《原子物理》課程教學(xué)大綱

《原子物理》教學(xué)大綱課程名稱：原子物理學(xué)英文名稱：AtomicPhysics課程編號：F047091551學(xué)分：3總學(xué)時/課內(nèi)實(shí)踐學(xué)時：48/0課程性質(zhì)：必修課程開課單位：數(shù)理科學(xué)與工程學(xué)院應(yīng)用物理系基層教學(xué)組織適應(yīng)對象：應(yīng)用物理學(xué)專業(yè)課程簡介《原子物理》是為物理學(xué)專業(yè)學(xué)生開設(shè)的基礎(chǔ)必修課。通過本課程的學(xué)習(xí)，力圖使學(xué)生初步建立描述微觀世界的物理圖像，理解適應(yīng)微觀世界的新概念，掌握處理微觀世界物理問題的新方法，全面系統(tǒng)地了解微觀世界的基本規(guī)律。教學(xué)以理論講授為主，針對實(shí)際情況，對內(nèi)容加以選擇，讓學(xué)生既能較全面，又能較深刻地理解和掌握。課程教學(xué)中，要結(jié)合有關(guān)內(nèi)容，適當(dāng)將一些背景材料和物理學(xué)史引入教學(xué)，以利于加深對新知識的理解和把握。通過介紹物理學(xué)家在解決經(jīng)典物理學(xué)應(yīng)用于微觀粒子體系遇到困難時的大膽探索、勇于出新的思想脈絡(luò)，使學(xué)生受到創(chuàng)新意識和創(chuàng)新精神方面的熏陶和教育，提高學(xué)生分析問題和解決問題的能力。AtomicPhysicsisafundamentalcompulsorycoursedesignedforstudentsmajoringinphysics.Throughthestudyofthiscourse,theaimistoenablestudentstoinitiallyestablishphysicalimagesthatdescribethemicroscopicworld,understandnewconceptsthatadapttothemicroscopicworld,masternewmethodsfordealingwithphysicalproblemsinthemicroscopicworld,andcomprehensivelyandsystematicallyunderstandthebasiclawsofthemicroscopicworld.Teachingfocusesontheoreticallectures,selectingcontentbasedonactualsituations,allowingstudentstohaveamorecomprehensiveandprofoundunderstandingandmastery.Incourseteaching,itisnecessarytocombinerelevantcontentandappropriatelyintroducesomebackgroundmaterialsandphysicshistoryintotheteaching,inordertodeepentheunderstandingandgraspofnewknowledge.Byintroducingphysicists'boldexplorationandcouragetocomeupwithnewideaswhensolvingdifficultiesinapplyingclassicalphysicstomicroscopicparticlesystems,studentsarenurturedandeducatedininnovativeconsciousnessandspirit,andtheirabilitytoanalyzeandsolveproblemsisimproved.課程目標(biāo)1.強(qiáng)化科學(xué)倫理教育，注重科學(xué)思維方法訓(xùn)練和科學(xué)精神培養(yǎng)，提高學(xué)生分析問題和解決問題的的能力，激發(fā)學(xué)生科技報國的家國情懷和使命擔(dān)當(dāng)。2.掌握原子的靜態(tài)性質(zhì)。了解氫原子及類氫離子光譜規(guī)律，掌握玻爾理論的要點(diǎn)，能夠畫氫原子能級躍遷圖。3.理解電子自旋與軌道運(yùn)動的相互作用和單電子原子態(tài)符號，能夠畫出堿金屬原子能級躍遷圖。了解兩個價電子的耦合方法并能夠畫出相應(yīng)的能級躍遷簡圖。4.理解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(xiàn)象；會用量子理論對塞曼效應(yīng)作出解釋，能進(jìn)行塞曼譜線的波數(shù)計算。5.理解并掌握電子填充原子殼層的原則；能正確寫出原子基態(tài)的電子組態(tài)。