原子物理學(xué)

前言

如果將1895年倫琴發(fā)現(xiàn)X射線作為近代物理學(xué)開始的標(biāo)志，那么人類對原子的研究也不過僅有一百余年的歷史，但是，在這短短的一百年中，物理學(xué)家不僅揭開了原子和其他許多“基本”粒子的神秘面紗，而且成功地將原子研究的成果服務(wù)于人類的各項活動，并對社會的生產(chǎn)方式、人們的日常生活以及世界的結(jié)構(gòu)和秩序產(chǎn)生了巨大的影響，正像牛頓力學(xué)的建立直接引發(fā)了始于英國的工業(yè)革命一樣，以原子物理學(xué)及直接建立在原子物理基礎(chǔ)之上的量子力學(xué)為核心的近代物理學(xué)（另一個同樣重要的核心是相對論）也給人類社會帶來了一場深刻的革命，這場革命貫穿于整個20世紀(jì)，具有象征意義的事件就是核能的開發(fā)、激光的出現(xiàn)、微電子光電子器件的大規(guī)模應(yīng)用以及對宇宙起源的科學(xué)探索，物理學(xué)是一門實驗科學(xué)，原子物理學(xué)尤其如此，因為這門學(xué)科的研究對象是微觀世界，而微觀世界的規(guī)律往往是與生活在宏觀時空中人們的日常經(jīng)驗相左的，所以，如果離開嚴(yán)密精確的實驗，原子物理學(xué)就失去了存在和發(fā)展的基礎(chǔ)，正是基于這一認(rèn)識，本書始終以實驗事實以及對實驗分析所得到的結(jié)論為出發(fā)點，力求為讀者提供一份翔實可靠而又合乎物理學(xué)邏輯的教學(xué)參考資料，本書第1章介紹了湯姆孫發(fā)現(xiàn)電子的實驗以及盧瑟福確立原子結(jié)構(gòu)模型的。粒子散射實驗,第2章中，首先分析了光譜學(xué)實驗的結(jié)果，以及這些結(jié)果與經(jīng)典物理學(xué)理論體系的矛盾，正是為了解決這些經(jīng)典物理學(xué)的困難，玻爾建立了量子化的原子模型，本章還通過多個實驗說明了玻爾模型在許多方面所獲得的巨大成功，第3章開始介紹量子力學(xué)的基礎(chǔ)知識，通過對多個實驗事實的仔細(xì)描述和分析，向讀者展示了光的粒子性和電子（包括分子）的波動性，引入了德布羅意物質(zhì)波的思想，并特別強(qiáng)調(diào)了“波粒二象性是量子力學(xué)的基礎(chǔ)”這一重要觀點，從波粒二象性出發(fā)，自然地得到了不確定關(guān)系、態(tài)疊加原理以及波函數(shù)的統(tǒng)計解釋等這些量子力學(xué)中最基本的原則，隨后介紹了薛定諤方程和不同表象下的力學(xué)量算符，并利用該方程計算了幾個一維情況下微觀體系的波函數(shù)和本征值，特別對單個電子在有心力場（庫侖勢）中的波函數(shù)以及電子角動量的本征值做了詳細(xì)的分析與合理的解釋，為之后利用這些理論研究原子的狀態(tài)做了充分的準(zhǔn)備。

內(nèi)容概要

　　講述大學(xué)普通物理的“原子物理學(xué)”部分，內(nèi)容包括原子的結(jié)構(gòu)、原子的量子模型、量子力學(xué)的初步介紹、原子、分子的光譜和能級，以及原子核的基本知識。書中詳細(xì)描述了有關(guān)原子物理的重要實驗，提供了大量的實驗數(shù)據(jù)，利用量子力學(xué)的基本知識，通過對實驗結(jié)果的分析，向讀者盡可能詳盡地介紹了原子、分子的結(jié)構(gòu)、能級、躍遷、光譜以及原子核的組成、放射性、核反應(yīng)等方面的知識，以及原子物理學(xué)在各個方面的應(yīng)用。對于處理和研究原子結(jié)構(gòu)、能級、光譜的方法和技巧，做了仔細(xì)的說明和論證。書中附有大量圖片和實驗數(shù)據(jù)，便于讀者參考核對?！　　对游锢韺W(xué)》適合作為大學(xué)物理類以及其他理工類本科生的教材，也適合作為其他專業(yè)讀者的參考書。

