原子物理教学大纲

原子物理教学大纲
原子物理教学大纲

原子物理学A课程教学大纲

Atomic physics A

课程编号:BK0119050课程学分:2

学时分配:总学时32学时。其中:理论课学时:30学时;实验或上机学时0学时;习题课或讨论课学时:2学时。

先行、后续课程情况:先行课:力学、热学、光学、电磁学;后续课:量子力学,固体物理学。

一、课程的性质与任务

原子物理学属于学科基础课。本课程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、课程内容及教学要求

绪论

第一章:原子的位形:卢瑟福模型

1.该章的基本要求与基本知识点

(1)背景知识,汤姆逊与电子的发现;(2)原子的行星模型;(3)卢瑟福散射公式;

2.要求学生掌握的基本概念、理论、原理

电子发现的意义;卢瑟福散射实验;卢瑟福原子模型和散射公式的验证。

3.教学重点与难点

重点:卢瑟福散射实验;卢瑟福原子模型和散射公式。

难点:卢瑟福散射公式以及实验验证。

第二章:原子的量子态:玻尔模型

1.该章的基本要求与基本知识点

(1)黑体辐射,光电效应的基本规律;(2)氢原子的玻尔理论及应用;(3)氢原子能级和光谱;(4)弗兰克赫兹实验;(5)玻尔模型的推广;

2.要求学生掌握的基本概念、理论、原理

氢原子的玻尔理论;氢原子能级以及跃迁概念。

3.教学重点与难点

重点:氢原子的玻尔理论;氢原子能级以及跃迁概念;氢原子理论的巨大成功和意义。

难点:氢原子能级以及跃迁概念。

第三章:量子力学导论

1.该章的基本要求与基本知识点

(1)波粒二象性的含义;(2)不确定关系的物理意义;(3)波函数及其统计解释;(4)薛定谔方程;

2.要求学生掌握的基本概念、理论、原理

波粒二象性;不确定关系;波函数及其统计解释;薛定谔方程。

3.教学重点与难点

重点:波粒二象性和薛定谔方程。

难点:不确定关系。

第四章:原子的精细结构:电子的自旋

1.该章的基本要求与基本知识点

(1)电子的轨道运动轨道角动量和轨道磁矩;(2)电子自旋运动和自旋磁矩;(3)自旋与能级分裂,光谱的分裂;(4)施特恩-盖拉赫实验的原理和意义;(5)塞曼效应;(6)碱金属双线。

2.要求学生掌握的基本概念、理论、原理

电子的轨道运动轨道角动量和轨道磁矩;电子自旋运动和自旋磁矩;自旋与能级分裂,光谱的分裂;施特恩-盖拉赫实验的原理和意义;塞曼效应。

3.教学重点与难点

重点:自旋与能级分裂,施特恩-盖拉赫实验;塞曼效应。

难点:施特恩-盖拉赫实验的原理和意义。

第五章:多电子原子:泡利原理

1.该章的基本要求与基本知识点

(1)泡利不相容原理;两个电子的耦合与原子能级;(2)了解元素周期表规律形成的物理本质;

2.要求学生掌握的基本概念、理论、原理

泡利不相容原理;两个电子的耦合与原子能级;元素周期表;

3.教学重点与难点

重点:泡利不相容原理;两个电子的耦合与原子能级。

难点:泡利不相容原理。

4.习题课安排

前五章的课后关于卢瑟福散射、玻尔模型,施特恩盖拉赫实验的习题选择讲解。

第六章:射线

1.该章的基本要求与基本知识点

(1)X射线的发现及其特性;(2)X射线产生的机制;(3)康普顿散射;

2.要求学生掌握的基本概念、理论、原理

X射线的谱结构;X射线产生的机制, 医学X光和CT基本原理;康普顿散射与光的粒子性。

3.教学重点与难点

重点:X射线产生的机制

难点:X射线的谱结构。

第七章:原子核物理概论

1.该章的基本要求与基本知识点

(1)原子核的基本性质;(2)放射性衰变的基本规律与产生条件;(3)了解α衰变,β衰变,γ衰变;

(4)原子核反应及其应用;(5)原子弹以及氢弹的制造流程简介。

2.要求学生掌握的基本概念、理论、原理

原子核的基本性质;放射性衰变的基本规律与产生条件;原子核反应及其应用;原子弹以及氢弹的制造流程简介。

3.教学重点与难点

重点:放射性衰变的基本规律与产生条件;原子核反应及其应用;

难点:原子核反应及其应用。

第八章:高能物理浅说

1.该章的基本要求与基本知识点

(1)了解高能物理发展;(2)物质间的相互作用。

2.要求学生掌握的基本概念、理论、原理

了解高能物理发展;物质间的相互作用。

3.教学重点与难点

重点:了解高能物理发展;物质间的相互作用。

教学要求:通过本课程的教学使学生能够了解原子物理学、原子核物理学和粒子物理学发展的历程、了解原子和原子核及粒子所研究的内容和前沿研究领域的概况、基本粒子的各种基本知识、无限分割的物质世界中的依次深入的不同结构层次,理解原子核的结构和基本性质、基本运动规律。掌握原子、原子核和粒子物理学的基本原理、基本概念和基本规律;掌握处理原子、原子核和粒子物理学现象及问题的手段和途径。从而理解对物理结构的实验—理论—再实验—再理论的无限认识过程,达到培养学生具有科研意识的、初步掌握科研过程的目的。

三、上机要求

四、能力培养

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。

六、考核方式

1、平时成绩(按作业,出勤率赋分)占30%;

