原子物理绪论
原子物理原子核物理概论总结
原子物理原子核物理概论总结英文回答：Introduction:In the field of atomic and nuclear physics, we study the fundamental properties and behaviors of atoms and atomic nuclei. This branch of physics explores the structure, composition, and interactions of these microscopic particles. By understanding the principles of atomic and nuclear physics, we gain insights into the nature of matter and the forces that govern the universe.Atomic Physics:Atomic physics focuses on the study of atoms, which are the building blocks of matter. It investigates the behavior of electrons within atoms and the interactions between atoms and electromagnetic radiation. One of the key concepts in atomic physics is the energy levels ofelectrons in atoms. These energy levels are quantized, meaning that electrons can only occupy specific energy states. The study of atomic physics has led to the development of various technologies, such as lasers, atomic clocks, and atomic spectroscopy.Nuclear Physics:Nuclear physics, on the other hand, deals with the structure and behavior of atomic nuclei. It explores the properties of protons and neutrons, which are the constituents of atomic nuclei. Nuclear physics investigates nuclear reactions, such as nuclear fission and fusion, which release vast amounts of energy. It also examines the stability and decay of atomic nuclei, including radioactive decay. Nuclear physics has applications in fields such as energy production, medicine (e.g., nuclear medicine), and nuclear weapons.Connection between Atomic and Nuclear Physics:Atomic and nuclear physics are closely related fields,as they both study the fundamental particles that make up matter. Atomic physics provides a foundation for understanding the behavior of electrons, which play a crucial role in determining the properties of atoms. Nuclear physics, on the other hand, delves into the structure and properties of atomic nuclei, which are composed of protons and neutrons. The study of atomic and nuclear physics together allows us to comprehend the complex interactions between electrons and atomic nuclei, leading to a deeper understanding of matter and the universe.Conclusion:In conclusion, atomic and nuclear physics are essential branches of physics that explore the properties and interactions of atoms and atomic nuclei. Atomic physics focuses on the study of electrons and their behavior within atoms, while nuclear physics investigates the structure and