绪论

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学习/物理学

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966 字

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4 分钟

原子物理学是一门讨论物质基本结构和相互作用的导论课程。本课程以阐述原子结构为核心，讨论原子和原子核这一物质结构层次的基本物理图像。

要求学生：

• 了解在原子研究领域中经典物理遇到的主要困难，为此而引入的一些全新的分析方法和推理思路；
• 掌握原子的基本结构、原子的能级和光谱的基本规律、原子的一些基本概念（包括：量子态、电子自旋、泡利原理等等）以及原子核的性质和核反应的基本规律；
• 重视实验，勇于创新。

课程大纲

第一章 原子的核式模型

• 原子的发现；电子和原子核的发现；卢瑟福模型和卢瑟福散射；原子行星模型的意义和困难。

第二章 玻尔的氢原子理论

• 氢原子光谱；夫兰克-赫兹实验；玻尔的氢原子理论；玻尔理论的成功和局限。

第三章 量子力学初步

• 能量的量子化；光子的引入与光电效应；波粒二相性和物质波；薛定谔方程、几率波及海森堡不确定原理；氢原子光谱的量子力学解释。

第四章 原子中电子的自旋

• 电子轨道运动的磁矩；史特恩－盖拉赫实验；电子的自旋假设；原子光谱的精细结构：碱金属双线；赛曼效应、斯塔克效应。

第五章 多电子原子

• 氦原子的光谱和能级；两个电子的耦合；泡利不相容原理；元素周期表。

第六章 [[X射线和激光]]

• X射线的原子起源和应用；康普顿散射；原子的激发和退激：荧光和激光产生机制；

第七章 [[原子核物理初步]]

• 原子核的辐射（a，b，g射线）；辐射探测；原子核的结构；核反应：裂变与聚变；原子核物理应用。

第八章 [[基本粒子物理简介]]

• 强子与轻子；介子与重子；夸克；四种基本相互作用；物质与反物质；粒子加速器与探测器实验。

基本参数及量纲

基本常数

原有定义常数：

• 光速 $c=299792458\text{m/s}$
• 铯133原子基态超精细能级分裂频率 $\mathrm{\Delta }{v}_{Cs}=9192631770\text{Hz}$
• 频率为 $540\times {10}^{12}\text{Hz}$ 辐射的发光效率$K_{cd}=683\text{lm}\cdot {\text{W}}^{-1}$

新增定义常数：

• 普朗克常数 $h=6.62607015\times {10}^{-34}\text{J}\cdot \text{s}$
• 基本电荷 $e=1.602176634\times {10}^{-19}\text{C}$
• 玻尔兹曼常数 $k=1.380649\times {10}^{-23}\text{J}\cdot {\text{K}}^{-1}$
• 阿伏伽德罗常数 $N_A=6.02214076\times {10}^{23}{\text{mol}}^{-1}$

定义常数与单位制

• 真空光速定义为1，且进一步定为无量纲： $1\text{s}=299792458\text{m}$
• 约化普朗克常数定义为1，且无量纲：$1{\text{GeV}}^{-1}\sim 6.58211968\times {10}^{-25}\text{s}$
• 玻尔兹曼常数定义为1，且无量纲：$1\text{eV}\sim 11604.518\text{K}$
• 基本电荷定义：
• 在以上规定下，微观物理量只有一个独立量纲，可以选用长度、时间、能量等作为基准，通常我们选用能量量纲eV
• 通常计算之后，可以通过量纲分析，加入这些常数，回到国际单位制

贡献者

芷沐沐

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