2、期末闭卷笔试,占总成绩70%。

七、教材

《原子物理学》,杨福家,高等教育出版社,2008

八、参考书

1、《原子物理学》,褚圣麟,高等教育出版社,1979

2、《量子力学》,曾谨言,科学出版社,2000

3、《近代物理》,郑广恒,复旦大学出版社,1991

大纲制定人:陈畅审核人:马鸿洋

《近代物理实验》教学大纲

《近代物理实验》教学大纲 一、课程名称与编号 课程名称:近代物理实验编号:023315 二、学时与学分 本课程学时:84 本课程学分:5学分 三、授课对象 物理学专业学生,第六、七个学期做 四、先修课程 力学、热学、电磁学、光学、原子物理学、高等数学 五、课程的性质和目的 科学实验是理论的源泉,是自然科学的根本,也是工程技术的基础。物理学是一门实验科学,所有物理定律的形成和发展都是建立在客观自然现象的观察和研究的基础上的,并以实验结果为检验理论正确与否的唯一标准,重要的物理实验常常是新兴科学技术的生长点。 《近代物理实验》是继《普通物理实验》和《无线电电子实验》后的一门重要实验基础课程,本课程所涉及的物理基础知识面较广,并具有较强的综合性和技术性。 本课程的主要目的是:通过近代物理实验,丰富和活跃学生的物理思想,培养学生敏锐的观察能力,分析、归纳和综合能力,掌握新技术的能力,创新意识和综合素质。引导学生了解物理实验在物理概念的产生、形成和发展中的作用,学习近代物理中的一些常用方法、技术、仪器等知识,使他们具备良好的实验素养,严谨的科学作风,求实的科学精神,并具备一定的独立工作能力和科学研究能力。 六、主要内容、基本要求及学时分配 讲授部分 1、绪论(2学时) 理解近代物理实验课的特点,了解课程的内容、任务和学习方法。了解一些实验的史料,加深对近代物理实验的了解。 2、实验的误差分析与数据处理(4学时) 在普通物理验实训练的基础上,继续巩固和加强有关实验误差和数据处理的训练。如泊松分布、曲线的拟合等,可通过讲授或落实到一些实验题目中进行。 3、理解近代物理实验仪器的工作原理、使用常识(2学时) 掌握实验中的注意事项,包括人身安全及防护、通用仪器的正常使用。理解使用特殊仪

原子物理学 杨福家 第四版(完整版)课后答案

原子物理学杨福家第四版(完整版)课后答案 原子物理习题库及解答 第一章 111,222,,mvmvmv,,,,,,,ee222,1-1 由能量、动量守恒 ,,,mvmvmv,,,,,,ee, (这样得出的是电子所能得到的最大动量,严格求解应用矢量式子) Δp θ mv2,,,得碰撞后电子的速度 p v,em,m,e ,故 v,2ve, 2m,p1,mv2mv4,e,eee由 tg,~,~~,~,2.5,10(rad)mvmv,,,,pm400, a79,2,1.44,1-2 (1) b,ctg,,22.8(fm)222,5 236.02,102,132,5dN(2) ,,bnt,3.14,[22.8,10],19.3,,9.63,10N197 24Ze4,79,1.441-3 Au核: r,,,50.6(fm)m22,4.5mv,, 24Ze4,3,1.44Li核: r,,,1.92(fm)m22,4.5mv,, 2ZZe1,79,1.4412E,,,16.3(Mev)1-4 (1) pr7m 2ZZe1,13,1.4412E,,,4.68(Mev)(2) pr4m 22NZZeZZeds,,242401212dN1-5 ()ntd/sin()t/sin,,,,,2N4E24EAr2pp 1323,79,1.44,106.02,101.5123,,(),,1.5,10,, 24419710(0.5) ,822,610 ,6.02,1.5,79,1.44,1.5,,8.90,10197 3aa,,1-6 时, b,ctg,,,,6012222 aa,,时, b,ctg,,1,,902222 32()2,dNb112 ?,,,32dN1,b222()2 ,32,324,101-7 由,得 b,bnt,4,10,,nt

原子物理学有关公式

原子物理学有关公式 氢原子能级公式:2/n Rhc E n -= 1. 库仑散射角公式: 而 2. α 粒子离原子核的最近距离 3. 卢瑟福散射公式 4..氢原子光谱的波数 5.里德伯常数 6. 原子可能的轨道半径 原子可能的定态能量 其中 精细结构常数 8.碱金属原子的光谱项 9.单电子原子: 轨道磁矩 自旋磁矩 总磁矩 10.碱金属电子自旋与轨道运动相互作用能量 碱金属能级双层结构的间隔 12.拉莫尔旋进角速度 ,而旋磁比 13.原子在外磁场中的附加能量 附加光谱项 2 4122 210θπεcty Mv e Z Z b =fm MeV e ?=44.14120πε) 2 sin 11(241 2 2 0θ πε+=Mv Ze r m 2 sin ) ()41(2 2220 θ πεσΩ =d Mv Ze d 1 71009737315.1-∞∞?=+=m R M m M R R e H 而22)()()(~n R Z n T n T m T H =-=而 υB l l l l P m l μμ)1(2+==2 2)().(2 l n R n R Z l n T ?-= =* 1371402==c e πεα)()(2122 2n hcT n Z c m E n -=-=α10.0532h a nm m c πα==其中玻尔半径Z n a r n 21 =eV hcR c m 6.13)(212==αm hc s s P m e s s πμ2)1(+==玻尔磁子其中 m he B πμ4= ) 1(2) 1()1(232+--++ ==j j l l s s g P m e g j j 而μ2)1)(2 1(2 22432 ****--? ++= ?s l j l l l n Z Rch E ls α132) 1(~4-*+=?米l l n Z R αυm ge P j J 2==μγB L γω=J J J M B Mg E B --==?,,1,, μ洛伦兹单位 -==?-?mc eB L MgL T T π4,,L g M g M ][1 1~1122-=-'=?λ λν

原子物理选择题(含答案)