behavior of atomic nuclei. These fields are interconnected, providing a comprehensive understanding of the fundamental particles that make up matter. The knowledge gained fromatomic and nuclear physics has led to numerous technological advancements and applications in various fields. By continuing to study and explore these areas, we can further unravel the mysteries of the universe.中文回答：介绍：原子物理和核物理是研究原子和原子核的基本性质和行为的领域。
原子物理与光谱学绪论1
绪 论
经典理论
物体的运动是连续的，物体性质的变化也 是连续的假设引出经典理论——牛顿力学 和麦克斯韦电磁场理论，且已经被大量的 实验所证实。 力学、热学、电磁学和光学属于经典物理 学课程。 最大特点是有清晰的物理图像，鲜明的物 理思想，通过建立具体的物理模型去把握 所研究的对象
4
绪 论
什么是量子
绪 论
光谱技术发展现状
光谱技术与激光技术的结合，使光谱分辨率 达到了10-8Hz以下，时间分辨率接近10-12s， 空间分辨达到光谱波长的数量级，实现了光 谱在时间、空间上的高分辨率。
激光的功率密度已达到108W/cm2 以上，光波 电场场强已经超过原子的内场场强，强激光 与原子相互作用产生了饱和吸收和双光子、 多光子吸收等现象，产生了非线性光谱学， 等等
量子是自然的一种本性——分立性或非连续 性，量子的历史就是人们研究这种非连续性 的探险历程 量子的发现历史，说明了量子的发现是如何 的艰难，也说明了顽固的偏见是多么难以抗 拒。 从芝诺悖论到双缝实验，使人对连续运动的 真实存在提出了质疑。 对于每一个仍然对自然充满好奇的现代人来 说，不理解量子，就无法理解我们身边的世 界。
绪 论
原子物理学属近代物理学课程，研究原 子的电子结构、原子光谱、原子之间或 与其他物质的碰撞过程和相互作用，是 微观物理。 掌握原子世界的基本规律，关注物理学 家们那种创造性研究问题的思想和方法， 以培养自己的创新能力。
绪 论
原子物理的研究手段
理论上是半量子理论 大量的实验现象的总结 电子显微镜 原子力显微镜（AFM） 光谱技术 X射线晶体衍射 ……
绪 论 理性质、分子间的相互 作用。 与原子物理学、凝聚态物理学以及物理化学、 化学动力学、量子化学等关系密切。 分子结构涉及组成它的各个原子的平衡几何 配置，及分子各组成部分的相互作用——化 学键。 分子的物理性质与分子的化学结构有关。 量子力学是研究化学键本质、分子的物理性 质，以及分子间相互作用的基本理论。
第一章 原子物理简介
l 0, j 1 ;l 0, j l 1 ,l 1 取两个值
2
22
9
二、原子态符号
n2
2s+1
L
j
j=+1/2 j=-1/2
0, 1, 2, 3, 4, 5, S, P, D, F, G
10
由于引入了总角动量，原子的原子态 常用 2s+1Lj＝ 2Lj表示。因电子自旋量子数s ＝1/2，所以2s+1=2表示原子态，因而能级 的双重性。L是 l 取值对应的大写英文字母， j 是总角动量量子数。如 l＝1的 P 态，对应 j＝1＋1/2＝3/2，1－1/2＝1/2，所以l＝1的 原子态是双重的：2P3/2，2P1/2。
pj J
j( j 1)
它在z方向的投影为:
p jz J z mj
8
这里 j 是总角动量量子数，按照量子力学角动量 耦合理论，量子数 j 取值为：
总角量子数 j l s,l s 1,l s
总磁量子数 mj j, j 1,, j 1, j.共2j 1个值
对于单电子s＝1/2,所以
n2l2 n3l3…) 。
例：氦原子基态: 1s1s
镁原子基态: 3s3s
第一激发态: 1s2s
第一激发态: 3s3p
两个电子之间的相互作用:
1# n1l1s1=1/2
l1
G3 l1, s1
s1
Gl1,l2
G5 l1, s2
G6 l2 , s1
G2 s1, s2
2# n2l2s2=1/2
l2
j=5/2 j=3/2
=3
-3/2a3 7/2 2a3 5/2
双层能级的相对间隔（n相同）
13
原子物理绪论
初期的原子学说
建立在科学基础上的原子学说是到了近二三 百年内才发展的。到19世纪末，人们开始确切地 认识到，原子只不过是物质结构的一个层次，导 致这一结论的重要发现有：
1806年，法国普鲁斯脱发现化合物分子的定组成定律
1807年，英国道尔顿的 倍比定律
1808年，法国盖.吕萨克：气体的体积成简比的定律 1811年，阿伏加德罗定律
这三大发现，揭开了近代物理的序幕。电子的发现， 以及接着提出的卢瑟福（E.Rutherford)的核式模 型（1911年）玻尔(N.Bohr)的原子量子理论（1913 年）使原子物理学开始了新的篇章。
三、原子物理学的地位与作用
1、揭示宏观现象和规律的本质
事物的宏观现象丰富多彩，要揭示其内在的本质，
四、学习中应注意的几点
1.实践是检验真理的唯一标准。 2.科学不断发展，认识不断加深。 3. 对微观体系不能要求都按宏观规律来描述。 经典物理学中的规律是从宏观现象中总结出 来的，不一定都适用于微观体系。至于何者 可用，何处可用，或不可用，还是决定于实 践的检验。 微观体系自有一套规律。
杨福家书P43--汇聚了物理学界智慧之脑的“明星照”
晶体结构和性质的研究需要原子结构的知识，
这样，原子物理学又与那些与结晶学有关系的