書籍目錄

0 緒論0.1 物質(zhì)的原子觀0.2 原子是物質(zhì)結(jié)構(gòu)的一個層次0.3 原子物理學(xué)的研究方法0.4 原子是微觀體系0.5 原子是一種物理模型1 原子的核式結(jié)構(gòu)——盧瑟福模型1.1 原子時代的序曲1.2 原子的結(jié)構(gòu)1.2.1 電子的發(fā)現(xiàn)1.2.2 湯姆孫的原子模型1.3 盧瑟福原子模型1.3.1 盧瑟福原子核式結(jié)構(gòu)模型1.3.2 盧瑟福散射公式習(xí)題2 氫原子的光譜與能級——玻爾模型2.1 氫原子的光譜2.1.1 光譜2.1.2 氫原子的光譜2.2 玻爾的氫原子模型2.2.1 經(jīng)典理論解釋氫原子光譜的困難2.2.2 玻爾的氫原子模型（1913年）2.2.3 氫的里德伯常數(shù)實驗值與理論值的偏差.2.2.4 氫原子的連續(xù)譜2.3 類氫離子的光譜2.3.1 類氫離子與皮克林線系2.3.2 氘的發(fā)現(xiàn)2.4 夫蘭克－赫茲實驗2.4.1 基本思想2.4.2 夫蘭克－赫茲實驗裝置與實驗結(jié)果2.4.3 改進(jìn)的夫蘭克－赫茲實驗裝置2.5 玻爾理論的推廣2.5.1 量子化通則2.5.2 橢圓軌道2.5.3 系統(tǒng)的能量2.5.4 玻爾理論的相對論修正2.6 斯特恩－蓋拉赫實驗與空間量子化2.6.1 電子軌道運動的磁矩2.6.2 外磁場對原子的作用2.6.3 斯特恩－蓋拉赫實驗2.6.4 軌道取向的量子化習(xí)題3 量子力學(xué)引論——微觀體系的基本理論3.1 量子論的實驗依據(jù)3.1.1 黑體輻射3.1.2 光量子假說3.1.3 粒子的波動性3.2 物質(zhì)的波粒二象性3.2.1 物質(zhì)的波動性與粒子性3.2.2 量子態(tài)——渡粒二象性的必然結(jié)果3.3 不確定關(guān)系3.3.1 幾個典型的例子3.3.2 不確定關(guān)系的嚴(yán)格表述3.4 波函數(shù)與薛定諤方程……4 單電子原子的能級和光譜——電子的角動量模型5 多電子原子——電子間的相互作用6 磁場中的原子7 分子的結(jié)構(gòu)和光譜8 原子核物理概論附錄

章節(jié)摘錄

插圖：0.5 原子是一種物理模型物理學(xué)中，為了概括事物的本質(zhì)和特征，需要建立研究對象的模型.所謂模型，就是模擬真實的一種形象化的構(gòu)型.如質(zhì)點、原子、電子等等，都是對真實的模擬.有了模型，就可以對研究對象的特征進(jìn)行描述、加以數(shù)學(xué)上的分析和推導(dǎo)，從而很容易得出新的結(jié)論.所得到的結(jié)論同實驗上的結(jié)果進(jìn)行對比，如果一致，說明模型是正確的，即“自洽”，否則，就要對模型進(jìn)行修正.例如，光學(xué)的發(fā)展過程正體現(xiàn)了這一特點.從“光線”模型，到“光波”模型，再到“光子”模型，對光的認(rèn)識越來越深入，對光的描述越來越準(zhǔn)確.所以說，新模型的建立，標(biāo)志著新理論的建立，模型不斷被修正，標(biāo)志著物理學(xué)不斷發(fā)展、前進(jìn).原子也是這樣，雖然直到目前，人們還無法借助最先進(jìn)的設(shè)備直接“看到”原子的面目，但是，盧瑟福的散射實驗卻能夠證明，只有這種核式模型（圖0.3 ）才能與實驗結(jié)果相一致。通過對物理學(xué)發(fā)展的思考，我們可以總結(jié)出這樣的結(jié)論：由物理實驗得到物理現(xiàn)象，由物理現(xiàn)象歸納出物理規(guī)律，由物理規(guī)律抽象出物理模型.在物理模型的基礎(chǔ)上，借助數(shù)學(xué)的邏輯體系，就可以建立物理學(xué)的理論體系。對于原子這樣的微觀體系，物理模型尤其重要。

編輯推薦

《原子物理學(xué)》：物理學(xué)是一門實驗科學(xué)，原子物理學(xué)尤其如此，因為這門學(xué)科的研究對象是微觀世界，而微觀世界的規(guī)律往往是與生活在宏觀時空中人們的日常經(jīng)驗相左的。所以，如果離開嚴(yán)密精確的實驗，原子物理學(xué)就失去了存在和發(fā)展的基礎(chǔ)。正是基于這一認(rèn)識，《原子物理學(xué)》始終以實驗事實以及對實驗分析所得到的結(jié)論為出發(fā)點，力求為讀者提供一份翔實可靠而又合乎物理學(xué)邏輯的教學(xué)參考資料。

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