原子物理选择题 1. 如图所示是原子核的核子平均质量与原子序数Z 的关 系图像,下列说法正确的是(B ) ⑴如D 和E 结合成F ,结合过程一定会吸收核能 ⑵如D 和E 结合成F ,结合过程一定会释放核能 ⑶如A 分裂成B 和C ,分裂过程一定会吸收核能 ⑷如A 分裂成B 和C ,分裂过程一定会释放核能 A .⑴⑷ B .⑵⑷ C .⑵⑶ D .⑴⑶ 2. 处于激发状态的原子,如果在入射光的电磁场的影响下,引起高能态向低能态跃迁,同 时在两个状态之间的能量差以辐射光子的形式发射出去,这种辐射叫做受激辐射,原子发生受激辐射时,发出的光子的频率、发射方向等,都跟入射光子完全一样,这样使光得到加强,这就是激光产生的机理,那么发生受激辐射时,产生激光的原子的总能量E n 、电子的电势能E p 、电子动能E k 的变化关系是(B ) A .E p 增大、E k 减小、E n 减小 B .E p 减小、E k 增大、E n 减小 C .E p 增大、E k 增大、E n 增大 D . E p 减小、E k 增大、E n 不变 3. 太阳的能量来自下面的反应:四个质子(氢核)聚变成一个α粒子,同时发射两个正 电子和两个没有静止质量的中微子。已知α粒子的质量为m a ,质子的质量为m p ,电子的质量为m e ,用N 表示阿伏伽德罗常数,用c 表示光速。则太阳上2kg 的氢核聚变成α粒子所放出能量为 (C ) A .125(4m p —m a —2m e )Nc 2 B .250(4m p —m a —2m e )Nc 2 C .500(4m p —m a —2m e )Nc 2 D .1000(4m p —m a —2m e )Nc 2 4. 一个氘核(H 21)与一个氚核(H 31)发生聚变,产生一个中子和一个新核,并出现质 量亏损.聚变过程中(B ) A.吸收能量,生成的新核是e H 42 B.放出能量,生成的新核是e H 42 C.吸收能量,生成的新核是He 32 D.放出能量,生成的新核是He 32 5. 一个原来静止的原子核放出某种粒子后,在磁场中形成如图所示 的轨迹,原子核放出的粒子可能是(A ) A.α粒子 B.β粒子 C.γ粒子 D.中子 6. 原来静止的原子核X A Z ,质量为1m ,处在区域足够大的匀强磁场中,经α衰变变成质 量为2m 的原子核Y ,α粒子的质量为3m ,已测得α粒子的速度垂直磁场B ,且动能为0E .假设原子核X 衰变时释放的核能全部转化为动能,则下列四个结论中,正确的是(D ) ①核Y 与α粒子在磁场中运动的周期之比为2 2-Z

高二物理复习计划.doc

高二物理复习计划 高二物理复习计划(一) 1、指导思想 按照新课标的要求、新高考要求和教学大纲的安排,以及本届学生的基础掌握情况,加强物理基础知识的教学,启发学生积极主动地学习,培养学生的思维能力和自学能力,为高考物理的胜利打下坚实的基础。 2、教学目标 通过新课教学,使学生掌握物理的基本概念和基本规律。对于物理概念,应使学生理解它的含义,了解概念之间的区别和联系,对于物理规律,在讲解时要注意通过实例、实验和分析推理过程引出,应使学生掌握物理定律的表达形式和适用范围。使学生更深层次地掌握物理的基本概念和基本规律,提高学生的综合能力和思维能力,为达到高考要求打下坚实的基础。 二.课程分析和教学内容 新一轮教材改革中,不仅对高中所要学习的内容和能力作了较大的调整,同时对教师的教学理念和学生的学习方法也提出了新的要求。一方面继承了物理学发展过程中对力学、电学、热学、光学、原子物理学的认识过程,精选了每一领域内具有代表性、典型性的内容进行了研究和分析;另一方面,教学内容的选择注意面向新时代,要求教学内容随着时代而有所更新,介绍与基础知识有密切联系的现代科学技术成就,强调知识和方法获得的过程。 本学期学习人教版物理第二册必修加选修机械波至电磁感应的全部内容。教学中理解大纲要求,注意因材施教,满足不同程度的学生;注意循序渐进,教学过程既是学生学习知识的过程,也是学生领会方法、提高能力和接受熏陶的过程;注意讲清思路,渗透方法,培养学生的思维的逻辑性;注意加强实验,以提高学生的能力和学习积极性,还能加深对知识的理解;注意安排练习

和习题,这是掌握知识,培养能力的必要手段,除完成书本上的练习外,要求学生人手一册《物理教与学整体设计》同步练笔。 三.主要措施及要求: 1.加强研究,学习新课程的各项要求,认真学习新课程标准,分析新课程的变化,全面把握教材,适时调整教学方法和教学起点,让所有学生都能跟得上,吃得饱。 2.加强集体备课,团结一致,群策群力,资源共享,智力共享。每周一大备,每天一小备,做到五个统一。 3.全面落实各项教学常规。做到不备课不上课,上课态度认真,教学方法灵活,认真了解学情,认真辅导和批改作业。 4.认真做好单元测试和讲评。每章出两套测试题,第一套测评,第二套校补。要让每个同学都要达到教学的要求和目标。 5.在教学中配合班主任做好培优辅差工作的落实。 高二物理复习计划(二) 一.建立和谐师生关系,激发学生学习兴趣 常言道亲其师,信其道,无论是成绩好的学生、还是基础比较薄弱的学生都很主动、很愿意与老师交流讨论,老师和学生心往一处想,劲往一处使,学生学习热情高涨,给人信心和力量。 二.抓基础、抓主干、抓落实 对于课本和考试大纲要求的基础知识、基本规律、基本能力要求,我们都进行了逐个筛选,认真做好落实。所以对于常规习题、常规能力,就成了我们学生的特长。 三.加强题型训练、强化答题规范 将能力转化成分数是对老师和学生提的共同的口号,我们要求学生加强计算能力、审题能力的培养,尽最大努力减少答题