矿物学、冶金学等学科也有关系。
生物科学中引用原子物理学中的原理与技术 的地方日益增加。 其他科学部门，不论是基础科学或应用科学， 与原子物理学也有多方面的联系。
3、原子物理学与现代生产有广泛而密切的 联系
① 电子器件——电子源——物质的微观 结构 ——原子物理学。 例如 ② 各种金属、磁性材料、半导体等也需 要原子物理学的知识。 ③ 发光材料、光谱分析（冶金）、X射 线（检测）、光电管（自动控制）等等， 都与原子物理学有关。 ④ 原子能和放射性的应用。
原子物理第1章.ppt
Thomson模型
原子球体内，电子镶嵌在其 中。原子如同西瓜，瓜瓤好
α散射实验
比正电荷，电子如同瓜籽分 布在其中。
Thomson模 型的失败
同时该模型还进一步假定，电子分布在分 Rutherford模 离的同心环上，每个环上的电子容量都不相同， 型的提出
电子在各自的平衡位置附近做微振动。因而可
以发出不同频率的光，而且各层电子绕球心转
米，原子之间是紧密地堆积在一起的。若该
元素的原子量为A，那么1mol该原子的质量
为A，若这种原子的质量密度为 (g/cm3), 那么A克原子的总体积为 A/(cm3) ，一个
原所子以占原的子有的体半积径为r34 33r A 3，/4即N 34A，r依3*此NA可以A/算
出不同原子的半径，如下表所示：
α散射实验
Thomson模 型的失败 Rutherford模 型的提出
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第一章：原子的基本状况：卢斯福模型
第二节：原子结构模型
卢瑟福1871年8月30日生于新西 兰的纳尔逊，毕业于新西兰大学 和剑桥大学。
1898年到加拿大任马克歧尔大 学物理学教授，达9年之久，这期 间他在放射性方面的研究，贡献 极多。 1907年，任曼彻斯特大学 物理学教授。1908年因对放射化 学的研究荣获诺贝尔化学奖。 1919年任剑桥大学教授，并任卡 文迪许实验室主任。1931年英王 授予他勋爵的桂冠。1937年10月 19日逝世。
Atomic Physics 原子物理学
第一章：原子的基本状况：卢斯福模型
第一节 从哲学到科学的原子论
第二节 原子结构的卢斯福模型
第三节 卢斯福散射公式
第四节 卢斯福公式的实验验证 第五节 原子核大小的推断 第六节 行星模型的意义与困难
高中物理原子物理
高中物理原子物理原子物理是物理学中的一门重要分支，研究的对象是原子及其内部结构。
本文将从原子的基本概念、原子结构、原子核物理和原子能等方面展开，探讨原子物理的基本内容。
一、原子的基本概念原子是物质构成的基本单位，是由质子、中子和电子组成的。
质子带正电荷，中子不带电荷，电子带负电荷。
原子的质子数与电子数相等，因此原子是电中性的。
原子的质量主要集中在原子核中，电子则围绕着原子核旋转。
二、原子结构原子结构包括原子核和电子云两部分。
原子核位于原子的中心，由质子和中子组成。
质子和中子的质量几乎集中在原子核中，占据了原子质量的绝大部分。
电子云则是围绕着原子核旋转的电子形成的区域，电子云对应于原子的体积。
三、原子核物理原子核物理是研究原子核结构和性质的学科。
在原子核物理中，质子和中子的结合形成了原子核。
质子的正电荷和中子的中性电荷相互作用，维持了原子核的稳定性。
原子核由不同的质子数和中子数组成，不同的元素由于质子数的不同而具有不同的化学性质。
原子核物理的研究内容包括核衰变、核裂变、核聚变等。
四、原子能原子能是指从原子核中释放出的能量，也称为核能。
原子能可以通过核反应获得，包括核裂变和核聚变。
核裂变是指重核分裂成两个或多个轻核的过程，释放出大量的能量。
核聚变是指两个轻核结合成一个较重的核的过程，同样也释放出巨大的能量。
原子能在能源领域具有重要的地位，可以用于发电、热能利用以及核武器等方面。
总结：原子物理是研究原子及其内部结构的学科，涉及到原子的基本概念、原子结构、原子核物理和原子能等内容。
通过对原子的研究，我们可以更深入地了解物质的本质和性质，为能源利用、核技术应用等领域提供了重要的理论基础。
希望通过本文对高中物理原子物理有一个初步的了解。
原子物理学绪论
物理学是研究物质运动的最一般规律和物质基本结构的 科学。原子物理学主要研究物质的一个层次； 科学。原子物理学主要研究物质的一个层次；这个层次介于 分子和原子核两层之间，称为原子。 分子和原子核两层之间，称为原子。原子概念的提出已有两 千多年的历史，但我们讲授的原子物理学是在20 20世纪初开始 千多年的历史，但我们讲授的原子物理学是在20世纪初开始 形成的一门学科，它随着近代物理学的发展而发展起来的。 形成的一门学科，它随着近代物理学的发展而发展起来的。
1911年，卢瑟福（E. Rutherford）为了解释大角度 粒子散射实验结 年 卢瑟福（ ）为了解释大角度α粒子散射实验结 提出一个新的原子模型：认为原子是一个非常小（ 果，提出一个新的原子模型：认为原子是一个非常小（~10-12cm）的带 ） 正电的居于中心位置的原子核和分布在距它很远的核外空间（ 正电的居于中心位置的原子核和分布在距它很远的核外空间（ ~10-8cm ） 的电子组成。由于电子的质量很小， 的电子组成。由于电子的质量很小，原子的全部质量实际上集中在原子 核里。 核里。
三、学习原子物理学中应注意的问题
1、原子物理学是研究微观体系的物理过程 、 微观体系遵从它特有的规律，不能直接观测， 微观体系遵从它特有的规律，不能直接观测，所以不象宏观物体的 运动一样，具有直观性。 运动一样，具有直观性。 2、原子物理学是一门实验性科学 、 物理学是一门实验性科学，原子物理学更是如此。 物理学是一门实验性科学，原子物理学更是如此。一切理论的建立 都必须以实验为基础。并遵从“实验—理论 实验”的发展原则。 理论—实验 都必须以实验为基础。并遵从“实验 理论 实验”的发展原则。
