大学物理第16章

第六篇 近代物理 第十六章 原子的量子理论

第十六章 原子的量子理论

一、教学内容：

氢原子光谱的规律性，玻耳的氢原子理论；能级，弗兰克－赫茲实验。德布罗意波，实物粒子的波粒二象性；电子的德布罗

意波，电子衍射；用驻波解释玻尔氢原子理论中角动量的量子化条件；不确定关系式。波函数，薛定谔方程；一维无限深势

阱。氢原子的量子力学处理方法；角动量量子化及角动量的空间量子化；斯特恩－盖拉赫实验，电子自旋；四个量子数；原

子的壳层结构，泡利不相容原理，能量最小原理，多电子原子中电子分布。

二、教学目的与要求：

1．理解氢原子光谱的实验规律及玻尔的氢原子理论。

2．了解德布罗意的物质波假设及其正确性的实验证实。了解实物粒子的波粒二象性。

3．理解描述物质波动性的物理量(波长、频率)和粒子性的物理量(动量、能量)间的关系。

4．了解波函数及其统计解释。了解一维坐标动量不确定关系。了解一维定态薛定谔方程。

5．了解如何用驻波观点说明能量量子化。了解角动量量子化及空间量子化。了解施特恩·格拉赫实验及微观粒子的自旋。

6．了解描述原子中电子运动状态的四个量子数。了解泡利不相容原理和原子的电子壳层结构。

三、学时分配：8学时

四、教学重点：

氢原子光谱的实验规律，玻尔的氢原子理论；德布罗意物质波波动性物理量(波长、频率)和粒子性物理量(动量、能量)间的

关系。

五、教学难点：

不确定关系，波函数，一维定态薛定谔方程。

六、教学方法与手段：讲授，讨论，实验演示相结合。

七、教学思路：

通过讲述氢原子光谱的实验规律以及难以用经典电磁辐射理论对其进行解释，从而引出玻尔的氢原子理论；再回过头来用玻

尔的氢原子理论很好地解释氢原子光谱的实验规律。

通过说明玻尔的氢原子理论难以稍复杂原子的光谱，进而说明玻尔的氢原子理论不是自恰的理论，由此讲述德布罗意的物质

波假及实物粒子的波粒二象性。再讲述实物粒子的波粒二象性的最重要例证电子波及其电子波的衍射，以及用电子波在绕核

运转的轨道上形成驻波的观点说明玻尔轨道角动量的量子化条件。

在讲述物质波是概率波的基础上说明动量和坐标的不确定性，再将光波的单缝衍射运用于电子波从而定性推导动量坐标的不

确定关系式。

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第六篇 近代物理 第十六章 原子的量子理论

为了在微观世界描述粒子的运动，又要体现粒子的波粒二象性，从而引入波函数并讲述波函数的统计解释，进而导出描述微

观粒子运动的薛定谔方程；通过讲述用薛定谔方程解无限深势阱的例子，从而得出能量的量子化，进一步说明薛定谔方程是

描述微观粒子运动的基本方程。

将薛定谔方程用于解氢原子，结合讲述施特恩·格拉赫实验，得出电子轨道运动角动量量子化，角动量空间量子化及电子自

旋，从而得出原子中电子轨道运动的四个量子数。在定性说明电子绕核运转的能量不仅与主量子数有关还与角量子数有关的

基础上，讲述最小能量原理和泡利不相容原理，进而得出原子中电子的壳层结构。

八、主要参考书：

1．《普通物理学》（1982年修订本），程守洙、江之永编，朱永春修订，1982年，高等教育出版社。

2．《大学物理学》（2002年第一版），赵近芳主编，2002年，北京邮电大学出版社。

3．《物理学》（第四版），东南大学等七所工科院校编，马文蔚改编，1999年，高等教育出版社。

4．《大学物理学》清华版。

九、练习：《大学物理习题集》（下册）练习二十五，练习二十六，练习二十七。

十、教学过程：（见电子教案）

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