原子物理学详解复习资料褚圣麟

第一章 原子的基本状况 1.1 若卢瑟福散射用的α粒子是放射性物质镭' C 放射的,其动能为6 7.6810?电子伏特。散射物质是原子序数79Z =的金箔。试问散射角150ο θ=所对应的瞄准距离b 多大? 解:根据卢瑟福散射公式: 2 02 22 442K Mv ctg b b Ze Ze αθ πεπε== 得到: 21921501522 12619 079(1.6010) 3.97104(48.8510)(7.681010) Ze ctg ctg b K ο θαπεπ---??===??????米 式中2 12K Mv α=是α粒子的功能。 1.2已知散射角为θ的α粒子与散射核的最短距离为 2202 1 21 ()(1)4sin m Ze r Mv θ πε=+ , 试问上题α粒子与散射的金原子核之间的最短距离m r 多大? 解:将1.1题中各量代入m r 的表达式,得:2min 202 1 21 ()(1)4sin Ze r Mv θπε=+ 1929 619479(1.6010)1910(1)7.6810 1.6010sin 75ο --???=???+???14 3.0210-=?米 1.3 若用动能为1兆电子伏特的质子射向金箔。问质子与金箔。问质子与金箔原子核可 能达到的最小距离多大?又问如果用同样能量的氘核(氘核带一个e +电荷而质量是质子的两倍,是氢的一种同位素的原子核)代替质子,其与金箔原子核的最小距离多大? 解:当入射粒子与靶核对心碰撞时,散射角为180ο 。当入射粒子的动能全部转化为两粒子间的势能时,两粒子间的作用距离最小。 根据上面的分析可得: 22 0min 124p Ze Mv K r πε==,故有:2min 04p Ze r K πε= 1929 13 619 79(1.6010)910 1.141010 1.6010 ---??=??=???米 由上式看出:min r 与入射粒子的质量无关,所以当用相同能量质量和相同电量得到核代替质子时,其与靶核的作用的最小距离仍为13 1.1410 -?米。

最新原子物理学杨福家1-6章 课后习题答案

原子物理学杨福家1-6章课后习题答案

原子物理学课后前六章答案(第四版) 杨福家著(高等教育出版社) 第一章:原子的位形:卢瑟福模型 第二章:原子的量子态:波尔模型 第三章:量子力学导论 第四章:原子的精细结构:电子的自旋 第五章:多电子原子:泡利原理 第六章:X 射线 第一章 习题1、2解 1.1 速度为v 的非相对论的α粒子与一静止的自由电子相碰撞,试证明:α粒子的最大偏离角约为10-4rad. 要点分析: 碰撞应考虑入射粒子和电子方向改变.并不是像教材中的入射粒子与靶核的碰撞(靶核不动).注意这里电子要动. 证明:设α粒子的质量为Mα,碰撞前速度为V ,沿X 方向入射;碰撞后,速度为V',沿θ方向散射。电子质量用me 表示,碰撞前静止在坐标原点O 处,碰撞后以速度v 沿φ方向反冲。α粒子-电子系统在此过程中能量与动量均应守恒,有: (1) ? θααcos cos v m V M V M e +'= (2)

? θ α sin sin 0v m V M e - ' = (3)作运算:(2)×sinθ±(3)×cosθ,得 ) sin( sin ? θ θ α+ =V M v m e (4) ) sin( sin ? θ ? α α+ ='V M V M (5)再将(4)、(5)二式与(1)式联立,消去V’与v, ) ( sin sin ) ( sin sin 2 2 2 2 2 2 2 2 ? θ θ ? θ ? α α α+ + + =V m M V M V M e 化简上式,得 θ ? ? θα2 2 2sin sin ) ( sin e m M + = + (6)若记 α μ M m e = ,可将(6)式改写为 θ ? μ ? θ μ2 2 2sin sin ) ( sin+ = + (7)视θ为φ的函数θ(φ),对(7)式求θ的极值,有 )] (2 sin 2 sin [ )] sin( 2 [sin? θ ? μ ? θ μ θ ? θ + + - = + - d d 令 = ? θ d d ,则 sin2(θ+φ)-sin2φ=0 即 2cos(θ+2φ)sinθ=0 若 sinθ=0, 则θ=0(极小)(8) (2)若cos(θ+2φ)=0 ,则θ=90o-2φ(9)

高中原子物理教程

一原子物理 自1897年发现电子并确认电子是原子的组成粒子以后,物理学的中心问题就是探索原子内部的奥秘,经过众多科学家的努力,逐步弄清了原子结构及其运动变化的规律并建立了描述分子、原子等微观系统运动规律的理论体系——量子力学。本章简单介绍一些关于原子和原子核的基本知识。 §1.1 原子 1.1.1、原子的核式结构 1897年,汤姆生通过对阴极射线的分析研究发现了电子,由此认识到原子也应该具有内部结构,而不是不可分的。1909年,卢瑟福和他的同事以α粒子轰击重金属箔,即α粒子的散射实验,发现绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进,但有少数发生偏转,并且有极少数偏转角超过了90°,有的甚至被弹回,偏转几乎达到180°。 1911年,卢瑟福为解释上述实验结果而提出了原子的核式结构学说,这个学说的内容是:在原子的中心有一个很小的核,叫原子核,原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里,带负电的电子在核外的空间里软核旋转,根据α粒子散射的实验数据可估计出原子核的大小应在10-14nm以下。 1、1. 2、氢原子的玻尔理论 1、核式结论模型的局限性 通过实验建立起来的卢瑟福原子模型无疑是正确的,但它与经典论发生了严重的分歧。电子与核运动会产生与轨道旋转频率相同的电磁辐射,运动不停,辐射不止,原子能量单调减少,轨道半径缩短,旋转频率加快。由此可得两点结论: ①电子最终将落入核内,这表明原子是一个不稳定的系统;

