原子物理学 绪论
原子物理学的课件
原子物理学的课件
原子物理学是一个基础性学科，它主要研究原子及其组成部分的结
构和性质。
本文旨在为学习原子物理学的学生提供一份详细的课件，
帮助他们更好地理解原子物理学的知识和原理。
一、原子物理学的定义
原子物理学是物理学的一个分支，它主要研究原子的内部结构和性质，以及原子与辐射之间的相互作用。
二、原子的基本结构
原子由电子、质子和中子组成。
电子带有负电荷，质子带有正电荷，中子没有电荷。
电子绕着原子核运动，形成电子云。
三、原子能级
原子能级是指原子中电子的能量状态。
电子在不同的能级上具有不
同的能量。
原子能级分为基态和激发态两种状态。
四、原子光谱
原子光谱是指原子在吸收或发射光线时所产生的谱线。
各种元素都
有其特定的光谱，可以用来识别和分析物质。
五、原子核与放射性
原子核是由质子和中子组成的，质子数决定了元素的特性。
放射性
是一种原子核的性质，一些原子核不稳定，会自发地发射放射线。
六、应用
原子物理学在许多领域都有着广泛的应用，例如核能、半导体、医学等。
七、结论
原子物理学是一门非常重要的学科，它对于现代科技的发展有着重要的影响。
希望通过本课件，学生们可以更好地掌握原子物理学的基本知识和原理，为今后的学习和应用打下坚实的基础。
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。
原子物理绪论
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
7
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
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。
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
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。
原子物理学
通过这些数据可知，原子大小的数量级约为1010 m ，不同的 原子的大小略有差别。 我们也可以通过其他方法来求，得到的结果是数量级不变。
§1.2 原子的核式结构
汤姆逊原子结构模型
认为原子的带正电部分是以均匀的体密度分布在大小等于整个 原子（即1010 米数量级）范围内，象是一个有弹性的、冻胶状的 球，而带负电的电子则以微粒的形式浸在球体里，这些电子在 它们的平衡位置上做简谐振动。
1、金箔中是否存在原子核前后遮掩问题；
2、 粒子是通过一次散射穿过金箔的吗？
3、电子对散射有没有影响。
关于第一个问题
金箔是很薄的，厚度可薄到5107 m 表面上看有上
金原子的直径只有31010 m
千个原子那么厚
原子核是原子的 1/100000～1/10000
一栋立方体楼房，长 50 米，他的万分之一是 0.005 米=0.5 厘米， 大约为一个黄豆粒那么大，一栋楼房代表一个原子，在其中放 一个黄豆粒代表原子核，
原子物理学
主 讲：林 海
绪论
1、原子物理学在物理学中的地位
原子物理学是物理专业学生必修的一门课程，它是普通物理学的 最后一部分，也是近代物理学的开始，是今后学好近代物理的基础， 地位比较重要。
2、原子物理学的研究对象
它的研究对象是原子的结构、性质、运动规律等问题。
3、原子物理学的发展情况
黑体辐射
关于第三个问题
因为 粒子比电子质量达 7300 倍，故电子 粒子散射影响是微
不足道的。
可见，卢瑟福的核式结构模型是符合客观实际的。
作业：第20页1、2、3、5、8题 补充：汤姆逊原子结构模型与卢瑟福原子结构模型的区别。
第一章学习要求 1、知道汤姆逊原子结构模型与卢瑟福原子结构模型的区别
