曲阜师范大学：物理学专业《原子物理》核心课程教学大纲

曲华師范大学课程教学大纲学院：物理工程学院原子物理学课程名称：英文名称：AtomicPhysics课程代码：072017专业必修课课程性质：计划学时：理论：36实践/实验：18学分：31-18 周授课时间：授课地点：物理学适用专业：执笔人：王梅审核人：仪双喜批准人：课程负责人：王梅授课教师：王梅、李翠、张树东、吴仰晴

学 院： 物理工程学院 课程名称： 原子物理学 英文名称： Atomic Physics 课程代码： 072017 课程性质： 专业必修课 计划学时：理论：36 实践/实验 ： 18 学 分： 3 授课时间： 1-18 周 授课地点： 适用专业： 物理学 执笔人： 王梅 审核人： 仪双喜 批准人： 课程负责人： 王梅 授课教师：王梅、李翠、张树 东、吴仰晴

《原子物理学》课程教学大纲一、课程简介《原子物理学》是物理学专业的一门核心必修课程，属于普通物理。原子物理学是研究原子和原子核的结构、性质以及相互作用规律的物理学分支。原子物理学的发展为量子力学的建立奠定了基础，上承经典物理，下接量子力学，属于近代物理的范畴。随着科学技术的发展，原子物理学在许多领域得到广泛地应用和拓展。通过本课程的学习，学生将能够了解如何从物理实验结果出发建立物理模型，了解微观物理学对现代科学技术重大影响和应用，具备分析和处理一些基本原子物理问题的能力。二、课程目标本课程以“立德树人成就未来”这一人才培养根本标准为指导，以“两性一度”的金课标准为依据，让学生能够在了解物理学发展史的过程中，掌握原子和原子核的结构、以及运动规律和相应的研究方法，培养学生分析和解决问题的能力、科学思维能力、自学能力，以及对科学问题的探索和创新精神，为学生将来从事科学研究、物理教学打下良好的基础。表1：课程目标与毕业要求具体指标点的对应关系表1.熟练掌握原子物理学、原子核物理学和基本粒子物理学的基本原理、基本概念和基本规律。2．掌握原子和原子核的结构、运动规律和研究方法，培养学生分析问题和解决问题的能力，并为以后继续学习量子力学、固体物理学，近代物理实验等课程打下坚实的基础。课程目标3．结合一些物理学史的介绍，使学生了解如何由分析物理实验结果出发、建立物理模型，进而建立物理理论体系的过程，有意识地培养学生的物理思维，扩大视野，引导学生勇于思考、乐于探索发现，培养其良好的科学素质。课程目标课程目标2课程目标3课程目标1毕业要求指标点3-1：能使学生对微观物理产生深刻理解；毕业要求3：3-2：通过对本课程的学VV学科素养习，能够使学生了解物理理论体系建立的过程。4-1：通过授课和查阅文献，理解量子力学与经毕业要求4：典力学的联系。教学能力4-2：通过提问和设问，让学生具备一定的分析1/7