②电子落入核内辐射频率连续变化的电磁波。原子是一个不稳定的系统显然与事实不符,实验所得原子光谱又为波长不连续分布的离散光谱。如此尖锐的矛盾,揭示着原子的运动不服从经典理论所表述的规律。 为解释原子的稳定性和原子光谱的离经叛道的离散性,玻尔于1913年以氢原子为研究对象提出了他的原子理论,虽然这是一个过渡性的理论,但为建立近代量子理论迈出了意义重大的一步。 2、玻尔理论的内容: 一、原子只能处于一条列不连续的能量状态中,在这些状态中原子是稳定的,电子虽做加速运动,但并不向外辐射能量,这些状态叫定态。 二、原子从一种定态(设能量为E 2)跃迁到另一种定态(设能量为E 1)时,它辐射或吸收一定频率的光子,光子的能量由这种定态的能量差决定,即 γh =E 2-E 1 三、氢原子中电子轨道量子优化条件:氢原子中,电子运动轨道的圆半径r 和运动初速率v 需满足下述关系: π2h n rmv =,n=1、2…… 其中m 为电子质量,h 为普朗克常量,这一条件表明,电子绕核的轨道半径是不连续的,或者说轨道是量子化的,每一可取的轨道对应一个能级。 定态假设意味着原子是稳定的系统,跃迁假设解释了原子光谱的离散性,最后由氢原子中电子轨道量子化条件,可导出氢原子能级和氢原子的光谱结构。 氢原子的轨道能量即原子能量,为r e k mv E 2 221-= 因圆运动而有 2 2 2r e k r v m =

《原子物理学》教学大纲

《原子物理学》教学大纲 课程类别:专业基础课,必修课 先行课程:力学、电磁学、光学、高等数学 后继课程:近代物理实验、量子力学 主要教材:杨福家,原子物理学(第四版),北京:高等教育出版社,2008 总学时:48 理论学时:48 学分: 3 参考书 1 禇圣麟,原子物理学,北京:高等教育出版社,1979, 2005 年1 月第30次印刷。(注:本书在1987年国家教育委员会举办的全国优秀教材评选中获国家教委一等奖) 2 C. J. Foot,Atomic Physics,伦敦:牛津大学出版社,2005 3 徐栋培、陈宏芳、石名俊,原子物理与量子力学,北京:科学出版,2008 4 崔宏滨,原子物理学(第二版),合肥:中国科学技术大学出版社,2012 5 徐克尊、陈向军、陈宏芳,近代物理学(第二版),合肥:中国科学技术大学出版社,2008 一、课程的目标和任务 原子物理学是研究物质微观结构和运动规律的重要基础课,是深入了解物质结构和特性的基础,是许多学科的基础,所以这门课将为学生从事相关学科的研究及其应用领域工作打下良好的基础。本课程的主要目标和任务是:以原子结构为中心,以科学实验为依据,详细研究原子的结构、性质、及其运动和变化规律,揭示现象与规律的本质;讲述量子物理的基本概念、基本原理和物理图象;初步了解原子核的结构、组成、性质及其相互作用规律;介绍原子物理学的前沿科学研究进展,通过理论与科研实践的结合培养学生分析和解决问题的能力。 二、课程教学的基本要求 通过本课程的学习,使学生熟练掌握原子物理学、原子核物理学的基本原理、基本概念和基本规律;掌握原子和原子核的结构、运动规律和研究方法;攻克重点难点问题的解决办法,理论联系科研实践,揭示问题的本质和关键,培养学生不怕困难、勇于探索发现的精神,提高分析和解决问题的能力,使学生具备良好的科研素养,为学生将来的创新性研究工作打好基础。 三、课堂教学时数及课后作业题型分配

原子物理学 杨福家第二章习题答案

第二章习题 2-1 铯的逸出功为1.9eV ,试求: (1)铯的光电效应阈频率及阈值波长; (2)如果要得到能量为1.5eV 的光电子,必须使用多少波长的光照射? 解:(1) ∵ E =hν-W 当hν=W 时,ν为光电效应的最低频率(阈频率),即 ν =W /h =1.9×1.6×10-19/6.626×10-34 =4.59×1014 ∵ hc /λ=w λ=hc /w =6.54×10-7(m) (2) ∵ mv 2/2=h ν-W ∴ 1.5= h ν-1.9 ν=3.4/h λ=c /ν=hc /3.4(m)=3.65×10-7m 2-2 对于氢原子、一次电离的氦离子He +和两次电离的锂离子Li ++,分别计算它们的: (1)第一、第二玻尔轨道半径及电子在这些轨道上的速度; (2)电子在基态的结合能; (3)由基态到第一激发态所需的激发能量及由第一激发态退激到基态所放光子的波长. n e e πε Z n a ∴H: r 1H =0.053×12/1nm=0.053nm r 2 H =0.053×22/1=0.212nm V 1H =2.19 ×106×1/1=2.19 ×106(m/s) V 2H =2.19 ×106×1/2=1.095 ×106(m/s) ∴He+: r 1He+=0.053×12/2nm=0.0265nm r 2He+=0.053×22/2=0.106nm

V 1 He+=2.19 ×106×2/1=4.38 ×106(m/s) V 2 He+=2.19 ×106×2/2=2.19 ×106(m/s) Li ++: r 1 Li++=0.053×12/3nm=0.0181nm r 2 Li++=0.053×22/3=0.071nm V 1 Li++=2.19 ×106×3/1=6.57 ×106(m/s) V 2 Li++=2.19 ×106×3/2=3.28 ×106(m/s) (2) 结合能:自由电子和原子核结合成基态时所放出来的能量,它 ∵ 基态时n =1 H: E 1H =-13.6eV He+: E 1He+=-13.6×Z 2=-13.6×22=-54.4eV Li ++: E 1Li+=-13.6×Z 2 2(3) 由里德伯公式 =Z 2×13.6× 3/4=10.2Z 2 注意H 、He+、Li++的里德伯常数的近似相等就可以算出如下数值。 2-3 欲使电子与处于基态的锂离子Li ++发生非弹性散射,试问电子至少具有多大的动能? 要点分析:电子与锂质量差别较小, 可不考虑碰撞的能量损失.可以近似认为电子的能量全部传给锂,使锂激发. 解:要产生非弹性碰撞,即电子能量最小必须达到使锂离子从基态达第一激发态,分析电子至少要使Li ++从基态n =1激发到第一激发态n =2. 因为Z n ++ ⊿E =E 2-E 1=Z 2R Li ++hc (1/12-1/22)≈32×13.6×3/4eV=91.8eV 讨论:锂离子激发需要极大的能量