《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。
原子物理学课程学习资料
《原子物理学》课程学习资料（2011年5月许迈昌编写）一、教学目的：本课程是应用物理学的一门专业基础课，属普通物理课程，其任务使学生掌握原子的组成成份，理解组成原子的电子、原子核之间的相互作用及电子的运动规律，理解原子的量子理论，理解电子的量子角动量和量子磁矩，理解磁场对原子磁矩的作用，理解原子能级结构，理解原子辐射规律和原子光谱．理解原子核的组成以及核衰变、核反应等现象．了解原子物理的实验方法及具体应用，提高学生科学研究的素质． 二、课程内容要求第一章 原子的位形：卢瑟福模型理解电子和原子核的电量、质量和大小量级，使学生掌握原子线度及组成成份，掌握原子的卢瑟福有核模型，理解α粒子散射的实验和理论．瞄准距离21201cot ,224Z Z e a b a Eθπε==第二章 原子的量子态：玻尔模型理解黑体辐射、光电效应规律，使学生理解微观领域物理量的量子化规律，逐步理解微观领域的研究方法，理解原子核对核外电子的基本作用——库仑场，理解玻尔原子量子能级（假说）与原子光谱（实验测量）的关系．光量子的能量与动量,/E h p h c νν==，类氢离子光谱波数242222230211111(),,()(4)21e A A e e Ae m E R R Z R R m c m n n ch hc hc m παλπε∞=-===='+。
第三章 量子力学导论：理解波粒二象性,/,E h h p p mv νλ===、不确定关系/2,/2x x p E t ∆∆≥∆∆≥ 、波函数、概率密度2P ψ=、态叠加原理，薛定谔方程等概念与规律．使学生了解研究微观领域的基础——量子力学的基本概念和基本理论，掌握原子的角动量量子规则． 第四章 原子的精细结构：电子的自旋理解原子磁矩、电子自旋的概念，使学生掌握微观领域独有的自旋运动，理解自旋与轨道相互作用，理解关于原子角动量的矢量模式，理解原子角动量的耦合方式，理解原子磁矩与原子角动量的关系，理解磁场对原子磁矩的作用，理解原子光谱精细结构产生的原因，理解塞曼效应与原子角动量的关系．222ˆˆ31()ˆ22J SL g J-=+，,j z j j B m g μμ=-，0,1,2,,j m j=±±± ，类氢原子L-S 耦合43()2(1)Z U E n l l α∆=+，2211()4e eB m g m g m ννπ'=+-，帕刑-巴拉克效应(2)2s L ee BU m m m =+ ， 第五章 多电子原子：泡利原理理解氦光谱和能级、角动量耦合、泡利原理、周期表、多电子组态和原子能态、洪特定则的内容．掌握两个角动量耦合的一般法则，理解两个价电子原子的光谱和能级，理解泡利原理，了解元素周期表、原子壳层理论，了解多电子组态和原子能态的关系，了解用ML 投影方法给出原子基态．第六章X射线：理解X射线产生的机制，了解X射线的吸收，了解吸收限、掌握康普顿散射．第七章原子核物理学概论：认识核的基本特性，掌握结合能、核自旋、核磁矩等概念，了解核力、核结构模型，了解核衰变的统计规律、α衰变、β衰变、了解γ衰变．参考书目1 韦斯科夫．二十世纪物理学．科学出版社，19792 费米夫人．原子在我家中．科学出版社，19793 王福山．近代物理学史研究（一）（1983），（二）（1986）．复旦大学出版社．二、部分习题(一)论述题1．夫朗克—赫兹实验的原理和结论。
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 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）
