原子物理學

前言

本書是根據(jù)作者在復旦大學講授原子物理學的講稿修改和補充而成的。原子物理學是物理系和原子核科學系第四學期的一門基礎課程，它既可作為普通物理學的最后一部分，又可看作學習近代物理的開始。在講授這門課程時，作者認為，作為一門大學課程，我們不僅要幫助同學積累一些知識，而且要特別提倡智能的培養(yǎng)。所謂智能，是指人們運用知識的才能；培養(yǎng)智能，主要是培養(yǎng)自學能力、思維能力、表達能力、研究能力和組織管理能力。如果只注重知識的積累，而不注意發(fā)展智能，那么，即使在頭腦中有了一大堆公式、定理、概念，也不會靈活應用，不會獨立地去積累更多的新知識，更不會有所創(chuàng)新。大學教學是否成功的標志之一，是看絕大多數(shù)同學是否經(jīng)常在積極地思考，看他們在智能培養(yǎng)方面是否有明顯的進步。依照這樣的精神，我們在本書中將隨時給出一些不同深度的思考題，鼓勵同學思考。我們主張采取“既講清楚，又不講清楚”、“言猶未盡”的講授方法。應該力求講清一些基本概念，使大多數(shù)同學經(jīng)過思考即可容易地掌握這些知識。但對于已經(jīng)學過的內(nèi)容，我們提倡讓同學自己去做“溫故而知新”的工作；對于我們認為同學們經(jīng)過思考可以掌握的內(nèi)容、可以導出的公式，則留給同學們自己去做；有時我們留一些“伏筆”，過幾章之后再作解答。對于一些較難的問題，我們鼓勵在學習上感到比較輕松的同學通過思考和閱讀一些文獻后作出回答，并寫出讀書報告。我們在本書中盡可能多地列出有關的文獻資料，其中不僅有著名學者寫的一些原作，而且還有很多通俗文章。擔任本課程教授工作的教師有必要讀一些比本書范圍更廣泛、更深入的一些著作。有興趣的同學，可以學習查閱參考文獻的方法，并從對參考文獻的閱讀中受到有益的啟示。我們在本書中還列出了一些有關的“世界難題”，讓同學們在年青的心靈中留下一些問題，準備在今后的歲月里去尋求答案?？傊?，作者認為，成功的教學必須誘發(fā)問題；聽了課，讀了書，只感到“聽得舒服，讀來都懂”是不夠的，真正的收獲還應該反映在有沒有產(chǎn)生新的問題。正像物理學家韋斯科夫（V.F.weisskopf）所描述的。

內(nèi)容概要

本書是普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材，第一版在全國優(yōu)秀教材評選中榮獲全國優(yōu)秀獎，第三版被列入“面向21世紀課程教材”并榮獲全國普通高等學校優(yōu)秀教材二等獎。本次修訂保持原書特色，在此基礎上增加了一些科學史和人文內(nèi)容；介紹了一些原子物理在高科技應用方面的新發(fā)展；更新了物理學常量等重要數(shù)據(jù)，并對部分內(nèi)容作了精簡，使本書內(nèi)容更加充實、新穎。    全書從實驗事實出發(fā)，以闡述原子結構為中心，聯(lián)系原予物理學發(fā)展史，聯(lián)系實際應用和科研前沿活動，深入淺出地討論了原子物理學的基本內(nèi)容，其中不少是作者的科研成果，學術水平較高。全書始終貫徹作者“培養(yǎng)智能”的編寫意圖，讓學生了解前人是如何提出問題和解決問題的；并采用“言猶未盡”的講授方法，培養(yǎng)學生提出問題和解決問題的能力。    本書可作為高等學校物理類專業(yè)原子物理課程的教材或參考書，亦可供有關科技人員參考。

