从原子物理学的发展看原子物理学的特点及其教学任务_金蓉
原子物理学教学大纲(1)
《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。
原子物理学的发展
原子物理学的发展科学原子论诞生的背景化学以物质为研究对象，以阐明物质的结构及其变化规律为己任。
那么，“物质的组成是什么？”是化学的基本问题和核心问题。
但从古代的德谟克利特(公元前460~370年)到17世纪的波义耳(1627~1691年)，两千多年来，一直没有完全正确的答案。
尽管德谟克里特斯早就提出物质是由看不见的粒子组成的。
这种粒子叫做“原子”(希腊语中是不可分的意思)，但这只是一种猜想，一种推理，没有实验依据。
所以对物质结构的认识是朦胧的，幼稚的，处于初级阶段。
直到17世纪的1661年，波义耳才第一次明确了化学的研究对象和方法及其物质观，将化学定义为科学。
基于他的化学实验，他建立了科学的元素理论。
他认为只有那些不能被化学方法分解的简单物质才是元素。
这种物质观接近原子论，但还不是科学的原子论。
因为，他当时所说的元素，在今天看来，只是一种简单的物质，而不是原子。
错误还很多：受限于实验条件和思想局限，把火、气、水误认为元素；把物理性质“火”和化合物“水”当作元素，造成元素概念的混乱。
在波义耳之后的100年里，人们在科学实验和化学分析中不断发现新元素，并逐渐将这些化合物从元素列表中拉了下来。
1789年，拉瓦锡对元素的概念进行了总结和思考，提出元素是“化学分析所能达到的终点”。
丰富了波义耳的元素观，发表了33种元素的列表，但未能确定和证实元素的质量。
因此，波义耳的“元素说”还没有成为一个准确、清晰、科学的概念，需要进一步发展。
400年前，希腊哲学家留基伯提议原子的概念。
1803年，英国物理学家约翰道尔顿提出了原子理论。
1833年，英国物理学家法拉第提出法拉第。
电解定律，说明原子是带电的，电可能是不连续的颗粒存在。
1874年，Stoney提出电解过程中交换的粒子应称为电子。
在1879年，克鲁克斯从放电管（高电压松懈关于电子管阴极射线发现于)。
1886年，戈德斯坦从放电管中发现了阳极雷。
1897年，一位英国物理学家汤姆森验证；证明；确认负极即从阴极材料中释放出来。
《原子物理学》教案
《原子物理学》教案课程简介：《原子物理学》是在经典物理课程（力学、热学、电磁学、光学）之后的一门重要必修课程。
它上承经典物理，下接量子力学，属于近代物理的范畴。
它以力、热、光、电磁等课程的知识为基础，从物理实验规律出发，引进量子化概念，探讨原子、原子核及基本粒子的结构和运动规律，从微观机制解释物质的宏观性质，同时介绍原子物理学知识在现代科学技术上的重大应用。
本课程强调物理实验的分析、微观物理概念和物理图像的建立和理解。
通过本课程教学，使学生初步了解物质的微观结构和运动规律，了解物质世界中三个递进的结构层次，为学习量子力学和后续专业课程打下基础。
在内容体系的描述上，原子物理学采用了普通物理的描述风格，讲述量子物理的基本概念和物理图像，以及支配物质运动和变化的基本相互作用。
该课程大致分为三个层次：第一是成熟、已有定论的基本内容，要求学生掌握并能运用；第二是目前已取得的最新研究成果，要求学生明确其物理概念和物理图像；第三是前沿研究课题内容，要求学生了解并知道其研究方向。
本课程注重智能方面的培养，力求讲清基本概念，而大多数问题需经学生通过阅读思考去掌握。
部分内容由学生自行学习。
本课程原则上采用SI 单位制，同时在计算中广泛采用复合常数以简化数值运算。
[通常用Å（1Å=10-10m ）描写原子线度，用fm (m fm 15101-=)描写核的线度，用eV 、MeV 描述原子和核的能量等。
]第一章 原子的位形：卢瑟福模型§1-1背景知识“原子”概念（源于希腊文，其意为“不可分割的” ）提出已2000多年，至19世纪，人们对原子已有了相当的了解。
