《近代物理学》教学大纲及实施意见

责任教师 张雨心

[一] 课程的性质、任务和基本要求

本课程是四川电大基础教育类物理教育专业的一门专业课程. 开设本课程是为了使学员弄清物理学的较近发展，学习物理学的全貌，在今后的物理教学中可以站得更高，讲授更科学和严谨。

通过本课程的教学,应使学员达到下列基本要求:

1. 明确近代物理学的研究对象和研究方法.掌握狭义相对论、原子物理学、粒子物理学和固体物理学的基本概念、基本规律和基本方法，及相关的实验手段。

2.使学员抽象思维能力、分析问题与解决问题的能力得到进一步提高。

3. 培养学员正确的思想方法和研究问题的方法,树立辩证唯物主义世界观。

[二] 课时分配表

内容	学时
第一章 狭义相对论时空观	18
第二章 量子物理学基础	24
第三章 多电子原子及分子光谱	16
第四章 原子核物理学	19
第五章 粒子物理学	14
第六章 固体物理学	12
机动	5
合计	108

[三] 课程内容及要求

第一章 狭义相对论时空观

一 教学目的、要求

1. 理解光行差现象和迈克耳孙—莫雷实验.

2. 掌握狭义相对论的基本原理,理解相对论的时空观.

3. 掌握洛伦兹变换.

4. 掌握速度合成公式.

5. 掌握质速关系和质能关系式,理解极限速度, 了解动能、动量和能量和动量之间的关系式.

二 教学内容

狭义相对论的实验基础 光行差现象 迈克耳孙—莫雷实验

爱因斯坦理论 狭义相对论的基本原理 相对论的时空观

洛伦兹变换

速度合成公式

相对论力学简介 极限速度 动能、质速关系 动量、力、功 能量、质能关系式 能量和动量之间的关系式

第二章 量子物理学基础

一 教学目的、要求

1. 掌握德布罗意波,理解微观客体的波粒二象性和电子衍射实验.

2. 知道原子的基本知识,了解卢瑟福的原子的核式模型.

3. 掌握氢原子光谱的实验规律.

4. 理解波尔理论要点和弗兰克—赫兹实验,了解类氢离子光谱和量子力学的建立.

5. 理解波函数的概念,掌握波函数的归一化和标准条件.

6. 了解薛定谔方程.

7. 知道无限深势阱.

8. 了解势垒贯穿 隧道效应.

9. 知道氢原子能级和量子数.

10. 了解电子自旋.

11. 掌握不确定关系.

二 教学内容

微观客体的波粒二象性 光的波粒二象性的回顾 德布罗意波 电子衍射实验 微观客体的波粒二象性

原子的核模型 关于原子的基本知识 卢瑟福的原子的核式模型

氢原子光谱的实验规律

波尔理论 理论要点 原子能级 氢原子光谱 类氢离子光谱 弗兰克—赫兹实验

量子力学的建立

波函数的统计解释 波函数 举例说明 波函数的归一化和标准条件 一点注释

薛定谔方程

无限深势阱

势垒贯穿 隧道效应

氢原子 分离变量法 球谐函数 径向波函数R（r）和能级 氢原子中的电子分布 角动量的量子化

电子自旋

不确定关系

第三章 多电子原子及分子光谱

一 教学目的、要求

1. 知道碱金属原子能级和碱金属原子光谱.

2. 了解氦原子的光谱和能级.

3. 理解自发发射和受激发射,了解氦氖激光器原理.

4. 理解泡利不相容原理,了解元素性质的周期性.

5. 知道X射线的产生、X射线连续谱和线状谱.

