原子物理學教案

原子物理學教案

【篇一：原子物理學教學大綱】

《原子物理學》課程教學大綱（54學時）

（理論課程）

一 課程說明

（一）課程概況

課程中文名稱：《原子物理學》 課程英文名稱：atomic physics

課程編碼：3910252109 開課學院：理學院

適用專業/開課學期：物理學、應用物理學/第四學期 學分/周學時：

3/3

《原子物理學》是物理學專業的一門重要專業核心必修課程，屬于

專業發展課程。原子物理學是研究介于分子和原子核兩層次間物質

結構的科學，研究這一層次是由什么組成，組成物是怎樣運動和發

生相互作用的。原子物理學的發展為量子力學的建立奠定了基礎，

它上承經典物理，下接量子力學，屬于近代物理的范疇，隨著科學

技術的發展，原子物理學在許多領域得到廣泛地應用和拓展。

《原子物理學》是《量子力學》、《固體物理學》等近代物理課程

的基礎學科，學習本課程必須先修《高等數學》、《力學》、《電

磁學》和《光學》。

（二）課程目標

1. 使學生初步建立描述微觀世界的物理圖像，掌握原子、原子核的

結構和運動規律，了解粒子物理中的有關知識，為今后繼續學習量

子力學、固體物理學、近代物理實驗等課程打下堅實基礎。

2. 掌握研究原子物理問題的基本方法，明確如何由分析實驗結果出

重把學科前沿引入經典內容的教學中，提倡學生課外查閱文獻了解

學科前沿。

三 教學內容

第一章 原子的基本狀況（含緒論）（4學時）

一、教學目標

1．了解原子物理學的發展歷史及原子物理學研究的內容、方法和手

段； 2．掌握原子的靜態性質；

3．掌握原子的核式模型及實驗基礎、盧瑟福散射公式；

4．了解對兩種主要的原子模型的定性半定量分析、核式模型的意義

及經典物理在其中遇到的困難。 二、教學重、難點

重點：原子的核式模型和盧瑟福散射公式。 難點：盧瑟福散射公式

的推導。 三、主要內容

1. 原子物理學的發展史及研究的內容、方法、手段； 2. 原子的基本

狀況； 3. 盧瑟福核式模型的提出；

第二章 原子的能級和輻射（6學時）

一、教學目標

1．掌握氫原子光譜規律及光譜線系公式；

2．掌握玻爾氫原子理論，能夠解釋氫原子和類氫離子光譜的實驗規

律，正確作出氫原子和類氫離子的能級結構圖；

3．掌握光譜項、能級、線系限、波數、基態、激發態、激發能，電

離能等基本概念；

4．掌握夫蘭克—赫茲實驗的目的、原理、方法；

5．理

解玻爾對應原理，了解玻爾理論創建的歷史背景及玻爾理論的意義

和困難。二、教學重、難點

重點：玻爾氫原子理論 難點：里德堡常數的修正 三、主要內容

1. 氫原子光譜的實驗規律； 2. 玻爾的氫原子理論； 3. 類氫離子光

譜； 4. 夫蘭克—赫茲實驗；

5. 玻爾對應原理及玻爾理論的地位。

第三章 量子力學初步（6學時）

一、教學目標

1. 理解德布羅意物質波； 2. 掌握不確定關系； 3. 掌握波函數的物

理意義；

4. 了解薛定諤方程在量子力學中的作用，掌握定態的概念，了解求

解定態薛定諤方程

（本征問題）的基本步驟；

5. 了解運用定態薛定諤方程求解氫原子問題的基本步驟，掌握描述

電子空間運動的三

個量子數；

二、教學重、難點

重點：波函數的統計詮釋、不確定關系、求解定態薛定諤方程（本

征問題）的基本步驟、量子力學對氫原子的描述及三個量子數。

難點：波函數的統計詮釋、不確定關系、量子力學對氫原子的描述。

三、主要內容

1. 德布羅意假設及實驗驗證； 2. 海森伯不確定關系； 3. 波函數及

統計解釋；

4. 薛定諤方程及量子力學的幾個簡例； 5. 量子力學對氫原子的描述。

第四章 堿金屬原子和電子自旋（6學時）

一、教學目標

1. 掌握堿金屬原子光譜及能級結構特點，理解產生量子虧損的原因，

掌握堿金屬線系

公式及量子虧損、光譜項和屏蔽系數的計算；

2. 掌握電子自旋、單個價電子總角動量的合成方法和描述電子量子

態的四個量子數； 3. 掌握造成堿金屬原子能級精細結構的原因及精

細結構公式； 4. 掌握單電子躍遷選擇定則，并能畫出堿金屬原子精

細能級躍遷圖； 5. 掌握氫原子能級的狄拉克公式和光譜的精細結構；

了解蘭姆移動。 二、教學重、難點

重點：電子自旋和軌道的相互作用 難點：堿金屬精細結構裂距的推

導 三、主要內容

1. 堿金屬原子光譜； 2. 原子實的極化和軌道貫穿； 3. 堿金屬原子

光譜的精細結構； 4. 電子自旋及其與軌道運動的相互作用； 5. 氫原

子光譜的精細結構。

第五章 多電子原子（6學時）

一、教學目標

1．掌握氦原子及第二族元素原子的光譜和能級結構特點；

2．重點掌握原子的l-s耦合方式、掌握j-j耦合方式，能正確地求出

電子組態構成的原子態（光譜項）；

3．掌握洪特原則、朗德間隔定則和電偶極輻射躍遷選擇定則，并能

正確畫出能級圖，解釋氦原子、鎂原子等具有兩個價電子原子的光

譜的形成； 4．了解復雜原子光譜一般規律；

5．掌握泡利不相容原理，了解同科電子原子態合成法； 二、教學

重、難點

重點：l-s 耦合、多電子原子的光譜、能級圖和原子態、泡利原理和

同科電子原子態的確定、輻射躍遷的普用選擇定則。

難點：l-s 耦合 、同科電子原子態的確定。 三、主要內容

1. 氦原子及鎂原子的光譜和能級； 2. 具有兩個價電子的原子態； 3.