最新原子物理学1绪论和第一章教学讲义ppt
高高等等学学校校试试用用教教材材 2. 原子质量的绝对值 阿伏伽得罗定律：１mol 原子的物质中，不论哪种元素，含 有同一数量的原子个数 N A 个，又若原子的原子量为Ａ，则 １mol原子的绝对质量为Ａ克，一个原子的绝对质量可以表 示为 M A ： M A(g)A (g)/N A
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原子物理学1绪论和第一章
高高等等学学校校试试用用教教材材
(c)：光谱的发现与大量的观察为原子物理学的建立提供强 有力的依据。 （光谱是牛顿在1666年发现的） b.原子物理学的阔步发展是在十九世纪末二十世纪初 十九世纪八十年代，物理学建立了完整的三大理论体系， 是力学，热力学，电动力学．当时认为物理学的发展已到 了尽头，已经非常完备，以后的进展只是次要问题的补充 ，但是随着社会生产的发展，如：冶金，内燃机，蒸汽机 等的采用，促进了科学的迅速发展，一方面提出了新的科 学问题，另一方面也为科学工作提供了更好的条件．因此 ，物理学在这个时期以后得到了迅速发展． ①．光谱资料的大量积累． ②．许多重大发现产生． 1885年 巴耳末发现光谱线规律。 1887年 赫兹发现光电效应
二、 粒子散射实验
α粒子：放射性元素发射出的高速带电粒子，其速度约为光速 的十分之一，带+2e的电荷，质量约为4MH。 散 射 ：一个运动粒子受到另一个粒子的作用而改变原来的运动 方向的现象。粒子受到散射 时，它的出射方向与原入射 方向之间的夹角叫做散射角。
( a) 侧视图 (b) 俯视图。 R:放射源；F:散射箔； S:闪烁屏；B:金属匣
高高等等学学校校试试用用教教材材
2．汤姆逊模型的困难
假设有一个符合汤姆逊的带电球体，即
均匀带电。那么当α粒子射向它时，其
所受作用力 F(r)=
原子物理学绪论
原子物理发展简史： 量子理论的建立
到1930年代，经过 Planck, Einstern, Bohr, de Broglie, Heisenberg, Schodinger, Dirac, Born, Feynmann等人 的努力，量子力学的完整理论基本建立起来
量子力学
相 对 论
近代物理学
与原子物理、量子力学相关的部分 诺贝尔奖获得者
我们谁都谈不上真正理解，我们只是知道怎么去运用它”。 于是我们就运用上了，于是有了计算机、洗衣机、手机、核 武器，量子创造了现代世界！
课程的考核
成绩：平时30%（考勤+作业等）+考试70%
作业：5次作业，缺2次作业无考试资格
无特殊原因迟交作业降一等 期末考试当天下午4点前交作业有效 小测验（考虑中）：见习前，随堂测验 小论文（欢迎）：讲课中随时给出建议课题或自己找题， 必须有自己的想法！可以代替作业占平时成绩 考试：有思考题、简答题、计算题等
卡文迪许实验室成功的秘密：
★追求卓越，不断开拓新的研究领域
★善于选择和培养优秀人才（超过25人获Nobel奖）
★ 优良学风（重视实验、求实与批评精神、教学与科研结合)
电子的发现：意义
原子有内部结构：突破了原子不可分的观念，原子具有
内部结构，电子是原子的组成部分
开创了原子物理学、粒子物理学的研究：
近的照相底板被曝光，但是，不重视，更没深入研究
必然：伦琴扎住了历史赋予的机遇 ☆一贯十分热爱和关注实验
☆敏锐的观察和判断能力
☆锲而不舍的工作作风 机遇总是垂青那些有准备的人
X射线的发现：相关的Nobel奖超过16项
1901年，伦琴因发现X射线(1895)
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
原子物理学讲义.doc