二 教学内容

碱金属原子 碱金属原子光谱 碱金属原子光谱的精细结构

两个价电子的原子 氦原子的光谱和能级 电子组态和原子态 L-S耦合的选择原则

氦氖激光器原理 自发发射和受激发射 氦氖激光器原理

元素周期表 元素性质的周期性 泡利不相容原理 电子壳层的填充 原子基态

X射线 X射线的产生 X射线连续谱 X射线的线状谱

磁场对原子能级的影响 正常塞曼效应（简单塞曼效应）

第四章 原子核物理学

一 教学目的、要求

1. 知道原子核的电荷、质量和组成及原子核的自旋,理解原子核的结合能.

2. 掌握放射性衰变规律.

3. 知道α衰变、β衰变和γ衰变.

4. 理解核力,知道核的液滴模型.

5. 掌握原子核反应.

6. 知道核裂变和核聚变.

二 教学内容

原子核的基本性质 原子核的电荷、质量和组成 原子核的结合能 原子核的大小和形状 原子核的自旋和磁矩

原子核衰变的基本规律 放射性衰变规律 连续衰变规律

α衰变 β衰变

γ衰变和内转换 γ衰变 内转换（IT）穆斯堡尔效应

放射性的应用和防护 放射性的应用 放射性的防护和辐射剂量

原子核结构模型 核力 核的液滴模型 核的壳层模型

原子核反应 几个重要的核反应 核反应的类型 核反应中的守恒定律 反应能 阈能

加速器 直线加速器 对撞机

核裂变 核聚变

第五章 粒子物理学

一 教学目的、要求

1. 知道粒子物理学的发展概况.

2. 了解粒子间的相互作用.

3. 知道粒子的分类和基本性质.

4. 了解夸克模型.

二 教学内容

粒子物理学的发展概况 原子物理学时期 原子核物理学时期 介子和奇异粒子时期 共振态粒子时期 夸克-轻子-规范粒子时期 宇宙线

粒子间的相互作用 作用对象 作用常数 力程 作用时间 理论

粒子的分类和基本性质 自旋 质量 内禀宇称 寿命 电荷 重子数 轻子数 反粒子

夸克模型

第六章 固体物理学

一 教学目的、要求

1. 知道晶体的基本概念.

2. 知道晶体的结合.

3. 了解金属的自由电子论.

4. 了解固体的比热容.

5. 知道固体的能带理论.

6. 知道超导体的特性和第二类超导体,了解磁场中的超导转变、超导微观理论和超导研究的新突破.

二 教学内容

引言

晶体的结合 离子性结合 共价结合 金属性结合 范德瓦尔斯结合

金属的自由电子论 金属中自由电子状态的能级密度 费米能 电导率

固体的比热容 杜隆--珀替定律 比热容的德拜理论 导体中的自由电子对比热容的贡献 导体的热导率

固体的能带理论 固体的能带 绝缘体 导体 半导体

超导体 超导体的特性 磁场中的超导转变 超导微观理论 第二类超导体 超导隧道结 超导研究的新突破

[四] 说明和教学实施意见

1.该课程为省开课,考试由省校统一命题,考试方式为闭卷.

2.教材选用梁绍荣等编的<<普通物理学(第五分册 近代物理学基础 第二版)>>(高等教育出版社出版).

3.本课程计划学时为108学时, 各部分学时安排各教学单位也可根据具体情况作适当调整.授课采用面授形式.教学内容参照本大纲的课程内容及要求部分.

4.教学要求中“掌握”、“熟悉”内容为一级要求；“理解”、“明确”内容为二级要求；“了解”、“知道”内容为三级要求。省校期末将出复习提要。

5.重点例题和练习题

第一章 狭义相对论时空观

例题:P28 例3, P30 例5, P33 例1, P45例1, P49例2--4.

习题:1.3,1.4,1.5,1.6,1.7,1.12,1.13.

第二章 量子物理学基础

例题:P60-61 例1-2, P83 例题.

习题:2.1,2.2,2.3,2.5,2.7,2.8,2.10,2.16,2.19,2.20,2.21,2.22

第四章 原子核物理学

例题:P266 例1-2.

习题:4.7.