書籍目錄

緒論第一章  原子的位形：盧瑟福模型　1  背景知識　2  盧瑟福模型的提出　3  盧瑟福散射公式　4  盧瑟福公式的實驗驗證　5  行星模型的意義及困難  小結  附錄1 A  電學單位  習題第二章  原子的量子態(tài)：玻爾模型　6  背景知識　7  玻爾模型　8  實驗驗證之一：光譜　9  實驗驗證之二：弗蘭克一赫茲實驗　10  玻爾模型的推廣  小結  附錄2A  知魚樂  附錄2B  量子百年話創(chuàng)新  習題第三章  量子力學導論　11  玻爾理論的困難　12  波粒二象性　13  不確定關系　14  波函數(shù)及其統(tǒng)計解釋　15  薛定諤方程　16  平均值與算符　17  氫原子的薛定諤方程解  小結  附錄3A  愛因斯坦的A、B系數(shù)  附錄3B  躍遷的選擇規(guī)則  附錄3C  激光原理  附錄3D  原子單位（a.u.）  習題第四章  原子的精細結構：電子的自旋　18  原子中電子軌道運動的磁矩　19  施特恩-蓋拉赫實驗　20  電子自旋的假設　21  堿金屬雙線　22  塞曼效應　23  氫原子能譜研究進展  小結  附錄4A  偶極矩  附錄4B  磁共振  參考文獻  習題第五章  多電子原子：泡利原理　24  氦的光譜和能級　25  兩個電子的耦合　26  泡利不相容原理　27  元素周期表  小結  附錄5A  波函數(shù)的對稱性與泡利不相容原理  附錄5B  高電荷態(tài)離子  附錄5C  分子結構和分子光譜  習題第六章  X射線　28  X射線的發(fā)現(xiàn)及其波動性　29  X射線產(chǎn)生的機制　30  康普頓散射　31  X射線的吸收  小結  習題第七章  原子核物理概論　32  原子核物理的對象　33  核的基態(tài)特性之一：核質量　34  核力　35  核的基態(tài)特性之二：核矩　36  核模型　37  放射性衰變的基本規(guī)律　38  0衰變　39  B衰變　40  y衰變　41  核反應　42  裂變與聚變：原子能的利用  小結  習題第八章  超精細相互作用　43  磁偶極超精細相互作用　44  電四極超精細相互作用　45  同位素移位與同質異能移位  小結  習題  附錄Ⅰ.離子束分析  附錄Ⅱ.高能物理淺說附表  Ⅰ  物理學常量（數(shù)）  Ⅱ  元素周期表  Ⅲ  元素的基態(tài)能量  Ⅳ  原子半徑  Ⅴ  物質密度  Ⅵ  10的冪詞頭  Ⅶ  一些核素的性質習題答案（部分）名詞索引人名索引（部分）

章節(jié)摘錄

插圖：斯·玻爾的偉大創(chuàng)造：首次把量子概念引入到原子領域，提出了量子態(tài)的概念，并得到實驗的有力支持。至此，我們在考慮電子和原子核的相互作用時，把它們都看作點電荷（原子的粗結構）。在第三章，我們指出了玻爾理論的困難，闡明了量子力學誕生的必然性。在這里，我們力求從物理概念說明量子力學的本質，而把它的許多細節(jié)留在“量子力學”這門課程中。本節(jié)所介紹的一些量子力學的基本概念是后面各章學習的基礎。在第四章，我們從實驗事實出發(fā)說明引入“電子自旋”概念的必然性。它導致了原子的精細結構。雖然“自旋”這個名詞在經(jīng)典物理中并不陌生，但是，它在微觀世界里卻是一種嶄新的運動形式，在經(jīng)典物理中找不到它的對偶。在這一章的末尾，我們介紹對氫原子的認識是怎樣一步步深化的。在第五章，我們把單電子體系推廣到多電子，并用原子結構的現(xiàn)代觀點解釋元素周期性，其中的一個重要概念是泡利不相容原理。在第六章，我們介紹1895年發(fā)現(xiàn)的x射線，并從不同的實驗事實確證x射線既有波動性又有粒子性。第七章，簡單敘述原子中除電子外的另一個主要組成體——原子核。這一章可說是一門專門課程（原子核物理學）的縮影。第八章，介紹原子核的磁矩和電四極矩引起的原子和核的超精細結構，它現(xiàn)已發(fā)展為原子物理與原子核物理之間的一門邊緣學科。

編輯推薦

《原子物理學》可作為高等學校物理類專業(yè)原子物理課程的教材或參考書，亦可供有關科技人員參考。

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