PDF《原子物理学（讲稿）》

原子物理学(讲稿) 张修明电子科技大学物理电子学院

2006 年目目目录 录录第第第一 一 一章 章章原原原子 子 子的 的 的位 位 位形 形形: : :卢卢卢瑟 瑟 瑟福 福 福模 模 模型 型型11.

1 卢瑟福模型提出的背景

1 1.1.1 物质的原子性

1 1.1.2 电子的发现

3 1.1.3 *汤姆孙原子模型

8 1.2 卢瑟福散射公式

14 1.3 卢瑟福散射公式的实验验证

20 1.4 卢瑟福模型的意义及困难

22 第第第二 二 二章 章章原原原子 子 子的 的 的原 原 原子 子 子态 态态: : :玻玻玻尔 尔 尔模 模 模型 型型25 2.1 背景知识

25 2.1.1 量子假说根据之一:黑体辐射

25 2.1.2 量子假说根据之二:光电效应

31 2.1.3 氢光谱

34 2.2 玻尔模型

37 2.3 实验验证之一:光谱

41 2.4 玻尔C索末非模型

44 2.5 碱金属原子的光谱

48 第第第三 三 三章 章章量量量子 子 子力 力 力学 学 学导 导 导论 论论55 3.1 玻尔理论的困难

55 3.2 波粒二象性

55 3.3 不确定关系

59 3.4 波函数及其统计解释

64 3.5 薛定谔方程

67 i 3.6 *平均值和算符

71 3.7 *氢原子的薛定谔方程解

76 3.8 *跃迁概率和选择定则

86 第第第四 四 四章 章章原原原子 子 子的 的 的精 精 精细 细 细结 结 结构 构构: : :电电电子 子 子的 的 的自 自 自旋 旋旋93 4.1 原子中电子轨道运动的磁矩

93 4.2 史特恩-盖拉赫实验

97 4.3 电子自旋

99 4.4 单电子原子能级的精细结构

107 4.5 塞曼效应

110 第第第五 五 五章 章章多多多电 电 电子 子 子原 原 原子 子子: : :泡泡泡利 利 利原 原 原理 理理117 5.1 氦的光谱和能级

117 5.2 两个电子的耦合

118 5.3 泡利不相容原理

121 5.4 元素周期表

124 第第第六 六 六章 章章X射射射线 线线129 6.1 X 射线的产生及其波动特征

129 6.2 X 射线产生的机制

133 6.3 康普顿散射

141 6.4 X 射线的吸收

145 第第第七 七 七章 章章原原原子 子 子核 核 核物 物 物理 理 理概 概 概论 论论151 7.1 原子核物理的对象

151 7.2 核的基态特性之一:核质量

153 7.3 核力

158 7.4 核的基态特性之二:核矩

162 7.5 放射性衰变的基本规律

166 7.6 α 衰变

171 7.7 β 衰变

176 7.8 γ 衰变

182 7.9 核反应

185 ― ii ― 第第第一 一 一章 章章原原原子 子 子的 的 的位 位 位形 形形: : :卢卢卢瑟 瑟 瑟福 福 福模 模 模型 型型1.1 卢卢卢瑟 瑟 瑟福 福 福模 模 模型 型 型提 提 提出 出 出的 的 的背 背 背景 景景1.1.1 物物物质 质 质的 的 的原 原 原子 子 子性 性性 原子 这个词最早来自于希腊文,意思是 不可分割的 ,这个概念是由古希腊自然哲学家德 谟克利特(Democritus,公元前 460C370 年)提出来的,并且认为它是物质的最小组成部分, 不能进一步被分割.但是,差不多同时代的亚里士多德(Aristole,公元前 384-322 年)等人却 反对这种物质的原子观念,认为物质是连续的,可以无限制的分割下去.这种观点在中世纪的时 候占统治地位. 巧合的是,在我国,早在战国时期(公元前 476C221 年),我国也出现了和上面相类似的 两种观点.《墨经》说: 端:体之无序最前者也. 也就是说, 端 是组成物体( 体 )的不 可分割( 无序 )的最原始的东西( 最前者 ).这里的 端 ,就是古希腊学者的 原子 的概 念. 端 为什么不可分割呢?因为 端是无同也 ,意思是说,一个 端 里,没有不同的东西, 所以不可分割.当时还有一个叫做惠施的人,他说: 其小无内,谓之小一. 意思是说, 小一 这东西不能再有内,也就无法再分割了,也就是最原始的微粒.儒家经典著作《中庸》 说: 语小,天下莫能破焉. 这里的 无内 、 莫能破 ,也就是不可分割的意思.同时期的公孙 龙却持有相反的看法: 一尺之锤,日取其半,万世不竭. 这就是说,物质是可以无限分割的. 人类在