一、原子物理学的发展 1、朴素原子论的形成 、
“原子”一词来自希腊文，意思是“不可分割的”。在公元 原子”一词来自希腊文，意思是“不可分割的” 原子 世纪， 前4世纪，古希腊物理学家德漠克利特（Democritus）提出这 世纪 古希腊物理学家德漠克利特（ ） 一概念，并把它当作物质的最小单元。 一概念，并把它当作物质的最小单元。 差不多在同时代的亚里士多德（ 差不多在同时代的亚里士多德（Aristotle）, 阿那萨古腊 ） （Anaxagoras）等人却反对这种物质的原子观，他们认为物质 ）等人却反对这种物质的原子观， 是连续的，可以无限止地分割下去。 是连续的，可以无限止地分割下去。这种观点在中世纪时代占 优势。 优势。
《原子物理》课程教学大纲
《原子物理》课程教学大纲课程名称：原子物理课程类别：专业必修课适用专业：物理学考核方式：考试总学时、学分：56学时 3.5学分其中实验学时：0 学时一、课程性质、教学目标原子物理学属普通物理范畴，是力学、电磁学和光学的后续课程，是物理专业的一门重要基础课。
本课程着重从物理实验规律出发，引进近代物理关于微观世界的重要概念和原理，探讨原子的结构和运动规律，介绍在现代科学技术上的重大应用。
通过本课程的教学，使学生建立丰富的微观世界的物理图象和物理概念。
通过对重要实验现象以及理论体系逐步完善过程的分析，培养学生分析问题和解决问题的能力。
本课程是量子力学、固体物理学、原子核物理学、近代物理实验等课程的基础课。
课程教学目标如下：课程教学目标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。
课程教学目标2：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。
的支撑强度来定性估计，H表示关联度高；M表示关联度中；L表示关联度低。
二、课程教学要求理解原子壳式结构，了解原子物理学的发展和学习方法。
掌握原子能量级概念和光谱的一般情况。
理解氢原子的波尔理论，了解富兰克-赫兹实验。
了解氢原子能量的相对论效应。
了解盖拉赫实验，理解原子的空间取向量子化，理解物质的波粒二象性了解不确定原则。
理解波函数及其物理意义和薛定谔方程。
了解碱金属光谱的精细结构，电子自旋轨道的相互作用。
理解两个价电子的原子态，了解泡利原理。
理解原子磁矩及外磁场对原子的作用，了解顺磁共振和塞曼效应，掌握原子的壳层结构和原子基态的电子组态。
了解康普顿效应，理解X 射线的衍射。
执行本大纲应注意的问题：1.原子物理学是一门实验性很强的学科，关于原子结构的一切知识均建立在实验的基础上，学生在学习过程中应特别注重这一点。
原子物理绪论
(v)
8 4 3 KTv c
图20-3 热辐射的理论公式与实验结果的比较
26
即在低频部分与实验相符很好 ，但随频率的 增大与实验值的差距越来越大，当时v 引 起发散，这是当时有名的“紫外灾难” 另外维恩以经典物理为基础也导出一个辐射 公式，维恩公式在短波部分与实验结果符合的很 好,但是长波部分理论的值偏低. 在解释黑体辐射 实验现象上，经典物理学遇到了难以克服的困难。
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经过近二个月的努力，普朗克在同年12月14 日的一次德国物理学会议上提出：
辐射能量的假设
E=nhv（n=1,2,3,……）
这一概念严重偏离了经典物理。因此，这一 假设提出后的5年时间内，没有引起人的注意，并 且在这以后的十多年时间里，普朗克很后悔当时 的提法，在很多场合他还极力的掩饰这种不连续 性是“假设量子论”
二、原子物理学的研究对象、内容、研究
方法：
1、 原子物理学的研究对象 原子物理学属于近代物理学课程，它主要研究 物质在原子层次内： （1）由什么组成； （2）各种组成成分间有怎样的相互作用； （3）各物质是怎样的运动形态。 等理论，是研究物质微观结构的一门科学。
4
2、研究内容：（原子物理、核物理） （1）原子物理部分： 从原子光谱入手研究价电子的运动规律 从元素周期律和X射线入手研究内层电子的排布和 运动规律 （2）核物理部分 主要研究核的整体性质如：核力、核模型、核衰 变、核反应、核能的开发和利用及基本粒子的相 关知识。
34
3、现代原子物理学：（20世纪初-现在） 是新量子理论诞生和发展时期 1924年，德布罗意提出物质波的概念，将光的 波粒二象性推广到实物粒子 1925年，微观体系的新理论-量子力学建立 1932年，中子发现，表明原子核有内部结构， 这之后核物理的研究核应用迅速发展 1950年，基本粒子的研究和发展成绩卓著
原子物理学(原子的精细结构电子自旋)
旋极化材料。
自旋电子学
利用电子自旋的特性，开发新型 自旋电子学器件，如自旋晶体管
和自旋存储器等。
磁性材料研究
通过研究电子自旋的磁学性质， 有助于深入了解磁性材料的微观
结构和物理性质。
05 原子物理学的发展前景与 挑战
原子物理学与其他学科的交叉研究
原子核位于原子的中 心，电子围绕原子核 运动。
原子的电子排布
电子在原子核外的不同能级轨道 上运动，离原子核越远的轨道，
其能量越高。
电子按照一定的规律填充在不同 的能级轨道上，形成电子排布。
电子排布决定了原子的化学性质 和电子状态，是研究原子结构的
重要内容。
原子的能级与光谱
原子的能级是指原子内部电子 运动的能量状态，不同的能级 具有不同的能量。
原子物理学在新能源与技术中的应用
太阳能电池技术
01
原子物理学在太阳能电池技术中的应用，通过优化材料结构和
提高光电转换效率，为可再生能源的发展提供支持。