《原子物理学》课程教学大纲 1 / 7 一、课程简介 《原子物理学》是物理学专业的一门核心必修课程，属于普通物理。原子物理学是 研究原子和原子核的结构、性质以及相互作用规律的物理学分支。原子物理学的发展为 量子力学的建立奠定了基础，上承经典物理，下接量子力学，属于近代物理的范畴。随 着科学技术的发展，原子物理学在许多领域得到广泛地应用和拓展。通过本课程的学习， 学生将能够了解如何从物理实验结果出发建立物理模型，了解微观物理学对现代科学技 术重大影响和应用，具备分析和处理一些基本原子物理问题的能力。 二、课程目标 本课程以“立德树人 成就未来”这一人才培养根本标准为指导，以“两性一度” 的金课标准为依据，让学生能够在了解物理学发展史的过程中，掌握原子和原子核的结 构、以及运动规律和相应的研究方法，培养学生分析和解决问题的能力、科学思维能力、 自学能力，以及对科学问题的探索和创新精神，为学生将来从事科学研究、物理教学打 下良好的基础。 表 1：课程目标与毕业要求具体指标点的对应关系表 课程目标 1.熟练掌握原子物理学、原子核物理学和基本粒 子物理学的基本原理、基本概念和基本规律。 2. 掌握原子和原子核的结构、运动规律和研究 方法，培养学生分析问题和解决问题的能力，并为以 后继续学习量子力学、固体物理学、近代物理实验等 课程打下坚实的基础。 3. 结合一些物理学史的介绍，使学生了解如何 由分析物理实验结果出发、建立物理模型，进而建立 物理理论体系的过程，有意识地培养学生的物理思 维，扩大视野，引导学生勇于思考、乐于探索发现， 培养其良好的科学素质。 课程目标 毕业要求指标点 课程目标 1 课程目标 2 课程目标 3 毕业要求 3： 学科素养 3-1：能使学生对微观物 理产生深刻理解； √ √ √ 3-2：通过对本课程的学 习，能够使学生了解物 理 理 论 体 系 建 立的过 程。 毕业要求 4： 教学能力 4-1：通过授课和查阅文 献，理解量子力学与经 典力学的联系。 √ √ 4-2：通过提问和设问， 让学生具备一定的分析

《原子物理学》课程教学大纲问题和解决问题的能力。7-1：在通过查阅文献资料，综合分析教学中遇到的实际问题，会举一毕业要求7：反三，提出自己的见解；学会反思7-2：能与他人探讨进行问题分析，初步形成分析和解决实际问题的能力。三、教学内容表2：课程目标与教学内容和教学方法的对应关系表课程课程课程学时教学章节内容提要目标目标目标分配方法213绪论第一章原子的位形：卢瑟福模型$1背景知识S2卢瑟福模型的提出背景知识新课讲授、问答讨论4V$3卢瑟福散射公式原子结构$4卢瑟福公式的实验验证$5行星模型的意义及困难$6背景知识$7玻尔模型新课讲授、问答讨论$8实验验证之一：光谱8玻尔模型习题分析VV9实验验证之二：弗兰克-赫兹实验$10玻尔模型的推广$11玻尔理论的困难$12波粒二象性$13不确定关系新课讲授、问答讨论$14波函数及其统计解释量子力学初论10习题分析VVV$15薛定方程$16平均值与算符$17氢原子的薛定方程解$18原子中电子轨道运动新课讲授、问答讨论的磁矩电子自旋12习题分析A$19施特恩-盖拉赫实验单电子原子$20电子自旋的假设2 /7

《原子物理学》课程教学大纲 2 / 7 问 题 和 解 决 问 题的能 力。 毕业要求 7： 学会反思 7-1：在通过查阅文献资 料，综合分析教学中遇 到的实际问题，会举一 反三，提出自己的见解； √ 7-2：能与他人探讨进行 问题分析，初步形成分 析和解决实际问题的能 力。 三、教学内容 表 2：课程目标与教学内容和教学方法的对应关系表 章节 内容提要 学时 分配 教学 方法 课程 目标 1 课程 目标 2 课程 目标 3 绪论 第一章 原子的位形：卢瑟 福模型 §1 背景知识 §2 卢瑟福模型的提出 §3 卢瑟福散射公式 §4 卢瑟福公式的实验验 证 §5 行星模型的意义及困 难 背景知识 原子结构 4 新课讲授、问答讨论 √ √ √ §6 背景知识 §7 玻尔模型 §8 实验验证之一：光谱 §9 实验验证之二：弗兰 克-赫兹实验 §10 玻尔模型的推广 玻尔模型 8 新课讲授、问答讨论 习题分析 √ √ √ §11 玻尔理论的困难 §12 波粒二象性 §13 不确定关系 §14 波函数及其统计解释 §15 薛定谔方程 §16 平均值与算符 §17 氢原子的薛定谔方程 解 量子力学初论 10 新课讲授、问答讨论 习题分析 √ √ √ §18 原子中电子轨道运动 的磁矩 §19 施特恩-盖拉赫实验 §20 电子自旋的假设 电子自旋 单电子原子 12 新课讲授、问答讨论 习题分析 √ √ √

