原子物理学教案

原子物理学教案

【篇一：原子物理学教学大纲】

《原子物理学》课程教学大纲（54学时）

（理论课程）

一 课程说明

（一）课程概况

课程中文名称：《原子物理学》 课程英文名称：atomic physics

课程编码：3910252109 开课学院：理学院

适用专业/开课学期：物理学、应用物理学/第四学期 学分/周学时：

3/3

《原子物理学》是物理学专业的一门重要专业核心必修课程，属于

专业发展课程。原子物理学是研究介于分子和原子核两层次间物质

结构的科学，研究这一层次是由什么组成，组成物是怎样运动和发

生相互作用的。原子物理学的发展为量子力学的建立奠定了基础，

它上承经典物理，下接量子力学，属于近代物理的范畴，随着科学

技术的发展，原子物理学在许多领域得到广泛地应用和拓展。

《原子物理学》是《量子力学》、《固体物理学》等近代物理课程

的基础学科，学习本课程必须先修《高等数学》、《力学》、《电

磁学》和《光学》。

（二）课程目标

1. 使学生初步建立描述微观世界的物理图像，掌握原子、原子核的

结构和运动规律，了解粒子物理中的有关知识，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。

2. 掌握研究原子物理问题的基本方法，明确如何由分析实验结果出

重把学科前沿引入经典内容的教学中，提倡学生课外查阅文献了解

学科前沿。

三 教学内容

第一章 原子的基本状况（含绪论）（4学时）

一、教学目标

1．了解原子物理学的发展历史及原子物理学研究的内容、方法和手

段； 2．掌握原子的静态性质；

3．掌握原子的核式模型及实验基础、卢瑟福散射公式；

4．了解对两种主要的原子模型的定性半定量分析、核式模型的意义

及经典物理在其中遇到的困难。 二、教学重、难点

重点：原子的核式模型和卢瑟福散射公式。 难点：卢瑟福散射公式

的推导。 三、主要内容

1. 原子物理学的发展史及研究的内容、方法、手段； 2. 原子的基本

状况； 3. 卢瑟福核式模型的提出；

第二章 原子的能级和辐射（6学时）

一、教学目标

1．掌握氢原子光谱规律及光谱线系公式；

2．掌握玻尔氢原子理论，能够解释氢原子和类氢离子光谱的实验规

律，正确作出氢原子和类氢离子的能级结构图；

3．掌握光谱项、能级、线系限、波数、基态、激发态、激发能，电

离能等基本概念；

4．掌握夫兰克—赫兹实验的目的、原理、方法；

5．理

解玻尔对应原理，了解玻尔理论创建的历史背景及玻尔理论的意义

和困难。二、教学重、难点

重点：玻尔氢原子理论 难点：里德堡常数的修正 三、主要内容

1. 氢原子光谱的实验规律； 2. 玻尔的氢原子理论； 3. 类氢离子光

谱； 4. 夫兰克—赫兹实验；

5. 玻尔对应原理及玻尔理论的地位。

第三章 量子力学初步（6学时）

一、教学目标

1. 理解德布罗意物质波； 2. 掌握不确定关系； 3. 掌握波函数的物

理意义；

4. 了解薛定谔方程在量子力学中的作用，掌握定态的概念，了解求

解定态薛定谔方程

（本征问题）的基本步骤；

5. 了解运用定态薛定谔方程求解氢原子问题的基本步骤，掌握描述

电子空间运动的三

个量子数；

二、教学重、难点

重点：波函数的统计诠释、不确定关系、求解定态薛定谔方程（本

征问题）的基本步骤、量子力学对氢原子的描述及三个量子数。

难点：波函数的统计诠释、不确定关系、量子力学对氢原子的描述。

三、主要内容

1. 德布罗意假设及实验验证； 2. 海森伯不确定关系； 3. 波函数及

统计解释；

4. 薛定谔方程及量子力学的几个简例； 5. 量子力学对氢原子的描述。

第四章 碱金属原子和电子自旋（6学时）

一、教学目标

1. 掌握碱金属原子光谱及能级结构特点，理解产生量子亏损的原因，

掌握碱金属线系

公式及量子亏损、光谱项和屏蔽系数的计算；

2. 掌握电子自旋、单个价电子总角动量的合成方法和描述电子量子

态的四个量子数； 3. 掌握造成碱金属原子能级精细结构的原因及精

细结构公式； 4. 掌握单电子跃迁选择定则，并能画出碱金属原子精

细能级跃迁图； 5. 掌握氢原子能级的狄拉克公式和光谱的精细结构；

了解兰姆移动。 二、教学重、难点

重点：电子自旋和轨道的相互作用 难点：碱金属精细结构裂距的推

导 三、主要内容

1. 碱金属原子光谱； 2. 原子实的极化和轨道贯穿； 3. 碱金属原子

光谱的精细结构； 4. 电子自旋及其与轨道运动的相互作用； 5. 氢原

子光谱的精细结构。

第五章 多电子原子（6学时）

一、教学目标

1．掌握氦原子及第二族元素原子的光谱和能级结构特点；

2．重点掌握原子的l-s耦合方式、掌握j-j耦合方式，能正确地求出

电子组态构成的原子态（光谱项）；

3．掌握洪特原则、朗德间隔定则和电偶极辐射跃迁选择定则，并能

正确画出能级图，解释氦原子、镁原子等具有两个价电子原子的光

谱的形成； 4．了解复杂原子光谱一般规律；

5．掌握泡利不相容原理，了解同科电子原子态合成法； 二、教学

重、难点

重点：l-s 耦合、多电子原子的光谱、能级图和原子态、泡利原理和

同科电子原子态的确定、辐射跃迁的普用选择定则。

难点：l-s 耦合 、同科电子原子态的确定。 三、主要内容

1. 氦原子及镁原子的光谱和能级； 2. 具有两个价电子的原子态； 3.

