹实验 2.教学重难点 玻尔模型的三个假设和玻尔模型的能级计算 3.教学内容 3.1 量子论的诞生背景：黑体辐射，光电效应和原子光谱简介 3.2 玻尔模型的提出 3.3 玻尔模型对氢原子光谱的解释 3.4 类氢离子的光谱特征和碱金属原子的光谱 3.5 弗兰克-赫兹实验简介和玻尔模型的困难 4.教学方法 教师讲授，多媒体展示 5.教学评价 课后习题，补充作业 第三章 量子力学导论 1.教学目标
掌握微观粒子的波粒二象性和不确定关系 了解量子力学的基本方程-薛定谔方程的建立过程 了解微观粒子波函数的物理意义和统计解释 了解氢原子的薛定谔方程的解的物理意义 2.教学重难点 波粒二象性和不确定关系的理解，薛定谔方程的建立过程 3.教学内容 3.1微观粒子的波粒二象性和不确定关系 32波函数的物理意义和统计诠释 3.3薛定谔方程的提出和建立 34氢原子的裤定谔方程的解的物理意义 4.教学方法 教师讲授，多媒体展示 5.教学评价 课后习题，补充作业 第四章原子的精细结构：电子的自旋 1.教学目标 学习磁矩和角动量的关系 掌握量子力学中角动量的取值和磁矩 掌握施特恩-盖拉赫实验 掌握电子的自旋提出，利用电子自旋假设解释施特恩一盖拉赫实验和碱金属光谱 掌握塞曼效应的物质本质，学会计算塞曼能级和光谐 2.教学重难点 磁矩的计算和塞曼效应 3.教学内容 3.1电子的轨道磁矩与轨道角动量 3.2施特恩-盖拉赫实验 3.3电子自旋假设的提出以及对施特恩实验的解和 3.4碱金属光谱的实验现象及自旋假设解释 3.5塞曼效应及其物理解释
掌握微观粒子的波粒二象性和不确定关系 了解量子力学的基本方程-薛定谔方程的建立过程 了解微观粒子波函数的物理意义和统计解释 了解氢原子的薛定谔方程的解的物理意义 2.教学重难点 波粒二象性和不确定关系的理解，薛定谔方程的建立过程 3.教学内容 3.1 微观粒子的波粒二象性和不确定关系 3.2 波函数的物理意义和统计诠释 3.3 薛定谔方程的提出和建立 3.4 氢原子的薛定谔方程的解的物理意义 4.教学方法 教师讲授，多媒体展示 5.教学评价 课后习题，补充作业 第四章 原子的精细结构：电子的自旋 1.教学目标 学习磁矩和角动量的关系 掌握量子力学中角动量的取值和磁矩 掌握施特恩-盖拉赫实验 掌握电子的自旋提出，利用电子自旋假设解释施特恩-盖拉赫实验和碱金属光谱 掌握塞曼效应的物质本质，学会计算塞曼能级和光谱 2.教学重难点 磁矩的计算和塞曼效应 3.教学内容 3.1 电子的轨道磁矩与轨道角动量 3.2 施特恩-盖拉赫实验 3.3 电子自旋假设的提出以及对施特恩实验的解释 3.4 碱金属光谱的实验现象及自旋假设解释 3.5 塞曼效应及其物理解释
4.教学方法 教师讲授，多媒体展示 5.教学评价 课后习题，补充作业 第五章多电子原子：泡利原理 1.教学目标 掌握两个电子的耦合规则：L-S耦合和jj耦合 掌握同科电子和非同科电子的合成原子态 掌握泡利不相容原理的应用和原子中核外电子的排布规律 2.教学重难点 同科电子的糕合和泡利不相容原理的应用 3.教学内容 3.1两个电子的耦合和氢原子的能级 3.2泡利不相容原理和同科电子的合成状态 3.3元素的周期性质和核外电子的排布规律 3.4洪特规则和朗德间隔定则 4.教学方法 教师讲授，多媒体展示 5.教学评价 课后习题，补充作业 第六章X射线 1.教学目标 了解X射线的发现和性质 掌握X射线的谱线特征和产生机制 掌握X射线与物质的散射：康普顿实验的理论解释 了解X射线与物质相互作用后的吸收规律 2.教学重难点 康普顿散射实验的理论解稀 3.教学内容 3.1X射线的发现和性质
4.教学方法 教师讲授，多媒体展示 5.教学评价 课后习题，补充作业 第五章 多电子原子：泡利原理 1.教学目标 掌握两个电子的耦合规则:L-S 耦合和 j-j 耦合 掌握同科电子和非同科电子的合成原子态 掌握泡利不相容原理的应用和原子中核外电子的排布规律 2.教学重难点 同科电子的耦合和泡利不相容原理的应用 3.教学内容 3.1 两个电子的耦合和氦原子的能级 3.2 泡利不相容原理和同科电子的合成状态 3.3 元素的周期性质和核外电子的排布规律 3.4 洪特规则和朗德间隔定则 4.教学方法 教师讲授，多媒体展示 5.教学评价 课后习题，补充作业 第六章 X 射线 1.教学目标 了解 X 射线的发现和性质 掌握 X 射线的谱线特征和产生机制 掌握 X 射线与物质的散射：康普顿实验的理论解释 了解 X 射线与物质相互作用后的吸收规律 2.教学重难点 康普顿散射实验的理论解释 3.教学内容 3.1 X 射线的发现和性质