《原子物理学》课程教学大纲$21碱金属双线S22塞曼效应$24氨的光谱和能级新课讲授、问答讨论$25两个电子的耦合多电子原子8习题分析X$26泡利不相容原理$27元素周期表$28X射线的发现及其波动性新课讲授、问答讨论X射线6$29X射线产生的机制习题分析4V8.30康普顿散射$31X射线的吸收$32原子核物理的对象33核的基态特性之一：新课讲授、问答讨论核质量$34核力原子核物理6习题分析V$37放射性衰变的基本规律$38α衰变39β衰变40衰变四、课程考核（一）课程目标与课程考核的对应关系表3：课程目标与课程考核的对应关系表考核方式及占考核内容课程目标1课程目标2课程目标3比掌握卢瑟福的散射理论；理掌握原子的核式1.平时表现解经典物理描述通过阅读物理结构：理解汤姆（1）原子的核式模型及实(20%)卢瑟福模型的困学史，了解十九逊模型和卢瑟福验基础；2.课后作业难；掌握氢原子世纪末二十世模型的区别；掌（2）氢原子光谱规律：(10%)光谱的特点及光纪初微观物理握原子核的结（3）玻尔氢原子理论：3.阶段性测验谱规律；会利用发展的历程，进构，明确一些基（4）原子核的放射性衰变(20%)玻尔理论描绘氢一步理解建立本的衰变过程。规律。原子图像：掌握4.期末成绩物理理论体系(50%)放射性衰变的规的过程。律，知道各放射系的特点。（1）电子自旋和碱金属原理解微观科学1.平时表现明确电子的运动子的精细结构：是无数经验的(20%)规律，能给出原（2）原子的耦合方式，电子掌握电子自旋假总结，延申出2.课后作业子状态；掌握在组态下的原子态，以及不同设，泡利不相容真理是人们对(10%)磁场中电子的运组态下的能级跃迁图；原理等基本概客观事物及其动：掌握X射线3.阶段性测验（3）泡利不相容原理和能念：认识X射规律的正确反(20%)的特点，明确X线。量最小原理；映；查阅资料射线形成的基本4.期末成绩（4)X射线有关的原子能级深刻理解各个(50%）原理。结构。实验的重大贡3 /7

《原子物理学》课程教学大纲 3 / 7 §21 碱金属双线 §22 塞曼效应 §24 氦的光谱和能级 §25 两个电子的耦合 §26 泡利不相容原理 §27 元素周期表 多电子原子 8 新课讲授、问答讨论 习题分析 √ √ √ §28 X 射线的发现及其波 动性 §29 X 射线产生的机制 §30 康普顿散射 §31 X 射线的吸收 X 射线 6 新课讲授、问答讨论 习题分析 √ √ √ §32 原子核物理的对象 §33 核的基态特性之一： 核质量 §34 核力 §37 放射性衰变的基本规 律 §38 衰变 §39 衰变 §40 衰变 原子核物理 6 新课讲授、问答讨论 习题分析 √ √ √ 四、课程考核 （一）课程目标与课程考核的对应关系 表 3：课程目标与课程考核的对应关系表 考核内容 考核方式及占 比 课程目标 1 课程目标 2 课程目标 3 （1）原子的核式模型及实 验基础； （2）氢原子光谱规律； （3）玻尔氢原子理论； （4）原子核的放射性衰变 规律。 1. 平时表现 （20％） 2. 课 后 作 业 （10％） 3.阶段性测验 （20％） 4. 期末成绩 （50％） 掌握原子的核式 结构；理解汤姆 逊模型和卢瑟福 模型的区别；掌 握原子核的结 构，明确一些基 本的衰变过程。 掌握卢瑟福 的散射理论；理 解经典物理描述 卢瑟福模型的困 难；掌握氢原子 光谱的特点及光 谱规律；会利用 玻尔理论描绘氢 原子图像；掌握 放射性衰变的规 律，知道各放射 系的特点。 通过阅读物理 学史，了解十九 世纪末二十世 纪初微观物理 发展的历程，进 一步理解建立 物理理论体系 的过程。 （1）电子自旋和碱金属原 子的精细结构； （2）原子的耦合方式，电子 组态下的原子态，以及不同 组态下的能级跃迁图； （3）泡利不相容原理和能 量最小原理； （4）X 射线有关的原子能级 结构。 1. 平时表现 （20％） 2. 课 后 作 业 （10％） 3.阶段性测验 （20％） 4. 期末成绩 （50％） 掌握电子自旋假 设，泡利不相容 原理等基本概 念；认识 X 射 线。 明确电子的运动 规律，能给出原 子状态；掌握在 磁场中电子的运 动；掌握 X 射线 的特点，明确 X 射线形成的基本 原理。 理解微观科学 是无数经验的 总结，延申出 真理是人们对 客观事物及其 规律的正确反 映；查阅资料 深刻理解各个 实验的重大贡