《原子物理学》讲义教 材：杨福家《原子物理学》高等教育出版社.2000.7第三版参考教材：褚圣麟《原子物理学》人民教育出版社.1979.6第一版作者简介：1936年6月出生于上海，著名科学家，中科院院士。
1958年复旦大学物理系毕业后留校任教，1960年担任复旦大学原子核物理系副主任。
此后历任中国科学院上海原子核研究所所长、复旦大学研究生院院长、复旦大学校长、上海市科协主席等职。
又受原本只有王室成员和有爵位的人才能担任校长的英国诺丁汉大学的聘请，于2001年出任该校第六任校长。
2004年兼任宁波诺丁汉大学校长。
1984年获国家级“有突出贡献的中青年专家”称号。
1991年当选为中国科学院院士，领导、组织并建成了基于加速器的原子、原子核物理实验室，完成了一批引起国际重视的研究成果。
撰有《原子物理学》、《应用核物理》等专著。
课程简介：《原子物理学》这门课程是在经典物理课程（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。
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0A (cm A 80101-=)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。
原子物理学导论2
量子论
黑体辐射引发的 紫外灾难” “紫外灾难”
Kelvin, 普朗克(德 普朗克 德) W. Thomson (1858-1947) (1824(1824-1907)
8
《原子物理学》第二章 原子的量子态 原子物理学》
普朗克公式
（普朗克系基尔霍夫的学生） 普朗克系基尔霍夫的学生）
维恩半经验公式
（1896年） 1896年 间的辐射密度。 表示频率在 (ν ,ν + dν ) 间的辐射密度。 此公式在高频部分与实验相符， 此公式在高频部分与实验相符，但在低频 部分与实验有显著偏差。 部分与实验有显著偏差。
瑞利瑞利-金斯公式
1899年由瑞利导出； 1899年由瑞利导出； 年由瑞利导出 1905年由 1905年由金斯修改系数 年由金斯修改系数
10
《原子物理学》第二章 原子的量子态 原子物理学》 普朗克虽然发现了能 量子,但他不能理解这一 量子 但他不能理解这一 发现的意义.他曾在散步 发现的意义 他曾在散步 时对儿子说：“我现在 时对儿子说： 做的事情，要么毫无意 做的事情， 义,要么可能成为牛顿以 要么可能成为牛顿以 后物理学上最大的发 现。”
——《19世纪笼罩在热和光的动力论上的阴影 ——《19世纪笼罩在热和光的动力论上的阴影》，1900 世纪笼罩在热和光的动力论上的阴影》 27日于不列颠皇家科学院 年4月27日于不列颠皇家科学院
“山雨欲来风满楼” 山雨欲来风满楼”
寻找“以太” 寻找“以太” 的失败 经典能量均分 定理的失败
相对论
迈克尔逊-莫雷实验 迈克尔逊 莫雷实验 （1887年）的“零结 年 果”
瑞利L. 瑞利 Rayleigh 英（1842-1919） ）
紫外灾难” 这就是当时著名的“紫外灾难”。
绪论
6.高中物理与初中物理的区别
A、初中物理研究的问题相对独立，高中物 理则是一个知识体系。 B、初中物理只介绍一些较为简单的知识， 高中物理则注重更深层次的研究。 C、初中物理注重定性分析，高中物理则注 重定量分析。 D、初中物理单一题多，高中物理综合题多。
7. 如何学好高中物理？
1）时间尺度
10 s
44个数量级
பைடு நூலகம்
25
2） 空间尺度 10
15
m
10 10 m
26 27
2. 课程简介
光学 原子物理学 选修3-5 选修3-4 选修2-3 选修1-2 选修3-3 选修3-2 选 修 共 同 必 修 力学 理 科
热学
电学
选修1-1
文 科 选 修
选修2-2
选修2-1
必修2
选修3-1
必修1
3.