大学原子物理学答案最终

1.8 试由氢原子的里德伯常数计算基态氢原子的电离电势和第一激发电势。 解:电离能为1E E E i -=∞,把氢原子的能级公式2 /n Rhc E n -=代入,得: Rhc hc R E H i =∞-=)1 1 1(2=13.60电子伏特。 电离电势:60.13== e E V i i 伏特 第一激发能:20.1060.1343 43)2 111(2 2=?==-=Rhc hc R E H i 电子伏特 第一激发电势:20.101 1== e E V 伏特 1.9 用能量为12.5电子伏特的电子去激发基态氢原子,问受激发的氢原子向低能基跃迁时,会出现那些波长的 解:把氢原子有基态激发到你n=2,3,4……等能级上去所需要的能量是: )1 11(22n hcR E H -= 其中6.13=H hcR 电子伏特 2.10)21 1(6.1321=-?=E 电子伏特 1.12)31 1(6.1322=-?=E 电子伏特 8.12)4 1 1(6.1323=-?=E 电子伏特 其中21E E 和小于12.5电子伏特,3E 大于12.5电子伏特。可见具有12.5电子伏特能量的电子不足以把基态氢原子激发到4≥n 的能级上去,所以只能出现3≤n 的能级间的 跃迁。跃迁时可能发出的光谱线的波长为: ο ο ο λλλλλλA R R A R R A R R H H H H H H 102598 )3111( 1121543)2 111( 1 656536/5)3 121( 1 32 23 22 22 1221 ==-===-===-= 1.10试估算一次电离的氦离子+ e H 、二次电离的锂离子+ i L 的第一玻尔轨道半径、电离电势、第一激发电和赖曼系第一条谱线波长分别与氢原子的上述物理量之比值。 解:在估算时,不考虑原子核的运动所产生的影响,即把原子核视为不动,这样简单些。 a) 氢原子和类氢离子的轨道半径:

5052高一物理光学原子物理测试题

《光学、原子物理》测试题 一、选择题 1、某介质的折射率为2,一束光从介质射向空气,入射角为60°,如图1所示的哪个光路图是正确的? 图1 2.如图2所示是光电管使用的原理图.当频率为v 0的可见光照射到阴极K上时,电流表中有电流通过,则() 图2 (A)若将滑动触头P移到A端时,电流表中一定没有电流通过 (B)若将滑动触头P逐渐由图示位置移向B端时,电流表示数一定增大 (C)若用紫外线照射阴极K时,电流表中一定有电流通过 (D)若用红外线照射阴极K时,电流表中一定有电流通过 3、物体从位于凸透镜前3f处逐渐沿主轴向透镜靠近到1.5f处的过程中,像和物体的距离将( ) (A)逐渐变小; (B)逐渐变大; (C)先逐渐增大后逐渐变小; (D)先逐渐变小后逐渐变大. 4.由中国提供永磁体的阿尔法磁谱仪如图3所示,它曾由 航天飞机携带升空,将来安装在阿尔法国际空间站中,主要使 命之一是探索宇宙中的反物质.所谓的反物质即质量与正粒子 相等,带电量与正粒子相等但相反,例如反质子即为,假 若使一束质子、反质子、α粒子和反α粒子组成的射线,通过 OO'进入匀强磁场B2而形成的4条径迹,则( ) 图3

(A)1、2是反粒子径迹 (B)3、4为反粒子径迹 (C)2为反α粒子径迹 (D)4为反α粒子径迹 5、某原子核A 先进行一次β衰变变成原子核B ,再进行一次α衰变变成原子核C ,则: (A)核C 的质子数比核A 的质子数少2 (B)核A 的质量数减核C 的质量数等于3 (C)核A 的中子数减核C 的中子数等于3 (D)核A 的中子数减核C 的中子数等于5 6、在玻尔的原子模型中,比较氢原子所处的量子数n =1及n =2的两个状态,若用E 表示氢原子的能量,r 表示氢原子核外电子的轨道半径,则: (A) E 2>E 1,r 2>r 1 (B) E 2>E 1,r 2r 1 (D) E 2

原子物理学教学大纲

原子物理学理论课教学大纲 《原子物理学》课程教学大纲新06年8月课程编号:02300009 课程名称:原子物理学 英文名称: Atomic Physics 课程类型:专业基础课 总学时: 54 学分: 2.5 适用对象:物理、电子信息科学专业本科生 先修课程:高等数学、力学、电磁学、光学 1.课程简介 本课程着重从光谱学、电磁学、X射线等物理实验规律出发,以原子结构为中心,按照由现象到本质、由实验到理论的过程帮助学生建立起微观世界量子物理的基本概念,并利用这些基本概念说明原子、分子以及原子核和粒子的结构和运动规律,介绍在现代科学技术上的重大应用。是近代物理的入门课程,是物理专业的一门重要基础课。本课程需在高等数学、力学、电磁学、光学之后开设,是理论物理课程中量子力学部分的前导课程,拟在第三学年第一学期开出。 2.课程性质、目的和任务