《原子物理学》课程教学大纲献。通过理解性学1.平时表现(20%)习，上课讨论，通过查阅文献，2.课后作业课下文献阅读，课后学习本年（1）查阅文献的能力；明确当时背景，(10%)认知科学发展的度诺贝尔奖获（2）分析解决实际问题的深刻理解各种概3.阶段性测验过程，针对某些得者的治学经能力念的本质，上课(20%)问题形成小论验，撰写心得期间进行讨论。4.期末成绩文，培养独立的(50%)科学素养。（二）评定方法课程考核的评定方法采用过程性评价和终结性评价相结合的评价方式。平时表现包括课堂表现、课外表现和小论文）和习题作业属于过程性内容，过程性评价比例达30%，这样有利于学生在学习过程中持续投入；终结性评价主要是期中和期末考核考试。平时表现包括：预习讨论、课堂参与、例题解答、小论文等形式，占总成绩的20%，课后作业包括完成情况和创新思路等形式，占总成绩的10%，期中考试采用闭卷笔试的形式，考察知识的综合掌握情况，占总成绩的20%，期末考试采用闭卷笔试的形式，考察知识的综合掌握情况，占总成绩的50%。（三）评分标准表4：课程目标与评分标准的对应关系表评分标准熟练掌握相关较好掌握相基本掌握相部分掌握相不能正确掌握知识点，熟练关知识点，关知识点，关知识点，和理解相关知占分部分地回答解决相关问题较好地跟进能够解决相识点，不能够课程目标比例关例题和课课堂设计的解决相关例题理论的讲解问题。后作业题。和作业题。优：90-100良：80-89中：70-79合格：60-69不合格：<60能够掌握研基本掌握研能够系统地掌能够较好地部分掌握研究握研究原子结掌握研究原究原子结构究原子结构原子结构的各构的各种实验子结构的各的各种实验的各种实验种实验方法的方法的基本原种实验方法方法的基本方法的基本基本原理和所原理和所提理和所提供的的基本原理原理和所提提供的物质结物质结构信和所提供的供的物质结供的物质结构信息，以及息，以及在实物质结构信构信息，以构信息，以在实验的基础课程目标 130%验的基础上上息，以及在及在实验的及在实验的上上建立的相关的基本原建立的相关的实验的基础基础上上建基础上上建基本原理、基上上建立的立的相关的立的相关的理、基本概念本概念和基本相关的基本基本原理、基本原理、和基本规律。规律。原理、基本基本概念和基本概念和概念和基本基本规律。基本规律。4 /7