由气体动理论知，1mol 原子物质含有的原子数是12310022.6-⨯=mol N A 。
因此可由原子的相对质量求出原子的质量，如最轻的氢原子质量约为kg .2710671-⨯；原子的大小也可估计出来，其半径是nm .10(m 1010-)量级。
关于师专物理专业《原子物理学》的教学体会和教改设想
关于师专物理专业《原子物理学》的教学体会和教改设想以《关于师专物理专业《原子物理学》的教学体会和教改设想》为标题，写一篇3000字的中文文章原子物理学是物理学的一门学科，是解释原子和分子行为的科学。
师专物理专业的学生，必须学习原子物理学课程。
本文将谈论原子物理学课程教学的体会以及教学改革的设想。
一、原子物理学教学体会1、多用形象化形式。
原子数学知识较为理论，容易让学生对其失去兴趣。
在教学中，应该将理论知识与实际生活联系起来，多以形象化的方式揭示其中的奥秘，用较为形象化的比喻来诠释课本知识，让学生更容易理解并留下深刻的印象。
2、创设轻松愉快的学习氛围。
原子物理学课程包含了大量的学习知识，学习难度比较大，老师应该在讲解时，尽量创设轻松愉快的学习氛围，让学生轻松愉快地学习。
3、注重深化思考与归纳综合。
原子物理学的学习贯穿全科，涉及的知识面比较广，涉及的范畴比较广。
老师要注重引导学生深化思考，在各项知识的学习中，归纳综合，以达到学习的效果。
二、关于原子物理学课程的教学改革设想1、实施科学的评估体系。
要推进原子物理学课程的教学改革，首先要建立科学的评估体系，以科学的方法来进行评定；建立反馈机制，加大技术手段辅助教学的开发力度，针对不同群体提供针对性的教学。
2、培养创新意识，提高科学素养。
原子物理学是一门融合许多学科的学科，需要学生具备较强的创新意识和技能，老师要在教学中加强以实践教学的方式，培养学生的创新意识，培养学生的科学素养。
3、加强师生互动，增强学习效果。
在教学过程中，老师要多创设机会，增强师生的互动，让学生更加投入其中，加深对学习内容的理解，增强学习的效果。
综上所述，在教学过程中，老师要多用形象化形式，创设轻松愉快的学习氛围，注重深化思考与归纳综合；要实施科学的评估体系，培养学生的创新意识和科学素养，加强师生交流，增强学习效果，以达到有效的教学改革。
只有按照这样的方式去整改，才能促进原子物理学教学的发展，让学生能够更加轻松快乐地学习。
原子物理学
《原子物理学》教学大纲学时：51 学分：3 适用专业；物理学一、课程的性质、目的和任务原子物理学是物理学专业的专业必修课程，它属物理学范畴。
在总的目标培养下，着重从物理实验规律出发，引进量子化概念，主要探讨原子的发光机理以及原子的运动规律和原子内壳层电子跃迁规律（X射线）等。
从而让学生初步了解微观世界的结构和运动规律，了解可无限分割的物质世界中的结构层次。
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、课程教学的基本要求（1）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；（2）了解原子物理学的研究对象、研究方法思维的内容及相关内容的发展状况；（3）理解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；（4）掌握玻尔理论及其应用、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、射线的产生机制。
三、课程教学内容（一）绪论1．原子物理学的发展2．原子物理学的地位与作用3．学习上应注意的几点（二）原子的基本状况1．原子的质量和大小2．原子的核式结构3．同位素说明：本章的重点是卢瑟福模型，α粒子的偏转角与瞄准距离的关系，难点是卢瑟福散射公式的推导。