本课程是物理专业学生必修课。是力学、电磁学和光学的后续课程、近代物理课的入门课程。是量子力学、固体物理学、原子核物理学、激光、近代物理实验等课程的基础课。目的是引导学生从实验入手,用量子化和微观思维方式,分析微观高速运动物体的规律。主要任务是:通过本课程的教学,让学生对原子及原子核的结构、性质、相互作用及运动规律有概括而系统的认识。通过对重要实验现象以及理论体系逐步完善过程的分析,使学生建立丰富的微观世界的物理图像和物理概念,培养学生用微观思维方式分析问题和解决问题的能力。 3.教学基本要求 (1)了解原子物理学、原子核物理学发展的历程,培养科学研究的素质,加深对辩证唯物主义的理解。 (2)了解原子和原子核所研究的内容和前沿研究领域的概况,培养有现代意识、有远见的新一代大学生。 (3)掌握原子、原子核物理学的基本原理、基本概念和基本规律;掌握处理原子、原子核物理学现象及问题的手段和途径。培养学生掌握科学研究的基本方法。 (4)使学生了解无限分割的物质世界中的依次深入的不同结构层次,理解原子核的结构和基本性质、基本运动规律; (5)结合一些物理学史介绍,使学生了解物理学家对物理结构的实验——理论——再实验——再理论的认识过程,了解微观物理学对现代科学技术重大影响和各种应用,并为以后继续学习量子力学和有关课程打下基础。 4.教学内容及要求

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, 1987 4, 曾谨言,《量子力学》,科学出版社, 2000 5, 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

(完整版)原子物理学复习

第一章 原子的基本状况 一、学习要点 1.原子的质量和大小, R ~ 10-10 m , N o =6.022×1023/mol 2.原子核式结构模型 (1)汤姆孙原子模型 (2)α粒子散射实验:装置、结果、分析 (3)原子的核式结构模型 (4)α粒子散射理论: 库仑散射理论公式: (5)原子核大小的估计 (会推导): 散射角θ:),2sin 11(Z 241 2020θ πε+?=Mv e r m α粒子正入射:20024Z 4Mv e r m πε= ,m r ~10-15-10-14 m 二、基本练习 1.选择 (1)原子半径的数量级是: A .10-10cm; B.10-8m C. 10-10m D.10-13m (2)原子核式结构模型的提出是根据α粒子散射实验中: A.绝大多数α粒子散射角接近180? B.α粒子只偏2?~3? C.以小角散射为主也存在大角散射 D.以大角散射为主也 ()(X)Au A A g M N ==12-27C 1u 1.6605410kg 12 ==?的质量22012c 42v Ze b tg M θπε=

存在小角散射 (3)用相同能量的α粒子束和质子束分别与金箔正碰,测量金原 子核半径的上限. 问用质子束所得结果是用α粒子束所得结果的几倍? A. 1/4 B . 1/2 C . 1 D. 2 4一强度为I 的α粒子束垂直射向一金箔,并为该金箔所散射。若θ=90°对应的瞄准距离为b ,则这种能量的α粒子与金核可能达到的最短距离为: A. b ; B . 2b ; C. 4b ; D. 0.5b 。 2.简答题 (1)简述卢瑟福原子有核模型的要点. (2)简述α粒子散射实验. α粒子大角散射的结果说明了什么? 3.褚书课本P 20-21:(1).(2).(3); 第二章 原子的能级和辐射 一、学习要点: 1.氢原子光谱:线状谱、4个线系(记住名称、顺序)、广义巴尔末公式)1 1 (~22n m R -=ν、 光谱项()2n R n T =、并合原则:)()(~n T m T -=ν 2.玻尔氢原子理论: (1)玻尔三条基本假设的实验基础和内容(记熟)

中学物理教材分析

中学物理教材分析 一、分析教材对教学的意义 教师讲好一堂课的关键在于备课,只有备好课,才能保证教学质量,而教材分析则是备好课的前提。有的人可能会说,课本对教学内容都作了详尽的阐述,教师按课本讲就是了,对教材还有什么可分析的呢?我们知道,书本上的知识是一种贮存状态的知识,课堂教学过程就是要把这种贮存状态的知识首先转化为传输状态的知识,然后通过学生的学习再把传输状态的知识转化为学生头脑中的贮存形式。而这两种知识形式的转化过程与方法,由于受多种形式的制约,课本上是很难把它们全都写出来的。因此,不经过对教材的分析与研究,就难于把握和完成知识形式的这两次转化。 教材中所讲的知识,要放在知识整体中去认识,进行全方位、多角度的分析研究,以真正掌握它的内容,认识它在整个教材结构中的地位,认识与其它知识之间的联系。而这一点对提高教学质量十分重要。有些青年教师,讲课只照本宣科,书本上怎么写的,就原原本本的怎么讲,对教材缺乏分析,因而把握不住概念、规律的本质及它们间的联系,抓不住教材的重点。这是造成教学效果不好的重要原因。在教学过程中如何促进学生的发展,培养学生的能力,是现代教学思路的一个基本着眼点。教学过程不仅是知识的传授过程,而且是能力的培养过程。培养能力需要认识和比较各种知识的能力价值。而知识的能力价值具有隐蔽性,表现为不思则无,深思则远,远思则宽。只有通过对教材的深入分析,才可能挖掘出教材本身没有写出来的知识的能力价值,以利于对学生能力的培养。 课堂教学的重要环节是设计教学过程,选择教学方法。教学过程与教学方法的确定不是随意的,它既受教学思想的指导,又受教学内容的制约。进行教材分析,同时也是在酝酿设计教学过程和选择教学方法。因而教材分析的深广程度将直接影响课堂教学的质量。 教材分析是进行教学工作的一项最基础、最重要的工作,每个教师都应该重视这一坏节,并要具有分析教材的能力,掌握分析教材的一般方法。 二、分析教材的基本依据 分析教材时,主要应以以下几个方面的要求为依据。 (一)物理学的知识体系 所谓物理学的知识体系即学科体系,就是物理学按其自身发展所形成的知识内容和逻辑程序。从整个物理学的知识体系来看,可以分为两大部分。一部分是经典物理,它由力学、热学、电磁学、光学和原子物理学等部分所组成的知识系统。另一部分是近代物理,它是以相对论和量子力学为基础的知识系统。认识这个知识体系,在分析教材时,才能看清教材的知识结构和体系,才能把各部分教材内容放在物理学知识体系中来理解。认识它们各自的地位和作用,才能从知识方面居高临下,深刻地理解知识的内容,作到深入浅出;才能从发展的观点掌握好知识,避免教学中的绝对化和片面性。 (二)学生学习物理的状况:接受水平、心理特点和思维规律 教学的一切活动都要着眼于学生的发展,并落实在学生学习的效果上。因此,在教学中要充分地认识和把握学生学习物理的心理规律。只有充分把握住学生在认识活动中的智力和非智力因素的影响,才能使教学活动落实到学生身上。因而分析学生学习物理的接受水平、心理特点和思维规律是分析教材的另一个重要依据。 初中学生学习的特点是学习兴趣的范围大大扩展了,这为我们培养学生学习物理的兴趣提供了良好的心理条件和可能,但学生这时的兴趣一般还限于直接兴趣的水平上。初二的学生往往表现为对物理只有直接兴趣,他们只满足被新奇的物理现象所吸引,希望看到鲜明、生动、不平常的物理现象和物理实验,而未产生探索这些物理现象原因的需要。初中三年级的学生对物理开始表现有操作性的兴趣,他们要求通过自己的活动对物理现象施加影响,但往