《原子物理学》课程教学大纲 4 / 7 献。 （1）查阅文献的能力； （2）分析解决实际问题的 能力 1. 平时表现 （20％） 2. 课 后 作 业 （10％） 3.阶段性测验 （20％） 4. 期末成绩 （50％） 通过查阅文献， 明确当时背景， 深刻理解各种概 念的本质，上课 期间进行讨论。 通过理解性学 习，上课讨论， 课下文献阅读， 认知科学发展的 过程，针对某些 问题形成小论 文，培养独立的 科学素养。 课后学习本年 度诺贝尔奖获 得者的治学经 验，撰写心得 （二）评定方法 课程考核的评定方法采用过程性评价和终结性评价相结合的评价方式。平时表现 （包括课堂表现、课外表现和小论文）和习题作业属于过程性内容，过程性评价比例达 30%，这样有利于学生在学习过程中持续投入；终结性评价主要是期中和期末考核考试。 平时表现包括：预习讨论、课堂参与、例题解答、小论文等形式，占总成绩的 20%， 课后作业包括完成情况和创新思路等形式，占总成绩的 10%， 期中考试采用闭卷笔试的形式，考察知识的综合掌握情况，占总成绩的 20%， 期末考试采用闭卷笔试的形式，考察知识的综合掌握情况，占总成绩的 50%。 （三）评分标准 表 4：课程目标与评分标准的对应关系表 课程目标 占分 比例 评分标准 熟练掌握相关 知识点，熟练 解决相关问题 较好掌握相 关知识点， 较好地跟进 理论的讲解 基本掌握相 关知识点， 能够解决相 关例题和课 后作业题。 部分掌握相 关知识点， 部分地回答 课堂设计的 问题。 不能正确掌握 和理解相关知 识点，不能够 解决相关例题 和作业题。 优：90-100 良：80-89 中：70-79 合格：60-69 不合格：＜60 课程目标 1 30% 能够系统地掌 握研究原子结 构的各种实验 方法的基本原 理和所提供的 物质结构信 息，以及在实 验的基础上上 建立的相关的 基本原理、基 本概念和基本 规律。 能够较好地 掌握研究原 子结构的各 种实验方法 的基本原理 和所提供的 物质结构信 息，以及在 实验的基础 上上建立的 相关的基本 原理、基本 概念和基本 能够掌握研 究原子结构 的各种实验 方法的基本 原理和所提 供的物质结 构信息，以 及在实验的 基础上上建 立的相关的 基本原理、 基本概念和 基本规律。 基本掌握研 究原子结构 的各种实验 方法的基本 原理和所提 供的物质结 构信息，以 及在实验的 基础上上建 立的相关的 基本原理、 基本概念和 基本规律。 部分掌握研究 原子结构的各 种实验方法的 基本原理和所 提供的物质结 构信息，以及 在实验的基础 上上建立的相 关的基本原 理、基本概念 和基本规律

《原子物理学》课程教学大纲规律。能够系统地掌能够较好地能够掌握单基本掌握单部分掌握单电电子原子和握单电子原子掌握单电子电子原子和子原子和多电和多电子原子原子和多电多电子原子多电子原子子原子中电子中电子的运动子原子中电中电子的运中电子的运的运动状态及状态及其相关子的运动状动状态及其动状态及其其相关规律，课程目标260%规律，并对原态及其相关相关规律，相关规律，并并对原子核有子核有一个清规律，并对并对原子核对原子核有一个清晰全面晰全面的认原子核有一有一个清晰一个清晰全的认识。识。个清晰全面全面的认面的认识。识。的认识。能够清晰地认能够较为清能够认知物基本认知物部分认知物理知物理概念的晰地认知物理概念的建理概念的建概念的建立和建立和物理规理概念的建立和物理规立和物理规物理规律形成律形成的过立和物理规律形成的过律形成的过的过程。。程。程。有能力通律形成的过程。课程目标310%过调研和查阅程。有一定专业书籍理解能力通过调丰富的物理现研和查阅专象。业书籍理解丰富的物理现象。（四）课程目标达成情况评价方法定量评价法对于课程目标达成情况，仍采用活动表现评价和终结性评价相结合的评价方式。总成绩=0.5X期末成绩+0.2X阶段性测验+0.1X作业成绩+0.2×平时表现（出勤，课堂参与和小论文）。详细的课程目标定量评价标准见表5。表5：课程目标定量评价与评价方式表出勤和课课后作阶段性期末考业试课程目标堂参与等测验课程分目标达成评价方法(20%)(10%)(20%)(50%)分目标达成度=（（0.2X分目标在出勤与课堂课程目标130402020参与的平均得分+0.1x分目标在作业中平均得5/7

