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0　绪论1

0.1　物质的原子观1

0.2　原子是物质结构的一个层次6

0.3　原子物理学的研究方法7

0.4　原子是微观体系7

0.5　原子是一种物理模型8

1　原子的核式结构——卢瑟福模型9

1.1　原子时代的序曲9

1.2　原子的结构10

1.2.1 电子的发现10

1.2.2　汤姆孙的原子模型16

1.3　卢瑟福原子模型20

1.3.1 卢瑟福原子核式结构模型20

1.3.2　卢瑟福散射公式21

习题34

2　氢原子的光谱与能级——玻尔模型36

2.1　氢原子的光谱36

2.1.1 光谱36

2.1.2　氢原子的光谱38

2.2　玻尔的氢原子模型42

2.2.1 经典理论解释氢原子光谱的困难42

2.2.2　玻尔的氢原子模型（1913年）43

2.2.3　氢的里德伯常数实验值与理论值的偏差48

2.2.4　氢原子的连续谱49

2.3　类氢离子的光谱50

2.3.1　类氢离子与皮克林线系50

2.3.2　氘的发现52

2.4　夫兰克-赫兹实验53

2.4.1　基本思想53

2.4.2　夫兰克-赫兹实验装置与实验结果54

2.4.3　改进的夫兰克-赫兹实验装置55

2.5　玻尔理论的推广57

2.5.1　量子化通则57

2.5.2　椭圆轨道58

2.5.3 系统的能量62

2.5.4　玻尔理论的相对论修正63

2.6　斯特恩-盖拉赫实验与空间量子化66

2.6.1 电子轨道运动的磁矩66

2.6.2 外磁场对原子的作用67

2.6.3　斯特恩-盖拉赫实验68

2.6.4　轨道取向的量子化70

习题72

3　量子力学引论——微观体系的基本理论75

3.1　量子论的实验依据77

3.1.1　黑体辐射77

3.1.2　光量子假说84

3.1.3　粒子的波动性89

3.2　物质的波粒二象性95

3.2.1　物质的波动性与粒子性95

3.2.2　量子态——波粒二象性的必然结果97

3.3　不确定关系99

3.3.1　几个典型的例子99

3.3.2　不确定关系的严格表述101

3.4　波函数与薛定谔方程106

3.4.1 波粒二象性的数学描述107

3.4.2 电子的双缝干涉实验107

3.4.3　波函数的统计解释111

3.4.4　薛定谔方程112

3.4.5　力学量的算符115

3.4.6　表象与力学量的平均值116

3.4.7　本征函数与本征值119

3.5　态叠加原理120

3.5.1 对双缝干涉实验的另一个思考120

3.5.2　光的偏振性实验122

3.5.3　量子态的叠加123

3.6　定态薛定谔方程问题124

3.6.1　一维简谐振子124

3.6.2　一维无限深势阱126

3.6.3　有限深方势阱129

3.6.4 方势垒132

3.7　单电子原子的波函数136

3.7.1　哈密顿方程及其本征函数的解136

3.7.2　解的物理意义139

3.7.3　能量和角动量148

习题150

4　单电子原子的能级和光谱——电子的角动量模型154

4.1　单电子原子的光谱154

4.1.1　单电子原子154

4.1.2　碱金属原子的光谱与能级156

4.1.3　碱金属原子光谱与能级的精细结构160

4.2　电子的角动量与电子的自旋161

4.2.1 电子轨道运动的角动量与原子的磁矩161

4.2.2 自旋的引入161

4.3　自旋-轨道相互作用163

4.3.1 电子轨道运动的磁场163

4.3.2 电子的总角动量165

4.3.3 自旋-轨道相互作用对能级的影响168

4.3.4　原子态的符号表示171

4.4　单电子跃迁的选择定则171

4.5　氢原子光谱的精细结构173

4.5.1　对玻尔能级的相对论和量子力学修正173

4.5.2　兰姆移位180

4.6　斯塔克效应181

4.6.1 外电场对原子能级和光谱的影响181

4.6.2　斯塔克效应的物理机制183

习题183

5 多电子原子——电子间的相互作用186