（三）原子的能级和辐射1．光谱2．氢原子光谱和原子光谱一般情况等3．玻尔的氢原子理论和关于原子的普遍规律4．类氢离子的光谱5．夫兰克—赫兹实验与原子能级6．量子化通则7．电子的椭圆轨道与氢原子的相对论效应8．史特恩——盖拉赫实验与原子空间取向的量子化9．原子的激发与辐射激光原理*10．对应原理与玻尔理论的地位说明：本章的重点是氢原子光谱规律及巴尔末公式，玻尔基本假设、圆轨道量子化条件等，难点是类氢离子的结构及其光谱规律，索末菲量子化条件，电子的椭圆轨道与氢原子的相对论效应等。
原子物理学文献综述
攻读硕士学位研究生试卷（作业）封面（2013至2014学年度第二学期）题目原子物理学文献综述—结合初高中物理教学科目物理学前沿问题姓名刘立宏专业学科教学（物理）入学年月2013.9原子物理学文献综述对于原子物理学，在初高中物理课本中都有所呈现。
初中课本主要简单介绍了原子的组成结构、两种核反应（核聚变，核裂变）、核能的利用等。
高中课本中这一部分内容在选修3-5中呈现，主要介绍了原子结构的探索历程、氢原子的能级结构、几种常见的射线、粒子物理与宇宙的起源等。
和初中课本中呈现的相比，高中课本中更加的详细，范围更广，深度有所增加，并且增加了有关原子物理学的分析与计算，物理学史的内容较多。
本文结合有关初高中原子物理学中的教学以及原子物理学的前沿等研究，做一些简单的综述。
一、高中原子物理学中问题的理解与计算探讨高中物理在有关原子物理学这一部分，常常遇的主要有半衰期、质能方程、氢原子能级、核反应等计算问题。
对于半衰期计算问题，徐高本为学习半衰期应注意掌握两点：“一是要正确理解半衰期；二是要能熟练计算半衰期。
要理解半衰期，应从半衰期的定义、决定因素、物理意义三方面来进行”。
1并举了相应的例题，无论对老师还是学生都有一定的启发意义。
对于质能方程的理解与应用，李春来通过一道物理作业习题，并通过统计学生作答情况，给出了理解质能方程以及解决质能方程问题时首先应理解的几个关系：“（1）质量单位、原子核质量、原子核质量数的关系。
（2）质量数与物质摩尔质量的关系。
(3)电子伏与焦耳的关系。
（4）质量和能量的关系”。
2并通过举例对四个关系进行了详细的说明。
对于原子能级光谱问题，伊祖斌，方士华通过对氢原子光谱照片的分析与计算，给出了通过氢原子能级照片如何知道某条谱线的来历，怎样计算某一激发态的能量等。
相比课本中从讲解、文字到表格，从表格到公式，这些都显得比较直观。
“照片的利用，使问题变得直观、亲切。
而有关的计算，又和所学知识密切联系，能使学生们进一步了解玻尔的量子学说，对氢原子的轨道量子化以及能量辐射的量子化能有更深的理解”。
原子物理学的发展与原子结构的探索
原子物理学的发展与原子结构的探索原子物理学是研究原子及其结构、性质和相互作用的学科。
它以研究微观领域最基本的单位――原子为基础，揭示了物质世界的奥秘。
本文将从历史的角度出发，探索原子物理学的发展以及对原子结构的探索。
一、古代思想与原子假说的提出在古代，人们对于物质构成的认识主要集中在四个理论上：四元素学说、五行学说、连续理论和空虚学说。
其中以空虚学说对后世的原子理论发展影响最大。
古希腊哲学家德谟克利特首次提出了“原子”一词，认为物质是由不可再分的最小颗粒构成，这使得原子假说成为古代原子理论的基础。
二、原子理论的复兴与实验证据的积累17世纪，化学史上的重要人物罗伯特·波义耳发表了大量的研究成果，他提出了“元素是由原子构成的”这一观点，并且通过实验验证了它。
20世纪初，众多实验的出现进一步支持了原子理论的正确性。
例如，托姆孙的阴极射线实验和卢瑟福的金箔散射实验等，都为原子结构的探索提供了重要的实证依据。
三、原子结构的发展与模型的演化以往的原子理论存在着很多问题，比如无法解释光谱现象、无法解释电荷的分布等。
为了解决这些问题，科学家们提出了不同的原子结构模型。
首先是汤姆孙的西瓜蛋糕模型，他认为原子是由均匀分布的正负电荷构成，这个模型被后来的拉瑟福实验证实是有问题的。
