原子物理教学大纲

《原子物理学》教学大纲课程性质：专业基础课程先修课程：力学、电磁学、光学总学时：60 学分：3.5理论学时：60 实验学时：实验纳入《近代物理实验》课程开课学院：物电学院适用专业：物理学大纲执笔人：凤尔银大纲编写时间：2007年元月教研室主任审核：凤尔银教学院长审定：一、说明1、课程的性质、地位和任务原子物理学为物理学专业的必修课，是物理学专业的一门重要基础课。

本课程的主要目标和任务是：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。

介绍有关问题所需要的量子力学基本概念，阐述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。

使学生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。

2、课程教学的基本要求通过本课程的学习，力图使学生初步建立描述微观世界的物理图像，理解适应微观世界的新概念，掌握处理微观世界物理问题的新方法，为后续《量子力学》课程的学习打下一定的基础；本课程涉及知识面较广，讲授时要针对实际情况，对内容加以选择，尽量做到详略得当，让学生既能较全面，又能较深刻地理解和掌握。

课程教学中，要结合有关内容，适当将一些背景材料和物理学史引入教学，以利于加深对新知识的理解和把握。

同时，通过介绍二十世纪初物理学家，在解决经典物理学应用于微观粒子体系遇到困难时的大胆探索、勇于出新的思想脉络，使学生受到创新意识和创新精神方面的熏陶和教育，提高学生分析问题和解决问题的能力。

使学生了解物理学家对物质结构的实践——理论——再实践的认识过程，引导学生养成严谨、活跃、创新的思维方式和学习方法。

3、本课程的重点与难点重点：培养学生初步建立微观世界的物理图像，掌握描述原子结构的基本概念、基本原理和方法；掌握认识原子世界的基本规律，以便从思想和方法上做好准备，为今后学习量子力学打下基础。

难点：由于原子物理学课程是学生第一次系统的接触到的近代物理学的理论体系，它的许多概念、观点与学生长期形成的观念不相符合。

《原子物理学》教学大纲课程名称：中文名称：原子物理学；英文名称：Atom Physics课程编码：081029学分：4分总学时：64 学时，其中，理论学时：64学时适应专业：物理学类本科专业先修课程：力学、热学、光学、电磁学执笔人：韩立波审定人：程庆华一、课程的性质、目的与任务《原子物理学》属于学科基础课。

《原子物理学》涉及的内容为经典物理与近代物理之间的过渡。

本课程的教学目的是使学生初步了解微观世界的结构和运动规律，了解无限分割的物质世界的结构层次，逐步建立用量子化的思想、概念、语言及思维方法来研究微观世界，为继续学习量子力学、近代物理实验等后续课程打下基础。

二、教学的基本要求总体要求：理解原子物理学的基本概念，掌握微观系统遵从的基本规律和处理问题的基本方法，掌握对微观系统思维方法，提高学生应用基本规律解决实际问题的能力。

了解内容：原子物理学的研究对象；研究方法思维；相关内容的发展状况。

理解内容：原子物理学的基本概念，包括定态、能级、角动量、光谱、磁矩、自旋、衰变、核反应。

掌握内容：①原子物理学部分：玻尔理论及其应用、电子自旋与光谱的精细结构、塞曼效应、电子的耦合与原子的能级、泡利不相容原理、元素周期表、X的产生机制。

②原子核物理学部分：原子核的基本性质、放射性的基本规律及应用、核反应与原子能的应用。

三、教学内容与学时分配绪论第一章原子的位形：卢瑟福模型（4学时）本章的重点和难点：一、原子的行星模型；二、卢瑟福散射公式。

第一节背景知识第二节卢瑟福模型的提出第三节卢瑟福散射公式第四节卢瑟福公式的实验验证第二章原子的量子态：玻尔模型（12学时）本章的重点和难点: 一、氢原子的玻尔理论及应用；二、氢原子能级与光谱。

第一节背景知识第二节玻耳模型第三节氢原子光谱第四节夫兰克—赫芝实验第五节玻尔模型的推广第三章量子力学导论（6学时）本章的重点和难点：一、波粒二象性；二、不确定关系。

第一节波粒二象性第二节不确定关系第三节波函数及统计解释第四节薛定谔方程第四章原子的精细结构：电子的自旋（8学时）本章重点和难点：一、电子的轨道运动与轨道磁矩；二、电子的自旋运动与自旋磁矩；三、自旋与能级分裂。

