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《原子物理学》是普通物理之原子物理学课程的教材，《原子物理学》注重通过基本的物理现象和实验事实的介绍、简单的理论推导，用量子的观点和方法将物理概念解释清楚。《原子物理学》包括原子、原子核、基本粒子以及分子物理等部分。

目录

序

前言

第1章 玻尔原子模型 1

1.1 原子的核式结构 1

1.1.1 电子的发现 1

1.1.2 α粒子散射实验 4

1.1.3 卢瑟福核式模型 6

1.2 原子光谱 12

1.2.1 光谱 12

1.2.2 氢原子光谱和光谱项 12

1.3 玻尔氢原子理论 15

1.3.1 原子行星模型的困难 16

1.3.2 玻尔假设 18

1.3.3 玻尔氢原子模型 19

1.4 类氢原子 24

1.4.1 原子核质量的影响 24

1.4.2 类氢离子光谱 27

1.4.3 特殊的类氢原子 28

1.5 弗兰克-赫兹实验 29

习题 33

第2章 量子力学的初步介绍 35

2.1 波粒二象性 35

2.1.1 光的二象性 35

2.1.2 实物粒子的波动性 41

2.2 物质波的统计解释和海森伯不确定原理 45

2.2.1 波函数的统计解释 45

2.2.2 海森伯不确定原理 48

2.3 薛定谔方程 51

2.3.1 薛定湾方程的建立 51

2.3.2 定态薛定诗方程 54

2.4 力学量的平均值、算符表示和本征值 55

2.4.1 力学量的平均值 55

2.4.2 力学量的算符表示 57

2.4.3 力学量的本征值 58

2.5 定态薛定诗方程解的几个简例 59

2.5.1 阶跃势、势垒和隧道效应 59

2.5.2 一维无限深势阱 6

2.5.3 一维谐振子势 68

习题 71

第3章 单电子原子 74

3.1 氢原子的定态薛定诗方程解 74

3.1.1 中心力场薛定湾方程及其解 74

3.1.2 概率密度 80

3.1.3 原子波函数的字称 84

3.2 量子数的物理解释 84

3.2.1 主量子数n 、单电子原子的能级 84

3.2.2 轨道角动量及量子数 87

3.2.3 磁量子数ml 88

3.2.4 角动量的矢量模型 89

3.3 跃迁概率和选择定则 90

3.3.1 原子处在定态时不发射电磁辐射 90

3.3.2 原子跃迁和混合态 90

3.3.3 跃迁率、平均寿命 92

3.4 电子自旋 96

3.4.1 轨道磁矩 96

3.4.2 塞曼效应 98

3.4.3 施特恩一格拉赫实验 100

3.4.4 电子自旋 102

3.5 自旋和轨道相互作用 104

3.5.1 自旋-轨道藕合能 105

3.5.2 总角动量和原子磁矩 106

3.6 单电子原子能级的精细结构 109

3.6.1 精细结构 109

3.6.2 兰姆移位及超精细结构 114

习题 118

第4章 氨原子和多电子原子 121

4.1 氮原子的能级 121

4.1.1 氮原子的光谱和能级 121

4.1.2 氮原子能级的简单讨论 122

4.2 全同粒子和泡利不相容原理 125

4.2.1 全同粒子与波函数的交换对称性 125

4.2.2 泡利不相容原理 127

4.2.3 交换效应 128

4.3 多电子原子的电子组态 131

4.4 原子的壳层结构和元素周期表 134

4.4.1 原子中电子的壳层结构 135

4.4.2 电子壳层的填充 136

4.4.3 满支壳层电子组态 142

4.5 多电子原子的原子态和能级 143

4.5.1 LS 耦合 144

4.5.2 jj 耦合 154

4.6 多电子原子的光谱 155

4.6.1 选择定则 155

4.6.2 碱金属原子的光谱 156

4.6.3 碱土金属原子光谱 158

4.7 原子的内层能级和X 射线 159

4.7.1 X 射线谱 159

4.7.2 原子的内层能级 162

4.7.3 X 射线的吸收 164

4.7.4 同步辐射 165

习题 167

第5章 原子核物理 170

5.1 原子核的基本性质 170

5.1.1 原子核的组成 170

5.1.2 原子核的大小 172

5.1.3 原子核的自旋和核磁矩 174

5.1.4 原子核的电四极矩 177

5.1.5 原子核的字称 179

5.2 原子核的稳定性和结合能 180

5.2.1 核素图和自稳定线 180

5.2.2 原子核的结合能 181

5.3 核力与核结构模型 186

5.3.1 核力 186

5.3.2 原子核结构的模型 189

5.4 核衰变及放射性 194

5.4.1 原子核衰变的一般规律 194

5.4.2 α衰变 200

5.4.3 日衰变 203

5.4.4 γ 衰变 207

5.4.5 放射性的应用 210

5.5 核反应 215

5.5.1 核反应中的守恒定律及反应能 217

5.5.2 反应截面 219

5.6 原子核的裂变和聚变 220

5.6.1 原子核的裂变 220

5.6.2 核聚变 225

习题 230

第6章 粒子物理 232

6.1 高能加速器和粒子探测器 232

6.1.1 加速器简介 233

6.1.2 粒子探测器 236

6.2 粒子的基本性质和分类 236

6.2.1 粒子的基本性质 236

6.2.2 粒子的分类 238

6.3 强子的夸克模型 249

6.3.1 夸克的基本性质 254

6.3.2 重子和介子的夸克组成 256

6.3.3 夸克的色量子数 258

6.4 相互作用与守恒定律 260

6.4.1 电磁相互作用 261

6.4.2 弱相互作用 262

6.4.3 强相互作用 267

6.4.4 守恒定律与对称性 271

6.5 标准模型及新物理 277

6.5.1 基本粒子和基本相互作用 277

6.5.2 大统一理论及超对称 278

6.6 粒子物理与宇宙学 280

6.6.1 宇宙微波背景和氮的相对丰度 282

6.6.2 粒子宇宙学中的一些疑难问题 284

习题 286

第7章 分子结构和双原子分子光谱 288

7.1 分子的化学键 288

7.1.1 离子键 288

7.1.2 共价键 290

7.2 分子能级 297

7.3 双原子分子的光谱 298

7.3.1 转动能级和光谱 298

7.3.2 振动能级和光谱 302

7.3.3 分子的电子能级和光谱带 306

7.4 拉曼散射和拉曼光谱 310

7.4.1 拉曼光谱 311

7.4.2 拉曼散射的量子解释 312

7.4.3 双原子分子气体的拉曼谱 313

7.4.4 原子核自旋对分子能态的影响一一同核双原子分子的拉曼谱 315

习题 319

附录 321

Ⅰ 物理常数 321

Ⅱ 元素周期表 323

Ⅲ 诺贝尔物理学奖获得者(1901～2005) 324

习题答案 331

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