1.Strengthenscientificethicseducation,focusontrainingscientificthinkingmethodsandcultivatingscientificspirit,improvestudents'abilitytoanalyzeandsolveproblems,andstimulatetheirpatriotismandmissiontoservethecountrythroughscienceandtechnology.2.Masterthestaticpropertiesofatoms.Understandthespectralpatternsofhydrogenatomsandhydrogenlikeions,masterthekeypointsofBohr'stheory,andbeabletodrawenergyleveltransitiondiagramsofhydrogenatoms.3.Understandtheinteractionbetweenelectronspinandorbitalmotion,aswellasthesingleelectronatomicstatesymbol,andbeabletodrawenergyleveltransitiondiagramsforalkalimetalatoms.Understandthecouplingmethodoftwovalenceelectronsandbeabletodrawcorrespondingenergyleveltransitiondiagrams.4.Understandtheformulafortheadditionalenergyofatomsinanexternalmagneticfield,andbeabletoexplainthephenomenonofatomicenergylevelsplittinginanexternalmagneticfield;explaintheZeemaneffectusingquantumtheoryandcalculatethewavenumberofZeemanspectrallines.5.Understandandmastertheprincipleofelectronfillingatomicshells;accuratelywritetheelectronicconfigurationoftheatomicgroundstate.三、課程目標(biāo)與畢業(yè)要求對應(yīng)關(guān)系本課程的課程目標(biāo)對應(yīng)用物理學(xué)專業(yè)畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)的支撐情況如表1所示：表1課程目標(biāo)與畢業(yè)要求對應(yīng)關(guān)系畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)課程目標(biāo)畢業(yè)要求1：1-①具有科學(xué)的世界觀，較系統(tǒng)和完整地掌握物理學(xué)的基本理論、基本知識和基本技能以及所需的數(shù)學(xué)、計算機(jī)、電工電子學(xué)等方面的基礎(chǔ)知識。對物理學(xué)相關(guān)專業(yè)方向前沿、發(fā)展動態(tài)、應(yīng)用前景有所了解；1-④了解物理學(xué)的理論前沿、應(yīng)用前景和最新發(fā)展，相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r；1、2、3、4、5、畢業(yè)要求2：2-①具備獲取自學(xué)能力、獲取和加工處理信息的能力，具有一定的批判性思維能力；2-④熟悉科學(xué)研究的基本規(guī)律，具備基本的科學(xué)研究、實(shí)驗?zāi)芰Γ軌蚶帽緦I(yè)學(xué)習(xí)的知識分析和解決本專業(yè)領(lǐng)域生產(chǎn)實(shí)踐中的基本問題；1、2、3、4、5、畢業(yè)要求3：3-①具有科學(xué)思維方法、科學(xué)精神、創(chuàng)新意識，具有一定的技術(shù)創(chuàng)新和應(yīng)用意識及工程技術(shù)素養(yǎng)；3-②具備通過自我學(xué)習(xí)在本專業(yè)相關(guān)交叉學(xué)科工作的科學(xué)技術(shù)素質(zhì)；3-③具有良好的社會價值觀，能夠獨(dú)立處理生活、學(xué)習(xí)和以后工作中的各種問題；3-④具有較好的人文藝術(shù)修養(yǎng)和社會科學(xué)技術(shù)基礎(chǔ)，具備必要的社會責(zé)任感；3-⑤德智體美勞全面發(fā)展，善于與人溝通，具有團(tuán)隊合作精神。1、2、3、4、5、課程教學(xué)安排課程共有九項項教學(xué)內(nèi)容，具體安排如下。表2：課程教學(xué)安排表序號教學(xué)內(nèi)容思政元素課堂教學(xué)學(xué)時實(shí)驗/實(shí)踐教學(xué)學(xué)時學(xué)時小計1了解原子物理學(xué)與量子力學(xué)的研究對象。愛國主義情操1012掌握原子的靜態(tài)性質(zhì)。5053了解氫原子及類氫離子光譜規(guī)律，掌握玻爾理論的要點(diǎn)，能夠畫氫原子能級躍遷圖。人文知識、思辨能力100104了解量子力學(xué)的幾個基本概念。2025理解電子自旋與軌道運(yùn)動的相互作用和單電子原子態(tài)符號，能夠畫出堿金屬原子能級躍遷圖。創(chuàng)新意識和創(chuàng)新精神100106了解兩個價電子的耦合方法并能夠畫出相應(yīng)的能級躍遷簡圖。8087理解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(xiàn)象；會用量子理論對塞曼效應(yīng)作出解釋，能進(jìn)行塞曼譜線的波數(shù)計算。