核聚变能源
02
通过原子物理学对核聚变反应过程的研究，实现可控核聚变能
源的开发，为未来能源供应提供可持续的解决方案。
磁约束核聚变装置
03
利用原子物理学的原理和技术，设计和建造磁约束核聚变装置，
当原子从一个能级跃迁到另一 个能级时，会吸收或释放一定 频率的光子，形成光谱。
光谱分析是研究原子能级结构 和性质的重要手段，可以用于 元素分析和化学分析等。
02 原子核的结构与性质
原子核的组成
01
02
03
质子和中子
原子核由质子和中子组成， 质子带正电荷，中子不带 电。
原子物理学 绪论 历史回顾
历史回顾重要人物
E.Fermi，意大利物理学家 (1901-1954)，1938年获得诺贝 尔奖。发明了热中子链式反应 堆。
历史回顾重要人物
R.L.Mossbauer, 德国物理学 家(1929-1976)。1961年因为 对γ辐射的共振吸收的研究和 发现的Mossbauer效应获诺 贝尔物理学奖。
历史回顾重ck发现了中子; 1934：F.&I.Joliot-Curie发现人工放射性；
1939：O.Hahn等人发现重核裂变；
1939：N.Bohr等提出液滴模型; 1942：E.Fermi发明热中子链式反应堆； 1945：原子弹试爆成功，并在广岛上空爆炸； 1952：氢弹试爆成功。
1896：H.Becquerel发现了铀(U)放射现象; 1897：P.&M.Curie发现钋(Po)和镭(Ra);
1899：卢瑟福发现a , b 射线；
1900：维拉德发现g 射线;
1903：卢瑟福证实a 射线为He2+， b 射线为电子；
1911：卢瑟福提出原子的核式模型；
1919：卢瑟福首次实现人工核反应，发现了质子。
历史回顾原子弹
“小玩意儿”钚装药重6.1千克，TNT当量2.2万 吨，试验中产生了上千万度的高温和数百亿个大 气压，致使一座30米高的铁塔被熔化为气体，并 在地面上形成一个巨大的弹坑。 在半径为400米的范围内，沙石被熔化成了黄绿 色的玻璃状物质，半径为1600米的范围内，所 有的动物全部死亡。 “原子弹之父” 奥本海默在核爆观测站里感到 十分震惊，他想起了印度一首古诗：“漫天奇光 异彩，有如圣灵逞威，只有一千个太阳，才能与 其争辉。我是死神，我是世界的毁灭者。”
学习与思考
原子物理 绪论
物理学全明星梦之队
德 布 罗 意
物理学是关于物质基本组成、基本结构 和物质变化规律及其应用的的学科（如 力、热、光、电、磁等）。 原子物理学是研究原子（离子）的电子 结构、电子运动规律及其与外界相互作 用的学科。是随近代物理学的发展而发 用的学科。是随近代物理学的发展而发 展起来的。
近代物理学发展概述
化 实 、 极 线 转 验 学 验 阴 射 偏 实
→
原子
α粒 散 实 子 射 验
→
光 学 验 谱 实 电子的轨道运动、自旋运动、相互作用 外 子 核 电
高 物 实 能 理 验 原 核 L 子 → 质子、中子、其它基本粒子、 L
→
原子是微观系统
其运动规律不能简单地用经典物理学的规律描述。 其运动规律不能简单地用经典物理学的规律描述。 有关原子物理学的内容，被称为“近代物理学” Physics） 有关原子物理学的内容，被称为“近代物理学”（Modern Physics）
支撑近代物理学的著名发现
X射线（德国 伦琴，1895.11.8) 伦琴， 射线（ 天然放射性（ 贝克勒尔， 天然放射性（法国 贝克勒尔，1896.2) 电子（ 汤姆逊，1897） 电子（英国 汤姆逊，1897） 热辐射紫外灾难（1896-1900） 热辐射紫外灾难（1896-1900） 以太零结果（1907） 以太零结果（1907）
原子核物理概论.ppt
p h hc 1240 fm MeV 124MeV
c 10 fm c
c
则
v p pc2 240c m mc2
—— 不可能！
另外，原子核的质子-电子假说也无法解释核自旋的实验 事实。以氮原子核为例，按照原子核的质子-电子假说，氮 核中应包含14个质子和7个电子，粒子总数是21，因为质子 和电子的自旋都是1/2，21个粒子合成的氮核的自旋是21/2， 而实际上氮核的自旋是1。
质子和中子统称为核子，海森伯认为质子和中子是核子 的两个不同状态，它们在质量上的微小差异是由电性质的不 同所引起的。在原子核内，中子是组成核的稳定粒子，但在 原子核外，中子是不稳定的，一个自由中子的寿命是888.6 s， 约为15 min，最后衰变为一个质子、一个电子和一个反中微 子，即
n p e ve
➢ 1900年，发现 射线。
➢ 1903年，卢瑟福证实 射线是氦核， 射线是电子。
➢ 1911年，提出原子的核式模型。 ➢ 1919年，实现人工核反应。 ➢ 1932年，查德威克发现中子。 ➢ 1934年，约里奥.居里夫妇发现人工放射性。
➢ 1939年，发现铀原子核裂变。 ➢ 1942年，发明热中子链式反应。 ➢ 1945年，原子弹。 ➢ 1952年，氢弹。 ➢ 1954年，苏联第一个原子能发电站。 ➢ 1958年，我国第一座重水型原子反应堆。 ➢ 1964年，我国第一原子弹试爆成功。 ➢ 1967年，我国第一氢弹试爆成功。
(1) 同位素：是质子数Z相同而中子数N不同的核素，它们 在周期表上占据同一个位置。自然界存在的元素往往是由 几种同位素所组成，并且各种同位素的含量有一定的比例， 这种比例称为同位素的丰度。
例如，自然界存在的氧有三种同位素，即 186O, 187O, 188O ， 它们的丰度分别为99.759%、0.037%和0.204%。
原子物理学：原子结构核物理和粒子物理学
原子物理学：原子结构核物理和粒子物理学原子物理学：原子结构、核物理和粒子物理学原子物理学是研究物质的微观结构及其相互作用的学科。
它包含了原子结构、核物理和粒子物理学三个重要方面，为我们深入了解宇宙世界的奥秘提供了基础。