原子物理学教学大纲
一、课程简介
本课程是一门针对大学物理专业的高级选修课，主要介绍原子物理
学的基础知识，包括原子结构、原子能级、原子核模型、原子光谱学
等内容。

通过学习本课程能够掌握原子物理学的基本理论和实验方法，为后续相关课程的学习和科研工作打下坚实的基础。

二、课程目标
本课程的主要目标在于：
1.着重掌握原子结构、原子能级、原子核模型、原子光谱学
等基础概念；
2.简要介绍原子物理学的历史发展和现状；
3.探讨原子物理学理论与实验的关系；
4.培养学生分析和解决有关原子物理学问题的能力；
5.激发学生对原子物理学科研工作的兴趣，为今后做好科研
工作奠定基础。

三、教学内容与教学时长
本课程共分为四个章节，具体内容如下：
第一章原子结构
•真空管和阴极射线实验
•半经验模型。

原子物理学教学大纲原子物理学教学大纲引言：原子物理学是物理学的重要分支之一，研究原子及其组成部分的性质和行为。

在现代科学中，原子物理学扮演着关键的角色，为我们理解自然界的基本规律提供了重要的基础。

为了更好地进行原子物理学的教学，制定一份合理的教学大纲是必要的。

本文将探讨原子物理学教学大纲的内容和结构。

一、基本概念与原理1. 原子的基本结构：介绍原子的组成部分，包括质子、中子和电子，以及它们的相对质量和电荷。

2. 原子的量子性质：介绍原子的量子理论，包括波粒二象性、不确定性原理等，以及与原子性质相关的量子数和波函数。

3. 原子的能级结构：讲解原子的能级和轨道，以及原子的光谱现象，如吸收光谱、发射光谱和拉曼光谱等。

二、原子物理学实验技术1. 原子的探测与观测：介绍原子的探测技术，如原子力显微镜、透射电子显微镜等，以及原子的观测技术，如原子吸收光谱法、原子发射光谱法等。

2. 原子的激发与激光技术：讲解原子的激发过程和激发能级，以及激光技术在原子物理学中的应用，如激光冷却和激光激发等。

三、原子物理学的应用1. 原子核物理学：介绍原子核的结构和性质，以及核反应和核能的应用。

2. 量子力学的应用：讲解量子力学在原子物理学中的应用，如原子的波函数描述、原子的束缚态和散射态等。

3. 原子物理学在材料科学中的应用：探讨原子物理学在材料性质研究、纳米材料制备和表征等方面的应用。

四、实验与实践1. 实验设计与操作：介绍原子物理学实验的设计原理和操作技巧，培养学生的实验能力和科学思维。

2. 数据分析与结果解读：引导学生分析实验数据，理解实验结果，并提出合理的解释和结论。

结语：原子物理学教学大纲的制定旨在系统地介绍原子物理学的基本概念、原理和应用，并培养学生的实验能力和科学思维。

通过学习原子物理学，学生可以深入理解物质的微观结构和性质，为他们今后的学术研究和科学实践打下坚实的基础。

同时，教学大纲的内容和结构应不断更新，以适应科学研究的发展和教学需求的变化。

原子物理学课程教学大纲一、课程说明（一）课程名称、所属专业、课程性质、学分；课程名称：原子物理学所属专业：物理学专业课程性质：基础课学分：4（二）课程简介、目标与任务；原子物理学是物理类专业本科生的专业必修课，以物质结构的第一个微观层次（原子）为研究对象，是联接经典物理和近代物理的一门承上启下的课程。

在理论方法上，该课程揭露经典理论在原子这一微观层次遭遇到的困难，并且为了解决这些困难而引入量子力学，学生将在本课程中较为系统地学习到量子力学的基本概念、基本原理、基本思想和方法。

在应用实践上，通过本课程的学习，学生将系统性地了解和掌握原子物理学的发展历史，获得有关原子的电子结构、性质及其与外场相互作用的系统性知识，为以后从事相关的科学研究、生产应用和教学工作打下良好的基础。

（三）先修课程要求，与先修课之间的逻辑关系和内容衔接；先修课程：《高等数学》、《数学物理方法》、《力学》、《理论力学》、《热学》、《电磁学》、《光学》关系：《高等数学》和《数学物理方法》是学习原子物理学的数学基础。

