大學物理第16章

第六篇 近代物理 第十六章 原子的量子理論

第十六章 原子的量子理論

一、教學內容：

氫原子光譜的規律性，玻耳的氫原子理論；能級，弗蘭克－赫茲實驗。德布羅意波，實物粒子的波粒二象性；電子的德布羅

意波，電子衍射；用駐波解釋玻爾氫原子理論中角動量的量子化條件；不確定關系式。波函數，薛定諤方程；一維無限深勢

阱。氫原子的量子力學處理方法；角動量量子化及角動量的空間量子化；斯特恩－蓋拉赫實驗，電子自旋；四個量子數；原

子的殼層結構，泡利不相容原理，能量最小原理，多電子原子中電子分布。

二、教學目的與要求：

1．理解氫原子光譜的實驗規律及玻爾的氫原子理論。

2．了解德布羅意的物質波假設及其正確性的實驗證實。了解實物粒子的波粒二象性。

3．理解描述物質波動性的物理量(波長、頻率)和粒子性的物理量(動量、能量)間的關系。

4．了解波函數及其統計解釋。了解一維坐標動量不確定關系。了解一維定態薛定諤方程。

5．了解如何用駐波觀點說明能量量子化。了解角動量量子化及空間量子化。了解施特恩·格拉赫實驗及微觀粒子的自旋。

6．了解描述原子中電子運動狀態的四個量子數。了解泡利不相容原理和原子的電子殼層結構。

三、學時分配：8學時

四、教學重點：

氫原子光譜的實驗規律，玻爾的氫原子理論；德布羅意物質波波動性物理量(波長、頻率)和粒子性物理量(動量、能量)間的

關系。

五、教學難點：

不確定關系，波函數，一維定態薛定諤方程。

六、教學方法與手段：講授，討論，實驗演示相結合。

七、教學思路：

通過講述氫原子光譜的實驗規律以及難以用經典電磁輻射理論對其進行解釋，從而引出玻爾的氫原子理論；再回過頭來用玻

爾的氫原子理論很好地解釋氫原子光譜的實驗規律。

通過說明玻爾的氫原子理論難以稍復雜原子的光譜，進而說明玻爾的氫原子理論不是自恰的理論，由此講述德布羅意的物質

波假及實物粒子的波粒二象性。再講述實物粒子的波粒二象性的最重要例證電子波及其電子波的衍射，以及用電子波在繞核

運轉的軌道上形成駐波的觀點說明玻爾軌道角動量的量子化條件。

在講述物質波是概率波的基礎上說明動量和坐標的不確定性，再將光波的單縫衍射運用于電子波從而定性推導動量坐標的不

確定關系式。

大學物理精品教案 長江大學物理科學與技術學院

第六篇 近代物理 第十六章 原子的量子理論

為了在微觀世界描述粒子的運動，又要體現粒子的波粒二象性，從而引入波函數并講述波函數的統計解釋，進而導出描述微

觀粒子運動的薛定諤方程；通過講述用薛定諤方程解無限深勢阱的例子，從而得出能量的量子化，進一步說明薛定諤方程是

描述微觀粒子運動的基本方程。

將薛定諤方程用于解氫原子，結合講述施特恩·格拉赫實驗，得出電子軌道運動角動量量子化，角動量空間量子化及電子自

旋，從而得出原子中電子軌道運動的四個量子數。在定性說明電子繞核運轉的能量不僅與主量子數有關還與角量子數有關的

基礎上，講述最小能量原理和泡利不相容原理，進而得出原子中電子的殼層結構。

八、主要參考書：

1．《普通物理學》（1982年修訂本），程守洙、江之永編，朱永春修訂，1982年，高等教育出版社。

2．《大學物理學》（2002年第一版），趙近芳主編，2002年，北京郵電大學出版社。

3．《物理學》（第四版），東南大學等七所工科院校編，馬文蔚改編，1999年，高等教育出版社。

4．《大學物理學》清華版。

九、練習：《大學物理習題集》（下冊）練習二十五，練習二十六，練習二十七。

十、教學過程：（見電子教案）

大學物理精品教案 長江大學物理科學與技術學院