原子物理学

绪论

第一章原子的位形：卢瑟福模型

§1背景知识

电子的发现电子的电荷和质量阿伏伽德罗常量原子的大小

§2卢瑟福模型的提出

§3卢瑟福散射公式

库仑散射公式的推导卢瑟福公式的推导

§4卢瑟福公式的实验验证

盖革-马斯顿实验原子核大小的估计关于小角处的卢瑟福公式

180°处的卢瑟福公式

§5行星模型的意义及困难

意义困难补注：定量估计举例

小结

附录1A电学单位

习题

第二章原子的量子态：玻尔模型

§6背景知识

量子假说根据之一：黑体辐射量子假说根据之二：光电效应光谱

§7玻尔模型

经典轨道加定态条件频率条件角动量量子化附注：数值计算法

§8实验验证之一：光谱

氢光谱类氢光谱肯定氘的存在附注一：非量子化轨道附注二：里德伯原子

§9实验验证之二：弗兰克一赫兹实验

基本想法弗兰克一赫兹实验改进的弗兰克一赫兹实验结语

§10玻尔模型的推广

玻尔-索末菲模型相对论修正碱金属原子的光谱题外话

小结

附录2A知鱼乐

附录2B量子百年话创新

习题

第三章量子力学导论

§11玻尔理论的困难

§12波粒二象性

经典物理中的波和粒子光的波粒二象性德布罗意假设戴维孙-革末实验

德布罗意波和量子态一个在刚性匣子中的粒子波和非定域性评注

§13不确定关系

不确定关系的表述和含义不确定关系的简单导出应用举例互补原理

对第一章的补注：卢瑟福散射经典描述的条件

§14波函数及其统计解释

波粒二象性及概率概念双缝干涉实验态的叠加原理干涉实验的解释

评注

§15薛定谔方程

薛定谔方程的建立定态薛定谔方程应用举例

§16平均值与算符

平均值的求法算符的引入本征方程、本征函数和本征值

§17氢原子的薛定谔方程解

中心力场的薛定谔方程电子在库仑场中运动电子云图评注

小结

附录3A爱因斯坦的A、B系数

附录3B跃迁的选择规则

附录3C激光原理

附录3D原子单位(a.u.)