6068理解并掌握電子填充原子殼層的原則；能正確寫出原子基態(tài)的電子組態(tài)。4049了解X射線22合計48048教學(xué)安排緒論教學(xué)要求：了解《原子物理學(xué)》課程特點(diǎn)，授課內(nèi)容綜述概況，基本的學(xué)習(xí)方法。教學(xué)內(nèi)容：1.原子物理學(xué)的地位與作用；2.原子物理學(xué)的基本內(nèi)容及研究前景；3.原子物理學(xué)的學(xué)習(xí)方法、教學(xué)要求；4.參考讀物。重點(diǎn)難點(diǎn)：無原子的基本狀況教學(xué)要求：掌握原子的靜態(tài)性質(zhì)；了解電子的發(fā)現(xiàn)、α粒子散射實(shí)驗等實(shí)驗事實(shí)；掌握庫侖散射公式和盧瑟福散射公式的推導(dǎo)、原子核大小的估計和原子的核式結(jié)構(gòu)。教學(xué)內(nèi)容：1.原子的質(zhì)量和大??；2.原子的核式結(jié)構(gòu)。重點(diǎn)難點(diǎn)：原子質(zhì)量和大小的量級；盧瑟福散射公式；原子的核式模型。原子的能級和輻射教學(xué)要求：了解氫原子及類氫離子光譜規(guī)律及及類氫離子光譜線系公式；掌握玻爾理論的要點(diǎn)，會畫能級躍遷圖；理解夫蘭克—赫茲實(shí)驗原理、方法及結(jié)論；一般了解縈末菲量子化條件及應(yīng)用；理解量子化這一新的規(guī)律，學(xué)習(xí)這一規(guī)律提出中物理學(xué)家的大膽探索和創(chuàng)新精神。教學(xué)內(nèi)容：1.光譜；2.氫原子光譜；3.玻爾氫原子理論；4.類氫離子光譜；5.夫蘭克-赫茲實(shí)驗與原子能級；6.量子化通則；8.史特恩-蓋拉赫試驗與原子空間取向的量子化。重點(diǎn)難點(diǎn)：玻爾氫原子理論；量子化、量子數(shù)、躍遷等概念及重要性；夫蘭克—赫茲實(shí)驗原理、方法及結(jié)論。量子力學(xué)初步教學(xué)要求：了解量子力學(xué)的幾個基本概念。教學(xué)內(nèi)容：1.物質(zhì)的二象性；2.不確定關(guān)系；3.波函數(shù)及其物理意義；4.量子力學(xué)對氫原子的描述。重點(diǎn)難點(diǎn)：德布羅意假設(shè)和微觀粒子的波粒二象性、波函數(shù)的統(tǒng)計詮釋、不確定關(guān)系、量子力學(xué)對氫原子的描述及三個量子數(shù)n、l、m。堿金屬原子和電子自旋教學(xué)要求：了解堿金屬原子能級和光譜的一般特性；理解原子實(shí)極化與軌道貫穿的作用；掌握電子自旋概念與自旋量子數(shù)的意義；了解角動量耦合方法，理解電子自旋與軌道運(yùn)動的相互作用；了解光譜精細(xì)結(jié)構(gòu)形成的物理本質(zhì)；掌握單電子原子態(tài)符號描述了解單電子躍遷選擇定則。教學(xué)內(nèi)容：1.堿金屬原子光譜；2.原子實(shí)的極化和軌道的貫穿；3.堿金屬原子光譜的精細(xì)結(jié)構(gòu)；4.電子自旋同軌道運(yùn)動的相互作用；5.單電子輻射躍遷的選擇定則；6.氫原子光譜的精細(xì)結(jié)構(gòu)。重點(diǎn)難點(diǎn)：堿金屬原子光譜、電子自旋、單電子角動量的合成、四個量子數(shù)、單電子躍遷選擇定則、光譜的精細(xì)結(jié)構(gòu)。多電子原子教學(xué)要求：了解兩個價電子的耦合方法、氦和堿土金屬原子態(tài)的推求，并能夠畫出相應(yīng)的能級躍遷簡圖；掌握泡利不相容原理和輻射躍遷的選擇定則。教學(xué)內(nèi)容：1.堿土金屬光譜和能級；2.兩價原子的原子態(tài)；3.泡利原理；4.復(fù)雜原子光譜的一般規(guī)律；5.輻射躍遷的選擇定則。重點(diǎn)難點(diǎn)：L-S耦合、J-J耦合；洪特規(guī)則和朗德間隔定則；多電子原子的光譜、能級圖和原子態(tài)；泡利原理和同科電子原子態(tài)的確定；輻射躍遷的普用選擇定則。在磁場中的原子教學(xué)要求：了解原子磁矩概念和有關(guān)計算；理解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(xiàn)象；正確解釋史特恩——蓋拉赫實(shí)驗的結(jié)果；會用量子理論對塞曼效應(yīng)作出解釋，能進(jìn)行塞曼譜線的波數(shù)計算。教學(xué)內(nèi)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(shí)驗結(jié)果；4.塞曼效應(yīng)。重點(diǎn)難點(diǎn)：原子磁矩、原子能級在磁場中的分裂、塞曼效應(yīng)、史特恩-蓋拉赫實(shí)驗結(jié)果的分析。原子的殼層結(jié)構(gòu)教學(xué)要求：了解元素周期表的結(jié)構(gòu)，理解玻爾對元素周期表的物理解釋；理解并掌握電子填充原子殼層的原則；能正確寫出原子基態(tài)的電子組態(tài)，并求出其基態(tài)的原子態(tài)符號；了解電子填充殼層時出現(xiàn)能級交錯的原因。。教學(xué)內(nèi)容：1.元素性質(zhì)的周期性變化；2.原子的電子殼層結(jié)