《原子物理学》课程教学大纲 5 / 7 规律。 课程目标 2 60% 能够系统地掌 握单电子原子 和多电子原子 中电子的运动 状态及其相关 规律，并对原 子核有一个清 晰全面的认 识。 能够较好地 掌握单电子 原子和多电 子原子中电 子的运动状 态及其相关 规律，并对 原子核有一 个清晰全面 的认识。 能够掌握单 电子原子和 多电子原子 中电子的运 动状态及其 相关规律， 并对原子核 有一个清晰 全面的认 识。 基 本 掌 握单 电 子 原 子和 多 电 子 原子 中 电 子 的运 动 状 态 及其 相关规律，并 对 原 子 核有 一 个 清 晰全 面的认识。 部分掌握单电 子原子和多电 子原子中电子 的运动状态及 其相关规律， 并对原子核有 一个清晰全面 的认识。 课程目标 3 10% 能够清晰地认 知物理概念的 建立和物理规 律形成的过 程。有能力通 过调研和查阅 专业书籍理解 丰富的物理现 象。 能够较为清 晰地认知物 理概念的建 立和物理规 律形成的过 程。有一定 能力通过调 研和查阅专 业书籍理解 丰富的物理 现象。 能够认知物 理概念的建 立和物理规 律形成的过 程。 基本认知物 理概念的建 立和物理规 律形成的过 程。 部分认知物理 概念的建立和 物理规律形成 的过程。 （四）课程目标达成情况评价方法 定量评价法 对于课程目标达成情况，仍采用活动表现评价和终结性评价相结合的评价方式。总 成绩=0.5×期末成绩+0.2×阶段性测验+0.1×作业成绩+0.2×平时表现（出勤，课堂参 与和小论文）。详细的课程目标定量评价标准见表 5。 表 5：课程目标定量评价与评价方式表 课程目标 出勤和课 堂参与等 （20%） 课后作 业 （10%） 阶段性 测验 （20%） 期末考 试 （50%） 课程分目标达成评价方法 课程目标 1 30 40 20 20 分目标达成度={（0.2 ｘ分目标在出勤与课堂 参与的平均得分+0.1ｘ 分目标在作业中平均得

《原子物理学》课程教学大纲分+0.2x分目标在阶段性测验中的平均得分课程目标2505070+0.5x分目标在期末考60试中的平均得分）／（0.2x分目标在出勤与课堂参与中总分+0.1X分目标在作业成绩中总分+0.2x分目标在阶20101020课程目标3段性测验中的总分+0.5x分目标在期末考试中的总分）1五、教材及参考资料教材：杨福家《原子物理学》，高等教育出版社，2019年；主要参考书：1.褚圣麟《原子物理学》，高等教育出版社，2009年；2.陈宏芳《原子物理学》，科学出版社，2011年；3.曾谨言《量子力学》，科学出版社，2011年。6/7

《原子物理学》课程教学大纲 6 / 7 五、教材及参考资料 教材： 杨福家 《原子物理学》，高等教育出版社，2019 年； 主要参考书： 1. 褚圣麟 《原子物理学》，高等教育出版社，2009 年； 2. 陈宏芳 《原子物理学》，科学出版社，2011 年； 3. 曾谨言 《量子力学》，科学出版社，2011 年。 课程目标 2 50 50 70 60 分+0.2ｘ分目标在阶段 性测验中的平均得分 +0.5ｘ分目标在期末考 试中的平均得分）/ （0.2ｘ分目标在出勤 与课堂参与中总分+0.1 ｘ分目标在作业成绩中 总分+0.2ｘ分目标在阶 段性测验中的总分+0.5 ｘ分目标在期末考试中 的总分）} 课程目标 3 20 10 10 20