拉瑟福提出了核心-电子模型，他认为原子是由一个中心带正电的核心和围绕核心运动的电子构成。
随后，玻尔将量子理论引入原子结构中，提出了轨道模型，即电子在不同能级上运动。
最终，量子力学的发展导致了现代原子结构理论的诞生，通过薛定谔方程等数学工具，科学家们可以更准确地描述原子结构。
四、现代原子物理学的应用与展望随着原子物理学的发展，人们逐渐认识到原子的结构对物质性质的影响是巨大的。
原子物理学探索了原子的能级分布、电子的轨道以及物质的性质与结构之间的关系，为材料科学、能源领域等提供了重要的理论依据。
此外，原子物理学在核能利用、医学影像、半导体材料等领域也得到了广泛的应用。
原子物理学课程教学大纲
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。
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第29卷湖北师范学院学报(自然科学版)V o l129第1期Journal o fH ube iN or m a lU n i versity(N at u ra l Sc i ence)N o11,2009从原子物理学的发展看原子物理学的特点及其教学任务金蓉(西华大学理化学院物理系,四川成都610039)摘要:介绍原子物理学的发展概况,指出原子物理学的特点,探讨了原子物理学的教学任务.关键词:原子物理学;发展概况;特点;教学中图分类号:O571文献标识码:A文章编号:1009-2714(2009)01-0092-04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。
原子物理学理论的形成和发展主要发生在19世纪末至20世纪二十年代中叶,它的发展同时促进了量子力学这门反映微观粒子运动规律的理论的的诞生.此后原子物理在量子力学理论的指导下进一步发展,并同时推动着其他相关学科的发展.如今它在天体物理、光物理、凝聚态物理、量子物理、等离子体物理、大气物理、化学、生命科学、计量科学、材料科学、能源科学、考古学、地质学、矿物学等方面的重要作用,无不向世人彰显其在理论和应用领域中的重要价值。
因此,它理应作为物理专业的一门专业基础课。
了解原子物理学的发展概况,认识其特点将有利于我们更好地搞好原子物理学的教学。
1原子物理学的发展概况原子物理的迅猛发展,始于19世纪末人类关于X射线、放射性和电子的发现。
特别是后两个发现向人们充分表明原子具有其内部结构,彻底粉碎了原子不可分的理论。
1898年,汤姆逊大胆地提出了原子的/枣糕模型0:原子的带正电部分是一个原子那么大的,具有弹性的冻胶状球体,正电荷均匀分布在这球内或球面上,有负电子镶嵌着,这些电子在其平衡位置上作简谐振动,原子发光频率即为电子振动频率。
此模型能解释原子的稳定性和原子的电中性问题,但是在对原子光谱和放射性问题进行解释时遇到困难。
随着1909年马斯顿和盖革两人作了著名的/A粒子散射实验0后,汤姆逊模型遇到了难以克服的困难,即它无法解释有1/8000几率的A粒子被靶物质/反弹0的现象,因而该模型被推翻。
1911年3月,英国物理学家卢瑟夫在曼彻斯特经过长期探索以及上述实验结果的提示,确定原子中有高密度的核,据此提出了全新的原子核式结构模型.该模型被后人形象地称为/行星模型0,其内容是在原子的中心存在一个带正电的,占有原子绝大多数的质量,体积非常小的原子核,电子在其外绕核做高速圆周运动,原子的发光频率即为电子的运动频率。
但是,当人们试图用经典物理学对原子结构以及原子光谱等现象进行说明时遇到了不能克服的困难。
因为按照经典电磁理论,电子绕核运转要对外辐射电磁波,形成连续光谱,同时电子因失去能量而沿螺旋线落向原子核.这与原子的线状光谱和原子的稳定性事实相违背.为解决原子结构带来的上述困难,1913年,年仅28岁的丹麦人尼耳斯#玻尔博士,在普朗克能量子概念和爱因斯坦光量子假设的基础上,基于原子的稳定性和原子光谱的实验定律,提出的三条著名的假设,建立了原子的/玻尔模型0.也是在1913年,英国的物理学家莫塞莱发表了关于x射线谱的研究工作,建立了莫塞莱定律,引入了原子序数的概念。