原子物理学(褚圣麟)完整答案#

原子物理学习题解答

第一章 原子的基本状况 1.1 若卢瑟福散射用的α粒子是放射性物质镭C ' 放射的,其动能为 7.68 ?106 电子伏 特。散射物质是原子序数 Z = 79 的金箔。试问散射角θ = 150ο 所对应的瞄准距离b 多大? 解:根据卢瑟福散射公式: M v 2 θ K α c o t = 4 π ε 0 b = 4 π ε 0 b 2 Z e 2 Z e 2 2 得到: Z e 2ct g θ 7 9 ? (1 .6 0 ? 1 01 9 ) 2 ct g 1 5 0ο - 1 5 b = 2 2 = = 3 .9 7 ? 1 0 ( 4π ? 8 .8 5 ? 1 0 - 1 2 ) ? (7 .6 8 ? 1 06 ? 1 0- 1 9 ) 米 4πε K 0 α 式中 K = 1 Mv 2 是α 粒子的功能。 α 2 1.2 已知散射角为θ 的α粒子与散射核的最短距离为 2 Z e 2 1 1 r m = ( 4 π ε ) ( 1 + ) ,试问上题α粒子与散射的金原子核 M v 2 s i n θ 2 之间的最短距离r m 多大? 解:将 1.1 题中各量代入r m 的表达式,得: 1 2 Z e 2 1 = (1 + r m i n ( 4π ε Mv 2 ) ) s i n θ 0 2 - 1 9 2 4 ? 7 9 ? (1 .6 0 ? 1 0 ) 1 = 9 ? 1 0 9 ? ? (1 + ) 7 .6 8 ? 1 0 6 ? 1 .6 0 ? 1 0 - 1 9 sin 7 5ο = 3 .0 2 ? 1 0 - 1 4 米 1.3 若用动能为 1 兆电子伏特的质子射向金箔。问质子与金箔。问质子与金箔原子核可 能达到的最小距离多大?又问如果用同样能量的氘核(氘核带一个 +e 电荷而质量是质子的 两倍,是氢的一种同位素的原子核)代替质子,其与金箔原子核的最小距离多大? 解:当入射粒子与靶核对心碰撞时,散射角为180ο 。当入射粒子的动能全部转化为两 粒子间的势能时,两粒子间的作用距离最小。 根据上面的分析可得: 2 2 1 Ze Z e M v 2 = K = ,故有: r = m i n p 2 4 πε 0 r m i n 4 π ε 0 K p 7 9 ? (1 . 6 0 ? 1 0 - 1 9 ) 2 = 1 . 1 4 ? 1 0 - 1 3 米 = 9 ? 1 0 9 ? 1 0 6 ? 1 . 6 0 ? 1 0 - 1 9

光电子技术教学大纲教材

理论(含课内实验)课程教学大纲模板 《光电子技术》教学大纲 一、课程基本信息 1、课程名称:光电子技术:全称(英文)Optoelectronics Technology 2、课程代码:B1309064 3、课程管理:数理学院应用物理教研室 4、教学对象:应用物理 5、教学时数:总时数48 学时,其中理论教学32学时,实验实训16 学时。 6、课程学分:3 7、课程性质:专业选修课程 8、课程衔接: (1)先修课程:光学、电磁学、原子物理学、量子力学、模拟电子技术 (2)后续课程: 二、课程简介 光电子技术是由电子技术和光子技术互相渗透、优势结合而产生的,是一门新兴的综合性交叉学科,已经成为现代信息科学的一个极为重要的组成部分,以光电子学为基础的光电信息技术是当前最为活跃的高新技术之一。该课程介绍光电子技术的理论和应用基础,介绍光电子系统中关键器件的原理、结构、应用技术和新的发展。该课程在阐明基本原理的同时,突出应用技术,使学生能够把握光电子技术的总体框架,有兴趣、有信心投入实践和创新活动。 三、教学内容及要求 第一章光电系统的常用光源 (一)教学目标 掌握常用的光源及光度学的基本知识;了解发光二级管的新进展。 (二)教学节次及要求 第一节辐射度学和光度学的基础知识 1、掌握辐射度学和光度学的基础知识; 2、了解辐射度学和光度学之间的关系与联系。 第二节热辐射光源 1、掌握热辐射光源的基本原理; 2、了解黑体辐射器、白炽灯和卤钨灯的原理。 第三节气体放电光源 1、掌握气体放电光源; 2、了解气体放电光源的特点以及各种不同类型的气体放电光源。 第四节激光器 1、掌握激光器的基本原理以及半导体激光器的结构; 2、了解各种不同的激光器的发光机理。

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