本文将从这三个方面介绍原子物理学的基本原理和研究内容。
一、原子结构原子是物质的最基本单位，它由原子核和围绕核旋转的电子组成。
根据波尔的量子理论，电子只能在具有确定能级的轨道上运动，当电子跃迁到更低能级时会释放出能量，反之吸收外界能量会使电子跃迁到更高能级。
这种跃迁释放或吸收的能量正好对应着物质的发射光谱或吸收光谱。
由于原子的特殊结构，不同的元素拥有不同的原子结构，各自具有独特的光谱特征。
通过光谱分析，我们可以确定元素的存在、组成和性质，这对于天文学、化学以及其他领域的研究都具有重要意义。
二、核物理核物理研究的是原子核的结构和性质，它涉及到原子核的组成、稳定性、衰变以及核反应等内容。
尤其是核反应在能源开发和核技术应用方面具有巨大的潜力。
核反应是指通过改变原子核的结构使其发生转变的过程。
其中最著名的就是核裂变和核聚变。
核裂变是指重原子核分裂为两个较轻的核，伴随着巨大的能量释放。
核聚变则是轻原子核聚集在一起形成较重的核，同样伴随着大量的能量释放。
核裂变和核聚变对于核能的利用具有重大意义，可以提供清洁、高效的能源。
三、粒子物理学粒子物理学是研究基本粒子和它们之间相互作用的学科。
自从20世纪以来，通过强大的加速器和探测器，人类已经发现了许多基本粒子，如电子、质子、中子等。
粒子物理学的重要突破是发现了基本粒子之间的相互作用的基本力，包括电磁力、弱力和强力。
其中，电磁力负责原子核外的电子云与其他粒子之间的相互作用；弱力参与了核反应中的一些变化；而强力则负责核内质子和中子之间的相互作用。
通过粒子物理学的研究，我们可以进一步了解物质的本质，探究宇宙的起源和演化，甚至推动科学技术的发展。
总结：原子物理学的三个方面：原子结构、核物理和粒子物理学，共同构成了人类对于宇宙微观世界的认知。
原子物理学绪论
利特。
atom，旧译“莫破”，即原子。
2、可以无限分割，物质是连续的 “一尺之棰，日取其半，万世不竭。”——
公孙龙
物质是连续的，可以无限地分割——亚里士 多德
这一观点从数学上看是正确的；
从哲学上看似乎也是正确的；
1811年，阿伏伽德罗 (Amedeo Avogadro1776–1856)（意）： Avogadro定律。
1826年， 布朗（ Brown英）：Brown运动。
1833年， 法拉第（ Faraday英）：电解定律。
1869年， 门捷列夫（ Менделее俄）：元素周期律。
从化学上提出了单个原子的存在。
按物质的层次，近代物理学可以分为五个分 支学科 1.粒子物理 2.原子核物理 3.分子和原子物理 4.凝聚态物理 5.天体物理
其它重要的基础学科和技术的发展 都要以 原子物理 为基础。
1.量子围栏（ Quantum Corral ）
用扫描隧道显微镜操控单个原子，在铜单晶体的（111）面上， 用48个铁原子做成一个半径71.3 Angstrom的围栏。围栏中的 电子由于干涉而形成驻波。
天体
光年
宇观 天体力学 广义相对论
宇宙学
原子物理学：研究原子的组成和原子的本 征规律，包括研究其组成物的运 动、相互作用。
二、认识原子的历程——漫长
公元前四世纪提出“原子”概念
十九世纪，重要发展
1、不可无限分割，存在最小的结构单元 “端，体之无序最前者也。”——《墨
经》。
端是物质的最小结构单元。
一个伟大时代的开始，原子有一定的结构！
三、原子物理学的研究方法
原子物理高中
原子物理高中原子物理是研究原子结构和原子性质的一门科学。
它是现代物理学的基础，也是许多其他学科的重要组成部分。
在高中阶段，学生通常会接触到一些基本的原子物理概念和理论，如原子结构、原子核、电子云等等。
本文将从原子结构、原子核、电子云和原子能级四个方面进行介绍。
一、原子结构原子是物质的基本单位，由原子核和围绕核运动的电子组成。
原子核位于原子的中心，由质子和中子组成。
质子带正电荷，中子不带电荷。
电子则带负电荷，环绕在原子核的外层。
原子核的质量非常集中，占据原子体积的极小部分，而电子云则占据了大部分空间。
二、原子核原子核是原子的中心部分，质子和中子都存在于原子核中。
质子和中子都是由更基本的粒子——夸克构成的。
质子带正电荷，中子不带电荷。
原子核的质量主要由质子和中子的质量决定，而电子的质量非常小，可以忽略不计。
不同元素的原子核中质子的数量是不同的，这也决定了元素的化学性质和原子的同位素。
三、电子云电子云是指围绕在原子核外层的电子组成的区域。
根据量子力学的原理，电子无法具体地描述其轨道和位置，只能用概率分布来表示。
这就是为什么我们常说电子在原子中呈现云状分布。
电子云的密度表示了电子在该区域被发现的概率。
四、原子能级原子的能级是指电子在原子中所具有的能量状态。
电子只能处于特定的能级上，而不能连续地处于任意能量状态。
当电子吸收或释放能量时，会跃迁到不同的能级。
这种跃迁会伴随着光的发射或吸收，这就是我们所熟知的光谱现象。
原子能级的特点决定了元素的光谱特征，也是我们研究原子性质的重要依据。
总结起来，原子物理是一门研究原子结构和原子性质的学科。
通过研究原子结构，我们了解到原子核和电子云的构成，以及它们之间的相互作用。
原子核由质子和中子组成，决定了元素的质量和同位素的存在。
电子云则是电子的分布区域，决定了元素的化学性质。
原子的能级则反映了电子的能量状态和跃迁规律，是研究光谱现象的重要工具。
通过对原子物理的学习，我们可以更好地理解物质的微观结构和性质，为后续的学习打下坚实的基础。
第7章原子核物理概论
第七章 原子核物理概论
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J.Chadwick, (1891-1974),英. 因于1932年发现中子,获1935 年度诺贝尔物理学奖.