泡利原理和同科電子； 4. 復雜原子光譜的一般規律； 5. 輻射躍遷的

普用選擇定則；

第六章 在磁場中的原子（6學時）

一、教學目標

1. 掌握原子有效磁矩概念和有關計算，理解磁場中原子的拉莫爾進

動旋進； 2. 掌握原子在外磁場中附加能量公式，并能用來解釋原子

能級在外磁場中分裂現象； 3. 正確解釋史特恩——蓋拉赫實驗的結

果；

4. 掌握原子光譜在外磁場中的分裂（正常塞曼效應、反常塞曼效應）

的量子解釋； 5. 知道斯塔克效應；

6. 了解物質的磁性，了解順磁共振、核磁共振的概念、原理和應用。

二、教學重、難點

重點：原子有效磁矩、塞曼效應（正常、反常）、史特恩-蓋拉赫實

驗分析。 難點：塞曼效應的量子解釋、順磁共振及應用。 三、主要

內容 1. 原子的磁矩； 2. 外磁場對原子的作用； 3. 史特恩-蓋拉赫實

驗分析； 4. 塞曼效應，斯塔克效應； 5. 順磁共振，核磁共振。

第七章 原子的殼層結構（4學時）

一、教學目標

1. 了解元素周期表的結構，掌握玻爾對元素周期表的物理解釋；

2. 掌握電子填充原子殼層的原則：泡利原理和能量最小原理，理解

并掌握原子的電子

殼層結構，能正確寫出原子基態的電子組態，并求出其基態的原子

態符號； 3. 掌握莫色勒定律，并以此解釋電子填充殼層時出現能級

交錯的原因。 二、教學重、難點

重點：玻爾對元素周期表的解釋、電子填充殼層的原則、莫色勒定

律。 難點：原子基態電子填充殼層的順序、莫色勒定律。 三、主要

內容

1. 元素性質的的周期性變化； 2. 原子的電子殼層結構； 3. 原子基

態的電子組態。

第八章 x射線（4學時）

一、教學目標

1. 了解x射線發現的歷史、產生方法，掌握x射線的連續譜與標識

譜的特征和產生

的機制，掌握同x射線有關的原子能級結構；

【篇二：第八章原子物理學 x射線教案】

《原子物理學》課程章節教案

注：1．根據課程教學進度計劃表填寫章節教案首頁；

2．教案或講義正文附后，手書打印均可。

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【篇三：原子物理學教學大綱1】

《原子物理學》教學大綱

一、 課程名稱與編號

課程名稱：原子物理學 編 號：023305

二、 學時與學分

本課程學時：68學時 本課程學分：4 學分

三、 授課對象

大學二年級第二學期

四、 先修課程

《力學》、《熱學》、《電磁學》、《光學》

五、 課程性質目的

本課程是為物理教育專業開設的必修課程，在教學培養計劃中被列

為基礎主干課。原子物理學是普通物理學的最后一部分，為經典物

理與近代物理之間的過渡課程，是物理教育專業的一門重要基礎課

程。

本課程的目的是：使學生初步了解微觀世界的結構和運動規律，了

第一章 原子的盧瑟福模型

主要內容：

1、原子的質量和大小。

2、盧瑟福散射公式及實驗驗證，原子的核式模型。

基本要求：

了解 粒子散射實驗對認識原子結構的意義，了解測量原子大小方法，