1914收稿日期:2008)11)08作者简介:金蓉(1964)),女,四川彭州人,硕士,副教授,从事基础物理教学与研究1年德国物理学家夫兰克和赫兹利用电子碰撞汞原子,并使汞原子被激发的实验证实了玻尔理论。
1916年德国物理学家索末菲引入椭圆轨道概念发展了玻尔理论,使原子光谱的精细结构和塞曼效应得到初步的解释,至此原子中电子分层排布的/原子模型0得以建立。
就在人类对原子的认识还在不断完善的同时,一些物理学家已着手认识原子核的内部结构。
通过对放射性现象的研究,居里夫人证实镭原子能发出高能A粒子。
显然A粒子不可能来自原子核外,而只能从原子核中发射出,这表明原子核有更为复杂的内部结构,为此卢瑟夫提出了/质子0假说。
他认为,原子核是带正电的,而最轻的核为氢原子核,那么它可能是组成其它原子核的基础,卢瑟福称氢原子核为/质子0.1919年,卢瑟夫在剑桥大学用高速A粒子轰击氮元素的原子核(实现了人类历史上第一次人工核反应),发现被打出的粒子是质子,由此证明质子的确是组成原子核的基础.但是如果认为原子核完全由质子组成,又与莫塞莱确立的原子序数与核电荷数的恒定关系以及元素的原子量相矛盾.在1920-1927年卢瑟福又提出了/中子0假说:原子核里还存在一种不带电的中子,其质量也是一个质量单位.1932英国物理学家查德维克证实了中子的存在,同时也说明原子核是由质子和中子两种核子组成的紧密整体.至此一幅较完整的原子图形已展现在人们面前:物质是由原子组成的,原子由原子核与核外电子组成,电子绕核做着大小不一的圆或椭圆的轨道运动;原子核由质子和中子组成,原子发光是由电子跃迁产生的。
同样是在20世纪20年代,经过德布罗意、薛定谔、玻恩等物理学家的共同努力新量子论)))量子力学的诞生.量子力学给核外电子的分布和运动规律赋予了统计思想的含义,使原子理论得到了进一步的发展和完善,形成了今天比较完整的原子结构模型理论.2原子物理学的特点2.1原子物理学的发展体现了求真唯实的科学精髓原子物理学的形成是一个引人入胜的发现之旅,是一个充满艰辛的探求过程.最终的目标是微观世界的客观律,探求的准则是实事求事.从汤姆孙模型y卢瑟福模型y玻尔模型y量子力学描述的原子图境,都使得人类的认识不断地逼近微观世界的客观实际,而每一阶段的人类认识成果,既来源于客观事实,又不断地接受客观事实的检验.如在1897年,汤姆逊在研究稀薄气体放电现象的实验中就发现了电子,为揭示原子内部结构迈出了第一步,这表明,原子中除了电子之外,一定还存在着正电荷,由此汤姆逊提出了他的原子模型.尔后卢瑟福和他的合作者盖革、马斯顿进行的a粒子散射实验一方面证明了汤姆逊的原子模型不可取,另一方面又为原子核式模型的建立奠定了基础。
由于原子的核式模型是建立在经典理论的基础之上,故在讨论原子的稳定性和原子光谱的规律性时显得矛盾重重.大量光谱实验所积累的光谱资料直接促进了玻尔的氢原子模型的建立,使氢原子光谱的实验规律从理论上获得了满意的解释,,,原子物理学就是在这种求真唯实的历程中不断发展起来的。
2.2原子物理学是人类认识领域创新成果的荟萃原子物理学是人类认识的触角由宏观伸向微观领域诞生的认识成果.在人类认识领域,他们既前所末有往往又开启未来.例如电子的发现既打破了原子不可分的传统观,又开启了原子物理学崭新的篇章;X射线的发现直接导致了放射性的发现,因为从认识发展的角度来看后者的发现是前者的一种合乎逻辑的历史继续.同时,由于对其本性和性质的研究在确定原子序数,原子内层电子的分布情况问题方面完善了人们对原子的认识,为波粒二象性提供了重要证据,并打开了研究晶体结构的大门.普朗克提出的能量子概念动摇了经典物理的根基,它的推广促进了光量子理论的诞生,导致了量子论的原子结构模型的提出,并导致描述微观粒子运动的量子力学在1920年以后逐步完善,,.在一个多世纪的时间内,原子物理学成就辉煌,据统计从1901年到2002年的99项诺贝尔物理学奖项中,有近70项是原子物理学发展过程中的重要成果和重大进展,这足以说明原子物理学成果的重大社会价值与历史价值.所以我们可以毫不夸张地说原子物理学是人类认识领域中最具创新成份的人类知识成果的荟萃。