第七章 原子核物理概论
F.Joliot－curie,法, （1900～1958） I.Joliot－curie,法, （1897～1956） 因于1934年发现人工放射性,同获 1935年诺贝尔化学奖
轶事三则：
1）居里夫人把她千辛万苦提炼出的镭（价值100万以上法郎.他与居里所得 诺贝尔奖金7万法郎）赠送给了研究治癌的实验室.有人劝她把这些财产留给 两个女儿,居里夫人说：“我希望女儿长大自己谋生,我只留给她们精神财富, 把她们引上正确的生活道路,而绝不给她们留金钱.”
2）居里夫人淡泊名利 .一次她的一位朋友来访,看见她的小女儿正在玩英国 皇家学会刚刚颁发给她的金质奖章,惊讶地说“居里夫人,得到一枚英国皇家学 会的奖章,是极高的荣誉,你怎么能给孩子玩呢?”居里夫人笑了笑说：“我是想 让孩子从小就知道,荣誉就像玩具,只能玩玩而已,绝不能看得太重,否则就将一 事无成.”
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哈恩等人发现核裂变（1938）
哈恩（Hahn ）德 （1879～1968）
1938年,哈恩和助手斯特拉斯曼发现 铀经中子照射后产生了中间质量的元 素.接着迈特纳（曾是哈恩的助手）和 弗里什提出核裂变概念,解释了他们的 实验结果.哈恩为此 独获1944年诺贝尔 化学奖.
第七章 原子核物理概论
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分子：107 cm 原子： 108 cm 原子核： 1012 cm 质子：1013cm 电子、夸克1：016 cm
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原子物理学的研究对象是电子、原子核、基本粒子。课程内容抽 象枯燥。为了帮助学生建立清晰的物理图像，树立鲜明的物理思想， 在讲授中我们充分发挥多媒体技术的优势，再现原子物理学重大发现
的物理过程，避开量子力学复杂的数学计算，着重阐述基本概念和基
本规律，建立具体的物理模型，引导学生主动把握所研究的对象，学 会物理学的研究方法和研究思想，养成良好的自学习惯。 通过原子物理学课的学习，不仅要掌握原子世界的基本规律，培 养良好的自学能力和科研素质，还要学习物理学家们那种创造性研究 问题的思想和方法，借以培养自己的创、内容和研究方法 二、 原子物理学的发展历史 三 、原子物理学的地位、作用和研究前景 四 、学习原子物理学的一些建议
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教学要求
（1）掌握原子物理的研究对象、内容、特点和研 究方法。 （2）了解原子物理的发展历史及在材料科学、激 光物理、生物物理等学科的应用 （3）了解原子物理正在发展的学科前沿。
4. 二十世纪的发展： 1900年，普朗克提出量子论 1905年，爱因斯坦提出光的量子说 1911年，卢瑟福提出原子的核式结构 1913年，玻尔提出氢原子的玻尔模型 1924年，德布罗意提出微粒的波动性 1925年，薛定谔建立了波动力学；同年，海森
伯建立了矩阵力学，建立了量子力学的基础，是描
阿伏伽德罗提出了分子的概念
3. 十九世纪末：原子物理学开始迅速发展 十九世纪末的三大发现： X射线：
1895年，德国物理学家伦琴发现了X射线
放射性： 1896年法国物理学家贝克勒尔发现了放射性 电子： 1897年英国物理学家汤姆逊发现了电子
电子是人类发现的第一个从原子 中分离出来的更小的微粒
述微观体系的基本理论。
三 、原子物理学的地位、作用和研究前景
1.原子物理学在材料科学中的应用 2.原子物理学在宇观研究领域中应用：星际分子、宇宙起源等 3.原子物理学在激光技术及光电子研究领域的应用 4.原子物理学在生命科学领域中的应用 5.原子物理学化学研究领域的应用 ………
四、 学习原子物理学应注意的问题
思考题
（1）简述原子物理学的研究对象、内容、特点和研究方 法。 （2）简述原子物理学的发展历史。 （3）简述原子物理学在近代物理中作用和发展方向。 （4）简述原子物理学在材料科学、激光物理、生物物理 等学科的作用和应用。 （5）举例说明原子物理在科技中的作用。
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参考文献
（1）潘永祥编《自然科学概述》（北京大学出版社）第九章： 19世纪末—20书记初的物理学革命。 （2）方俊鑫，陆栋编《固体物理学》（上册）（上海科学技 术出版社）绪论部分。 （3）赵凯华编《定性与半定量物理学》（高等教育出版社） 第三章数量级估计：物理世界的层次和基本物理常数；原子； 原子核；分子和晶体部分。 （4）W．C．丹皮尔著《科学史（及其与科学和宗教的关系）》 （商务出版社）绪论、第十章物理学的革命部分 （5）苟清泉编《原子物理学》（高等教育出版社）绪论部分。
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目录
绪论 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章
原子的基本状况 原子的能级和辐射 量子力学初步 碱金属原子和电子自旋 多电子原子 在磁场中的原子 原子的壳层结构 X射线 原子核和基本粒子简介