5.1　氦原子的光谱与能级186

5.1.1　氦原子186

5.1.2　价电子间的相互作用188

5.2　两个价电子的耦合192

5.2.1 中心力场近似下的角动量192

5.2.2　价电子角动量的耦合194

5.3　泡利不相容原理205

5.3.1　全同粒子与交换对称性205

5.3.2 泡利原理206

5.3.3　两电子体系中电子的自旋207

5.3.4　原子可能的状态209

5.4　等效电子构成的原子态210

5.5　复杂原子的能级和光谱216

5.5.1 实验观察到的一般规律216

5.5.2 多个价电子形成的原子态217

5.5.3　辐射跃迁的选择定则221

5.6　原子的壳层结构223

5.6.1　元素的周期律223

5.6.2　核外电子的壳层226

5.6.3　基态原子的电子组态227

5.6.4　原子的基态234

5.7　X射线236

5.7.1　X射线的产生及其性质236

5.7.2　X射线的连续谱240

5.7.3　X射线的标识谱240

5.7.4　X射线的吸收248

习题250

6　磁场中的原子254

6.1　原子的磁矩254

6.1.1　原子的有效总磁矩254

6.1.2　朗德g因子256

6.2　外磁场中的原子259

6.2.1 外磁场对原子的作用259

6.2.2　外磁场中原子能级的分裂260

6.2.3　对斯特恩-盖拉赫实验的解释261

6.2.4　顺磁共振261

6.3　塞曼效应265

6.3.1　现象265

6.3.2　解释266

6.4　帕邢-巴克效应271

6.4.1　强磁场中的原子271

6.4.2　强磁场中能级的分裂与辐射跃迁272

习题273

7　分子的结构和光谱276

7.1　原子间的键联与分子的形成276

7.1.1 原子的电离能与亲和势276

7.1.2　离子键280

7.1.3　共价键283

7.1.4　金属键285

7.1.5　范德瓦耳斯键287

7.2　分子的能级与光谱287

7.3　双原子分子的电子态288

7.4　双原子分子的振动光谱291

7.4.1　双原子分子的振动能级291

7.4.2　双原子分子的振动光谱293

7.5　双原子分子的转动光谱295

7.5.1　双原子分子的转动能级295

7.5.2　双原子分子的转动光谱296

7.6　拉曼散射301

7.6.1　斯托克斯线与反斯托克斯线301

7.6.2　拉曼光谱304

习题307

8　原子核物理概论309

8.1　原子核的基本情况310

8.1.1　粒子探测器310

8.1.2　物质的放射性313

8.1.3　原子核的构成314

8.1.4　原子核的大小318

8.1.5　原子核的电荷与质量319

8.1.6　核素320

8.1.7　原子核的结合能322

8.2　核力326

8.2.1　核力的特性327

8.2.2　核力的介子理论328

8.3　核矩329

8.3.1　核自旋329

8.3.2　核子的磁矩330

8.3.3　核的磁偶极矩331

8.3.4　核的电四极矩331

8.4　原子核结构的模型333

8.4.1 费米气体模型333

8.4.2　液滴模型337

8.4.3　壳层模型339

8.4.4　集体模型342

8.5　放射性核衰变343

8.5.1　放射性衰变的一般规律343

8.5.2　α衰变352

8.5.3　β衰变355

8.5.4　γ衰变360

8.6　核反应365

8.6.1　反应能与Q方程366

8.6.2　反应截面368

8.7　核裂变369

8.7.1　核裂变的发现及其特点369

8.7.2 实现核裂变的主要方式371

8.8　核聚变375

8.8.1　核聚变的能量375

8.8.2　核聚变的条件377

习题378

附录381

1．物理学常数表381

2．原子基态能量385

3．基态原子的电子组态386

4．原子的基态387

5．常用物质密度表388

6．元素的原子质量及同位素丰度389

7．1900～2008诺贝尔物理学奖408

8．习题参考答案418