《力学》、《理论力学》、《热学》、《电磁学》和《光学》包含了学生在学习原子物理学之前需要掌握的必要的经典物理知识。

有了这些准备知识才能理解为何不能用经典理论来研究原子体系，从而必须引入量子力学。

（四）教材与主要参考书；选用教材：杨福家, 《原子物理学》第四版, 高等教育出版社, 2010主要参考书：1, C. J. Foot，《Atomic Physics》， Oxford University Press， 2005 2, H. Friedrich，《Theoretical Atomic Physics》， Springer， 2006 3, 褚圣麟，《原子物理学》，高等教育出版社， 19874, 曾谨言，《量子力学》，科学出版社， 20005, 卢希庭，《原子核物理》，原子能出版社， 1981二、课程内容与安排绪论原子物理学的发展历史（2学时）【了解】第一章原子的组成和结构（5学时）第一节原子的质量和大小【掌握】第二节电子的发现【了解】第三节原子结构模型【了解】第四节原子的核式结构，卢瑟福散理论【重点掌握】【难点】第五节卢瑟福理论的成功和不足【掌握】第二章原子的量子态，玻尔理论（8学时）第一节背景知识：黑体辐射、光电效应和氢原子光谱【掌握】第二节玻尔的氢原子理论【重点掌握】【难点】第三节玻尔理论的实验验证【掌握】第四节玻尔理论的推广：椭圆轨道理论和碱金属原子光谱【重点掌握】第五节玻尔理论的成功与缺陷【掌握】第三章量子力学导论（18学时）【重点掌握】【难点】第一节波粒二象性第二节不确定关系第三节波函数及其统计解释第四节态叠加原理第五节薛定谔方程第六节薛定谔方程应用举例第七节平均值和算符第八节量子力学总结第九节氢原子／类氢离子的量子力学解法第十节爱因斯坦关于辐射和吸收的唯象理论第十一节量子跃迁理论，含时微扰论第四章原子的精细结构，电子自旋（14学时）【重点掌握】【难点】第一节电子的轨道磁矩第二节施特恩－盖拉赫实验第三节电子的自旋和自旋磁矩第四节相对论量子力学初步，狄拉克方程第五节自旋轨道相互作用，原子的精细结构第六节外场对原子的作用，定态微扰论第七节外磁场对原子的作用，塞曼效应，帕邢－巴克效应第八节外电场对原子的作用，斯塔克效应，运动电场第五章多电子原子，泡利原理（10学时）【重点掌握】【难点】第一节多电子的耦合第二节氦原子的光谱和能级第三节泡利不相容原理第四节量子多体理论初步，平均场近似第五节原子的壳层结构，元素周期表第六节原子基态，洪特定则，朗德间隔定则第七节氦原子／类氦离子的量子力学解法第六章Ｘ射线（5学时）第一节Ｘ射线的发现和波动性【了解】第二节Ｘ射线的产生机制【掌握】第三节康普顿散射【重点掌握】第四节Ｘ射线在物质中的吸收【了解】第七章原子核物理概论（10学时）第一节原子核物理的研究对象和发展历史【了解】第二节核的基态性质一：核质量，结合能【掌握】第三节核力的介子理论【了解】第四节核的基态性质二：核矩【掌握】第五节原子核多体问题的困难【了解】第六节核结构模型：费米气体模型、液滴模型、壳模型、集体运动模型【了解】第七节放射性衰变的基本规律【掌握】第八节阿尔法衰变、贝塔衰变和伽玛衰变【掌握】第九节穆斯堡尔效应【掌握】第十节核反应，Ｑ方程【掌握】第十一节核反应模型：复合核模型、光学模型、黑核模型、蒸发模型【了解】教学方法：教学中始终突出以学生为本的教育理念，重视课程的规划和建设，按照课程体系制定规范的教学大纲和教学进度表；因材施教使学生掌握物理学的发展脉络和做科研的方法，使学生变被动学习为主动学习，真正达到从会学到好学；通过启发式教学培养学生较强的主动思考习惯，注重对大学生创新思维和解决实际问题能力的培养；及时与学生进行有效沟通，布置课后作业，必要时进行习题讲解；将科研前沿引入课堂，使学生了解原子物理、量子力学和量子多体理论的研究现状和发展前景；开发并实施多媒体教学手段，使得课程的教学实施建立在现代教育技术平台之上。

《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 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。