物理学是一门实验科学
1）实验是理论的基础，理论正确与否最终要 接受实验的检验. 2）从诺贝尔物理学奖看实验在近代物理发 展中所起的作用
19012002年共发奖96次，得奖项目 120项，得奖人数166人。
获奖类型
实验 理论 实验+理论
项目
83 33 4
人数
114 46 6
得奖的实验项目和人数大致占总数的三分之二。
要勤奋地去做练 习，只有这样， 你才会发现，哪 些你理解了，哪 些你还没有。 ——索末菲 写信告诫他的学 生海森堡
索末菲 (1868～1951) 德国理论物理学家 其学生中共有6人 获得诺贝尔奖
海森堡 （1901－1976） 德国著名物理学家
量子力学创立人之一
如何学好高中物理
1、要改变观念 2、应培养学习物理的浓厚兴趣 3、在课堂上，提高听课的效率是关键 4、做好复习和总结工作 5、向别人学习 6、要学好数学，利用好数学这个强有力的 工具
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绪 论
主讲人： 主讲人：阎占元
2012年5月23日星期三 年 月 日星期三
绪论
一、什么是原子物理学 原子物理学是研究物质微观结构的一门学科， 原子物理学是研究物质微观结构的一门学科，它主要研究原子 结构、原子间的相互作用以及原子与电场和磁场的相互作用。 结构、原子间的相互作用以及原子与电场和磁场的相互作用。 原子是物质结构的一个层次： 原子是物质结构的一个层次：这个层次介于分子和原子核之间 1020 ：银河系 106 ：地球半径 100 ：人 10-6 ：细胞、分子 细胞、 10-10 ：原子 10-15 ：原子核 10-18 ：基本粒子
认识到原子是物质结构的一个层次
绪论
3.19世纪末 世纪末—20世纪初，建立了严格的原子物理理论 量子力学 世纪初， 世纪末 世纪初 建立了严格的原子物理理论—量子力学 1869，周期表发现，门捷列夫 ，周期表发现， 1885，氢原子光谱规律发现，巴耳末 ，氢原子光谱规律发现， 1895，X射线发现，伦琴 射线发现， ， 射线发现 原子有多大？ 原子有多大？ 1896，放射线发现，贝克勒耳 ，放射线发现， 原子是最小粒子吗？ 原子是最小粒子吗？ 1897，电子发现，汤姆逊 ，电子发现， 原子的内部有什么？ 原子的内部有什么？ 1900，能量子概念建立，普朗克 ，能量子概念建立， 1911，原子核式结构建立，卢瑟福 ，原子核式结构建立， 1913，玻尔量子理论建立，玻尔 ，玻尔量子理论建立， 1925前后，量子力学建立 前后， 前后
整个宇宙各层次 的尺寸（ 单位m） 的尺寸（ 单位 ）
绪论
二、原子物理学的发展
直觉、猜想、 直觉、猜想、思辨 1.物质结构的早期理论 物质结构的早期理论 （1）德膜克利特：物质的最小单元 ）德膜克利特：物质的最小单元atom， “不可分割性” ， 不可分割性” （2）亚里士多德：物质是连续的可以无限止的可分割下去 ）亚里士多德：
从实验到理论获得比较完全的认识。 从实验到理论获得比较完全的认识。
4.20世纪初至现在，对物质结构的认识不断地深入 世纪初粒子 夸克…, 原子 原子核 基本粒子 夸克
绪论
三、原子物理学的地位和作用 原子物理学研究的是物质的微观结构， 原子物理学研究的是物质的微观结构，是更基本的物理问题 化学：元素的性质、化学键、分子的结构、化学反应； 化学：元素的性质、化学键、分子的结构、化学反应； 天体物理学：光谱分析；生物物理：复杂分子结构； 天体物理学：光谱分析；生物物理：复杂分子结构； 新能源、通信技术等等。 新能源、通信技术等等。 四、原子物理学学习中应注意的问题 新的概念多、原理较抽象， 新的概念多、原理较抽象，不够直观 1.实践是检验真理的标准 实践是检验真理的标准 2.科学是逐步地不断地发展的 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 对微观体系不能要求都按宏观规律来描述 五、参考资料 原子物理学》 杨福家，高等教育出版社， 《原子物理学》，杨福家，高等教育出版社，第四版
（3）中国古代的学说：五行说、阴阳说 ）中国古代的学说：五行说、 16世纪之后，伽利略、笛卡尔、玻意耳、牛顿支持物质的原子观。 世纪之后，伽利略、笛卡尔、玻意耳、牛顿支持物质的原子观。 世纪之后 2.到19世纪，建立了原子学说 到 世纪 世纪， （1）物质结构的原子说：所有的化学元素都由原子组成 ）物质结构的原子说： （2）热的原子学说：利用原子的运动解释热力学定律 ）热的原子学说： （3）电的原子学说：自然界存在带电的原子即电子 ）电的原子学说：