泡利原理和同科电子； 4. 复杂原子光谱的一般规律； 5. 辐射跃迁的

普用选择定则；

第六章 在磁场中的原子（6学时）

一、教学目标

1. 掌握原子有效磁矩概念和有关计算，理解磁场中原子的拉莫尔进

动旋进； 2. 掌握原子在外磁场中附加能量公式，并能用来解释原子

能级在外磁场中分裂现象； 3. 正确解释史特恩——盖拉赫实验的结

果；

4. 掌握原子光谱在外磁场中的分裂（正常塞曼效应、反常塞曼效应）

的量子解释； 5. 知道斯塔克效应；

6. 了解物质的磁性，了解顺磁共振、核磁共振的概念、原理和应用。

二、教学重、难点

重点：原子有效磁矩、塞曼效应（正常、反常）、史特恩-盖拉赫实

验分析。 难点：塞曼效应的量子解释、顺磁共振及应用。 三、主要

内容 1. 原子的磁矩； 2. 外磁场对原子的作用； 3. 史特恩-盖拉赫实

验分析； 4. 塞曼效应，斯塔克效应； 5. 顺磁共振，核磁共振。

第七章 原子的壳层结构（4学时）

一、教学目标

1. 了解元素周期表的结构，掌握玻尔对元素周期表的物理解释；

2. 掌握电子填充原子壳层的原则：泡利原理和能量最小原理，理解

并掌握原子的电子

壳层结构，能正确写出原子基态的电子组态，并求出其基态的原子

态符号； 3. 掌握莫色勒定律，并以此解释电子填充壳层时出现能级

交错的原因。 二、教学重、难点

重点：玻尔对元素周期表的解释、电子填充壳层的原则、莫色勒定

律。 难点：原子基态电子填充壳层的顺序、莫色勒定律。 三、主要

内容

1. 元素性质的的周期性变化； 2. 原子的电子壳层结构； 3. 原子基

态的电子组态。

第八章 x射线（4学时）

一、教学目标

1. 了解x射线发现的历史、产生方法，掌握x射线的连续谱与标识

谱的特征和产生

的机制，掌握同x射线有关的原子能级结构；

【篇二：第八章原子物理学 x射线教案】

《原子物理学》课程章节教案

注：1．根据课程教学进度计划表填写章节教案首页；

2．教案或讲义正文附后，手书打印均可。

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【篇三：原子物理学教学大纲1】

《原子物理学》教学大纲

一、 课程名称与编号

课程名称：原子物理学 编 号：023305

二、 学时与学分

本课程学时：68学时 本课程学分：4 学分

三、 授课对象

大学二年级第二学期

四、 先修课程

《力学》、《热学》、《电磁学》、《光学》

五、 课程性质目的

本课程是为物理教育专业开设的必修课程，在教学培养计划中被列

为基础主干课。原子物理学是普通物理学的最后一部分，为经典物

理与近代物理之间的过渡课程，是物理教育专业的一门重要基础课

程。

本课程的目的是：使学生初步了解微观世界的结构和运动规律，了

第一章 原子的卢瑟福模型

主要内容：

1、原子的质量和大小。

2、卢瑟福散射公式及实验验证，原子的核式模型。

基本要求：

了解 粒子散射实验对认识原子结构的意义，了解测量原子大小方法，