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主要参考书
1．褚圣麟，《原子物理学》，高等教育出版社，1979，第1版。 2．杨福家，《原子物理学》，高等教育出版社，2000，第3版。
1807年，道尔顿提出： 一切物质都由极小的微粒——原子组成。
不同的物质，含有不同的原子，不同的原子具 有不同的性质、大小和不同的质量。
道尔顿首先创立了原子量的概念
阿伏伽德罗（Avogadro，1776-1856）意大利物理学家
1811年，阿伏伽德罗提出： 物质是由分子构成的，分子才是由原子构成的
1.二千四百多年前：朴素的古代原子论 古希腊
德谟克利特（Democritus，约公元前460-370年）
物质都是由一些坚硬地、不可再分的微 粒构成的，命名为atom，即“原子”。
亚里士多德（Aristoteles，约公元前384-322年）
物质是可以无限止地分割下去的。
中国 墨翟（约公元前468-376） “端：体之无序最前者也” 。即“端”是 组成物体的不可分割的最原始的东西。 公孙龙（约公元前320-250） “一尺之棰，日取其半，万世不竭。”也 就是说物质是无限可分的。 2. 十九世纪初：道尔顿的原子论 道尔顿（Dalton，1766-1844），英国化学家。
课程说明
原子物理学是物理学专业的一门重要基础课程。它上
承经典物理，下接量子力学，属于近代物理的范畴。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象，以及支配物质运动
和变化的基本相互作用，并在此基础上，利用量子力学的
思想和结论，讨论物质结构在原子、原子核以及基本粒子
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一、原子物理的研究对象、内容、研究方法
研究对象
原子物理学属近代物理学课程，它是研究物质在原 子层次内由什么组成，它们如何作用，发生什么样的运 动形态的理论。即主要研究原子结构与性质及有关问题。
它是关于物质微观结构的一门科学。
9
研究内容:
由原子物理和原子核两部分组成。原子物理部分从原子光谱入手， 研究价电子的运动规律；从元素周期律和X射线入手研究内层电子的运动
等结构层次的性质、特点和运动规律。
1
该课程分为三个层次：第一是成熟、已有定论的基本内
容，要求学生掌握并能运用；第二是目前已取得最新研究成
果，要求学生掌握其物理概念和物理图象；第三对于前沿研
究课题内容，要求学生了解其研究方向。在内容上，它由原
子物理和原子核两部分组成。 主要讲授：绪论、原子的基本状况、原子的能级和辐射、 量子力学初步、碱金属原子、多电子原子、磁场中的原子、 原子的壳层结构、X射线、原子核和基本粒子简介等十章内 容。
8．[美]E．H．威切曼，《量子物理学》(《伯克利物理学教程》
第4卷)，科学出版社，1978，第1版。 9．Alonso-Finn：《Fundamental University Physics》， V1． Ⅲ，University of California Press,1969, First Edition.
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3．王永昌，《近代物理学》，高等教育出版社，2006，第1版。
4．苟清泉，《原子物理学》，高等教育出版社，1982，第2版。 5．顾建中，《原子物理学》，高等教育出版社，1982，第2版。
6．宁平治等，《原子核物理基础》高等教育出版社，2003年，
第1版。 7．赵凯华等，《量子物理》，高等教育出版社，2001，第1版
1.实践是检验真理的标准 2.科学是逐步地不断地发展的 3.对微观体系不能要求都按宏观规律来描述 4.要善于观察、善于学习、善于动脑、开拓进取，不断创新
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五、 两点建议 1. 注意微观与宏观的区别： 原子物理学是关于微观结构的一门学科 微观现象是由量子理论描述的 宏观现象是由经典理论描述的 经典理论只是量子理论的近似 如果谁在第一次学习量子概念时，不觉得 糊涂，那么就一点也没有懂。（玻尔）
规律和排布。原子核部分主要研究核的整体性质、核力、核模型、核衰
变、核反应、核能的开发和利用、以及基本粒子的一些知识。
研究方法：
从光谱及实验资料入手，提出假设，建立模型，然后再进行实验验 证，最后形成理论。正如恩格斯所说：“只要自然科学在思维着，它 的发展形式就是假说。”
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二、原子物理学的发展历史
2. 掌握一个规律
分析观察到的实验事实和自然现象与现有理论的矛盾 做出假设，提出新的模型和概念，解释事实和现象 推出新的理论 预测新的实验现象
实验验证……五步循环发展
科学靠两条腿走路，一是理论，一是实验，有时一 条腿走在前面，有时另一条走在前面，但只有使用两条 腿，才能前进，在实验过程中寻找新的关系，上升为理 论 ， 然 后 再 在 实 践 中 加 以 检 验 。 （ 密 立 根 （ Robert Millikan）在1923年领诺贝尔奖时）