2.3原子物理学是物理学研究方法集结之宝库在物理学史上人们把原子物理学(包括相对论)建立和发展的时期称为物理学发展的黄金时代.曾经有人饱含激情地写到/这是一个激动人心的年代,是一个需要巨人而且产生了巨人的年代.0如果说研究者因为作出了重要的科学发现而成为巨人的话,那么在科学发现的艰苦历程中研究者正确的思想方法、研究方法则是成就巨人的关键之所在.如1930年,波特和贝克用a粒子轰击铍核时,发现从铍中发射出一种贯穿力很强的中性射线,他自认为是高能g光子,一时间大家都在重复他们的实验,其中约里奥.居里夫妇于1931年用这射线轰击石腊,发现能打出强质子束,可惜他们把这一现象解释为g光子同质子的康普顿散射,失去了发现中子的机会。
查德威克则反复实验,并比较这些实验中的反冲,进而估算出未知射线粒子的质量与质子质量几乎相等,否定了g光子的说法,发现了中子.在这里促使他走向成功彼岸的是比较方法的使用,因为正是比较法使他抓住了新射线与g光子的本质区别,从而作出了重大的科学发现。
原子物理学中众多的科学成就中的每一个假设,每一个模型,每一个抽象或每一个概念的引入、新的规律的发现与总结都是各种方法的综合运用,甚至是方法论上的创造。
如玻尔在其原子模型建立的过程中,就系统地应用了分析、综合、模型、假说、演绎等一系列方法.德国著名的物理学家玻恩说:/1954年我荣膺诺贝尔奖金的那些工作,未曾包含某种新的自然现象的发现,而是对观察自然现象的新方法的论证。
0这个/新方法0后来发展为概率统计性思维方式,成为现代自然科学的一大标志。
所以,原子物理学不仅集自古以来物理学研究方法之大成,而且体现了当代科学研究中最新的思维方式。
3原子物理学课程的教学在原子物理教学中,人们往往认为原子物理学教学的主要任务是/通过学习,使学生掌握原子的结构与性质及有关问题,并为理论物理中量子力学部分的学习打好基础。
0没有根据原子物理学自身的特点,把如下几方面内容作为原子物理教学不可或缺的任务.3.1培养学生实事求事的科学观点科学是以求真求实为天职和灵魂的,科学的本质也表现在它坚持真理这一品格上,一代代科学家也正是坚守着求真求实的品格,才使人类突破了层层迷雾,越来越多地认识周围的种种真实存在和客观规律。
在教学中,通过原子物理学的发展可以使学生通过这一具体的科学过程,认识到求真与求实的统一,认识到实事求是的伟大之所在)))它是科学之所以是科学、科学区别于宗教迷信和伪科学的唯一标准,从而树立实事求事的科学观点.3.2培养学生创造性思维、创新能力实际上原子物理学不仅仅是认识领域创新成果的荟萃,更是众多杰出科学工作者创造性思维、创新能力的荟萃。
许多典型人物和典型事例是引导与培养学生的创新意识、创新思维不可多得的范例。
在原子物理学教学过程中,结合知识的传授,抓住典型事例,有目的、有意识地引导学生深入思考,从中受到有益的启示,从而对学生进行创新意识、创新思维的培养,这也是实施素质教育的最好、最具体的方式。
3.3进行物理学方法的教育著名的物理学家、诺贝尔奖金的获得者理查德#费恩曼说过/科学是一种方法,它教导人们:一些事情是怎样被人了解的,什么事情是己知的,现在了解到什么程度(因为没有什么事情是绝对已知的),如何对待疑问和不确定性,证据服从什么法则,如何去思考事情,做出判断,如何区别真伪和表面现象.0拉普拉斯说:/认识一位天才的研究方法,对于科学的进步并不比发现本身更少用处,科学研究的方法经常是极富兴趣的部分。