掌握原子和原子核半径的数量级。

学时数： 4学时

第二章 玻尔理论与原子的能级和辐射

主要内容：

1、氢原子光谱及原子光谱的一般情况。

2、玻尔的氢原子理论。

3、类氢离子的光谱和能级。

4、夫兰克—赫芝实验。

5、索末菲量子化通则与电子的椭圆轨道及原子空间取向量子化。

6、对应原理和玻尔理论的地位。

基本要求：

掌握玻尔理论及对氢原子光谱和能级的解释；理解微观粒子的量子

化特征，掌握类氢离子的光谱和能级；了解量子化通则、电子的椭

圆轨道；了解对应原理和玻尔理论的局限性。

学时数： 10学时

2、碱金属原子光谱的精细结构与电子的自旋。

3、电子的自旋—轨道相互作用。

4、单电子辐射的跃迁选择定则。

5、氢原子光谱的精细结构与兰姆位移。

基本要求：

掌握碱金属原子光谱和能级的规律，理解电子的自旋；掌握电子总

角动量的合成方法；理解电子的自旋—轨道相互作用和碱金属原子

光谱和能级的精细；了解氢原子精细能级结构的特点。

学时数： 6学时

第五章多电子原子

主要内容：

1、氦原子的光谱和能级。

2、两个电子的耦合与原子态。

3、泡利不相容原理与同科电子。

4、多电子原子光谱的一般规律。

5、辐射跃迁选择定则。

基本要求：

掌握氦原子的光谱和能级；掌握两个价电子的ls耦合方法和辐射跃

迁选择定则，掌握泡利原理和用四个量子数描述电子态的方法；了

解jj耦合和多电子原子光谱的一般规律。

学时数： 4学时

第六章 磁场中的原子与塞曼效应

1、元素的周期性变化与电子壳层结构。

2、原子的基态电子组态与基态原子态。

基本要求：

理解元素的周期性变化来源于原子中电子的周期性壳层排列，了解

原子的基态电子组态，掌握计算原子的基态的方法。

学时数： 4学时

第八章x射线

主要内容：

1、x射线的产生及测量。

2、x射线产生的机制与x射线有关的原子能级。

3、康普顿效应。

4、x射线的吸收。

基本要求：

了解x射线的发射谱及与x射线有关的原子能级；了解康普顿效应

与x射线的吸收。 学时数： 4学时

第九章 原子核物理

主要内容：

1、原子核的基本性质。

2、原子核的放射性衰变。

3、核力。

4、原子核模型。

5、原子核反应。

6、原子核的裂变和聚变，原子能的利用。

基本要求：

了解基本粒子与相互作用的分类及守恒定律和对称原理，了解层子

模型与高能物理的最新进展。

学时数： 8学时

七、 教材与教学参考书

1、教材

杨福家著 原子物理学，高等教育出版社，1985年。

楮圣麟编 原子物理学，人民教育出版社，1979年。

2、教学参考书

顾建中编 原子物理学，高等教育出版社，1986年。

苟清泉编 原子物理学，高等教育出版社，第二版，1984年。

吴知非编 原子核物理学，高等教育出版社，1983年。

威切曼量子物理学，科学出版社，1979年。

凯格纳克、裴贝—裴罗拉 近代原子物理学，科学出版社，1980年。

韦斯科夫 二十世纪物理学，科学出版社，1979年。