习题

第四章原子的精细结构：电子的自旋

§18原子中电子轨道运动的磁矩

经典表示式量子表示式角动量取向量子化

§19施特恩-盖拉赫实验

§20电子自旋的假设

乌仑贝克与古兹米特提出电子自旋假设朗德g因子单电子的g因子

表达式施特恩-盖拉赫实验的解释

§21碱金属双线

碱金属谱线的精细结构：定性考虑自旋一轨道相互作用：精细结构的定量

考虑补注：原子内部磁场的估计

§22塞曼效应

正常塞曼效应塞曼谱线的偏振特性反常塞曼效应补注一：格罗春图

补注二：帕邢一巴克效应补注三：斯塔克效应补注四：运动电场结语

§23氢原子能谱研究进展

玻尔、索末菲、海森伯、狄拉克和兰姆兰姆移位双光子跃迁

小结

附录4A偶极矩

附录4B磁共振

参考文献

习题

第五章多电子原子：泡利原理

§24氦的光谱和能级

§25两个电子的耦合

电子的组态L-S和j-j耦合两个角动量耦合的一般法则

选择规则由电子组态到原子态

§26泡利不相容原理

历史回顾不相容原理的叙述应用举例补注：同科电子合成的状态

§27元素周期表

元素性质的周期性壳层中电子的数目电子组态的能量壳层的次序

原子基态电离能变化的解释

小结

附录5A波函数的对称性与泡利不相容原理

附录5B高电荷态离子

附录5C分子结构和分子光谱

习题

第六章X射线

§28X射线的发现及其波动性

X射线的发现X射线管X射线的波动性X射线的偏振X射线的衍射

布拉格公式的进一步推导

§29X射线产生的机制

X射线的发射谱连续谱轫致辐射特征辐射(标识辐射)电子内壳层的跃迁

特征辐射的标记方法俄歇电子电子跃迁诱发原子核激发同步辐射

§30康普顿散射

经典考虑量子解释物理意义康普顿散射与基本常量

附注一：康普顿轮廓附注二：逆康普顿效应

§31X射线的吸收

两类相互作用光子与物质相互作用X射线的吸收吸收限

扩展X射线吸收精细结构

小结

习题

第七章原子核物理概论

§32原子核物理的对象

原子的中心：原子核历史回顾原子核的组成核素图

§33核的基态特性之一：核质量

“1+1≠2”结合能半经验质量公式较完整的质量公式

§34核力

一般性质核力的介子理论

§35核的基态特性之二：核矩

核自旋核子磁矩核磁矩电四极矩超精细相互作用

§36核模型

费米气体模型核的壳层模型集体模型

§37放射性衰变的基本规律

指数衰变律半衰期平均寿命λ是放射性核素的特征量放射性活度

长半衰期的测定简单的级联衰变同位素生产

§380衰变

α衰变的条件α衰变能与核能级图α衰变的机制与寿命附注

补注一：质子放射性和质子衰变补注二：14C放射性

§39B衰变

β衰变面临的难题中微子假说β-衰变β+衰变

轨道电子俘获与β衰变有关的其他衰变方式结语

§40y衰变

一般性质内转换电子同质异能跃迁穆斯堡尔效应几种衰变特性的比较

§41核反应

几个著名的核反应Q方程Q方程应用举例反应截面复合核反应

§42裂变与聚变：原子能的利用

裂变的发现裂变机制自发裂变裂变能量及其利用轻核聚变

太阳能引力约束聚变氢弹惯性约束聚变可控聚变反应堆磁约束

小结

习题

第八章超精细相互作用

§43磁偶极超精细相互作用

一般表达式单电子原子的磁超精细相互作用氢原子的磁超精细结构

多电子原子的磁超精细结构磁超精细相互作用引起原子核能级的分裂

§44电四极超精细相互作用

一般表达式原子能级分裂的实例电四极超精细相互作用引起核能级的分裂

§45同位素移位与同质异能移位

质量效应引起同位素移位核电荷体积效应引起同位素移位核能级的同质异能移位

小结

习题

附录Ⅰ.离子束分析

附录Ⅱ.高能物理浅说

附表

Ⅰ物理学常量(数)

Ⅱ元素周期表

Ⅲ元素的基态能量

Ⅳ原子半径

Ⅴ物质密度

Ⅵ10的幂词头

Ⅶ一些核素的性质

习题答案(部分)

名词索引

人名索引(部分)

　　本书是“面向21世纪课程教材”之一，全书从实验事实出发，以阐述原子结构为中心，深入浅出地讨论了原子物理学的基本内容。具体内容包括原子的位形、原子的量子态、量子力学导论、原子的精细结构、X射线等。该书可供各大专院校作为教材使用，也可供从事相关工作的人员作为参考用书使用。　　本书是普通高等教育“十一五”国家级规划教材，第一版在全国优秀教材评选中荣获全国优秀奖，第三版被列入“面向21世纪课程教材”并荣获全国普通高等学校优秀教材二等奖。本次修订保持原书特色，在此基础上增加了一些科学史和人文内容；介绍了一些原子物理在高科技应用方面的新发展；更新了物理学常量等重要数据，并对部分内容作了精简，使本书内容更加充实、新颖。　　全书从实验事实出发，以阐述原子结构为中心，联系原予物理学发展史，联系实际应用和科研前沿活动，深入浅出地讨论了原子物理学的基本内容，其中不少是作者的科研成果，学术水平较高。全书始终贯彻作者“培养智能”的编写意图，让学生了解前人是如何提出问题和解决问题的；并采用“言犹未尽”的讲授方法，培养学生提出问题和解决问题的能力。　　本书可作为高等学校物理类专业原子物理课程的教材或参考书，亦可供有关科技人员参考。