原子物理学一、课程说明课程编号：140305Z10课程名称：原子物理学/Atomic physics课程类别：必修学时/学分：48/3先修课程：高等数学、力学、热学、电磁学、光学适用专业：应用物理学、应用物理学T教材、教学参考书：《原子物理学》杨福家编（高等教育出版社，2008年第4版）《原子物理学》褚圣麟编（高等教育出版社，1979年第1版）二、课程设置的目的意义原子物理学是研究原子的结构、运动规律及相互作用的物理学分支学科，是物理类专业的一门重要基础课，主要讲授卢瑟福散射、玻尔的氢原子理论、量子力学初步、电子自旋、泡利原理、X射线、分子光谱、核物理与粒子物理概要、前沿和新技术简介等内容。

原子物理学从物理实验规律出发，探讨原子的结构和运动规律，拓展介绍微观粒子物理知识和学科前沿；使学生认识不同层次微观结构的基本规律，掌握量子理论处理微观世界的基本概念、原理和方法，建立正确的微观物理图像，具备知识应用和分析能力。

原子物理学是其他基础科学和技术科学如化学、生物学、空间物理、天体物理、物理力学等的基础，激光技术、核技术和空间技术的研究也都要求原子物理学提供重要数据，因此学习、研究和发展原子物理学有十分重要的理论和实际意义。

三、课程的基本要求（1）学生初步掌握原子的结构和运动规律，对原子核和“高能物理”两个物质层次结构的基本概念和规律有一定了解，为进一步学习和掌握现代科学技术提供一定的基础。

（2）使学生了解在原子物理过程中的一些研究方法及其普遍意义，提高学生分析问题和解决问题的能力。

（3）使学生获得一辩证唯物主义世界观的教育，为以后的进一步学习或工作打下基础。

四、教学内容、重点难点及教学设计注：实践包括实验、上机等五、实践教学内容和基本要求学生可课外去实验室观看如下演示实验：普朗克常数的测定，核磁共振，电子自旋，塞曼效应，光磁共振等试验。

六、考核方式及成绩评定根据课程类型、课程性质、课程内容及特点，确定适合的考核内容、考核方式及成绩评定。

《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发，建立物理模型，进而建立物理理论体系的过程，培养学生分析问题和解决问题的能力。

3. 使学生了解一些正在发展的学科前沿，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。

培养学生辩证唯物主义世界观。

（三）学时分配二教学方法和手段以启发式教学为主，学生自学为辅。

教学中要注重理论教学中穿插背景材料、物理学史的教学，注重物理思想、物理方法的教学，注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。

原子物理学教学大纲一、引言原子物理学作为物理学领域的重要分支，研究的是原子及其内部结构的性质和行为。

本教学大纲旨在提供一套系统而全面的教学计划，帮助学生全面理解和掌握原子物理学的基础知识和实验技能。

二、教学目标1. 理解原子结构的基本概念，包括原子核、电子和中子的组成和性质。

2. 掌握原子模型的历史演变和发展，并能运用不同模型解释实验现象。

3. 理解量子力学的基本原理，包括波粒二象性、不确定性原理等。

4. 掌握原子能级和谱线的性质，包括原子光谱、玻尔理论等。

5. 熟悉原子核的结构和性质，包括核衰变、核反应等。

6. 掌握原子物理学实验方法与技巧，培养实验设计和数据分析能力。

7. 发展学生对原子物理学的兴趣和探索精神，培养科学思维和创新能力。

三、教学内容1. 原子结构的基本概念1.1 原子核的组成和性质1.2 电子的轨道和能级1.3 中子的作用和性质2. 原子模型的发展2.1 道尔顿原子模型2.2 汤姆逊原子模型2.3 卢瑟福原子模型2.4 波尔原子模型3. 量子力学的基本原理3.1 波粒二象性的解释3.2 不确定性原理的解释3.3 薛定谔方程的基本概念4. 原子能级和谱线4.1 原子光谱的特征和分类 4.2 玻尔理论对光谱的解释4.3 能级跃迁和谱线的产生5. 原子核的结构和性质5.1 质子和中子的相互作用5.2 电荷守恒和质量守恒定律的应用5.3 核衰变和核反应的基本过程6. 实验方法与技巧6.1 原子物理实验仪器的使用和操作6.2 实验设计和数据处理方法6.3 实验安全和实验守则7. 原子物理学的应用7.1 原子能与核能的利用和开发7.2 原子物理学在材料科学和生物医学中的应用7.3 原子物理学对环境保护和能源问题的影响四、教学方法和手段1. 组织讲座，通过PPT课件等多媒体方式，介绍原子物理学的基本概念、实验案例和应用领域。

2. 设置小组讨论和实验操作环节，培养学生合作意识和实践能力。

3. 布置实验报告、文献综述等作业，培养学生的科学写作和信息检索能力。