掌握原子和原子核半徑的數量級。

學時數： 4學時

第二章 玻爾理論與原子的能級和輻射

主要內容：

1、氫原子光譜及原子光譜的一般情況。

2、玻爾的氫原子理論。

3、類氫離子的光譜和能級。

4、夫蘭克—赫芝實驗。

5、索末菲量子化通則與電子的橢圓軌道及原子空間取向量子化。

6、對應原理和玻爾理論的地位。

基本要求：

掌握玻爾理論及對氫原子光譜和能級的解釋；理解微觀粒子的量子

化特征，掌握類氫離子的光譜和能級；了解量子化通則、電子的橢

圓軌道；了解對應原理和玻爾理論的局限性。

學時數： 10學時

2、堿金屬原子光譜的精細結構與電子的自旋。

3、電子的自旋—軌道相互作用。

4、單電子輻射的躍遷選擇定則。

5、氫原子光譜的精細結構與蘭姆位移。

基本要求：

掌握堿金屬原子光譜和能級的規律，理解電子的自旋；掌握電子總

角動量的合成方法；理解電子的自旋—軌道相互作用和堿金屬原子

光譜和能級的精細；了解氫原子精細能級結構的特點。

學時數： 6學時

第五章多電子原子

主要內容：

1、氦原子的光譜和能級。

2、兩個電子的耦合與原子態。

3、泡利不相容原理與同科電子。

4、多電子原子光譜的一般規律。

5、輻射躍遷選擇定則。

基本要求：

掌握氦原子的光譜和能級；掌握兩個價電子的ls耦合方法和輻射躍

遷選擇定則，掌握泡利原理和用四個量子數描述電子態的方法；了

解jj耦合和多電子原子光譜的一般規律。

學時數： 4學時

第六章 磁場中的原子與塞曼效應

1、元素的周期性變化與電子殼層結構。

2、原子的基態電子組態與基態原子態。

基本要求：

理解元素的周期性變化來源于原子中電子的周期性殼層排列，了解

原子的基態電子組態，掌握計算原子的基態的方法。

學時數： 4學時

第八章x射線

主要內容：

1、x射線的產生及測量。

2、x射線產生的機制與x射線有關的原子能級。

3、康普頓效應。

4、x射線的吸收。

基本要求：

了解x射線的發射譜及與x射線有關的原子能級；了解康普頓效應

與x射線的吸收。 學時數： 4學時

第九章 原子核物理

主要內容：

1、原子核的基本性質。

2、原子核的放射性衰變。

3、核力。

4、原子核模型。

5、原子核反應。

6、原子核的裂變和聚變，原子能的利用。

基本要求：

了解基本粒子與相互作用的分類及守恒定律和對稱原理，了解層子

模型與高能物理的最新進展。

學時數： 8學時

七、 教材與教學參考書

1、教材

楊福家著 原子物理學，高等教育出版社，1985年。

楮圣麟編 原子物理學，人民教育出版社，1979年。

2、教學參考書

顧建中編 原子物理學，高等教育出版社，1986年。

茍清泉編 原子物理學，高等教育出版社，第二版，1984年。

吳知非編 原子核物理學，高等教育出版社，1983年。

威切曼量子物理學，科學出版社，1979年。

凱格納克、裴貝—裴羅拉 近代原子物理學，科學出版社，1980年。

韋斯科夫 二十世紀物理學，科學出版社，1979年。