曲阜师范大学：物理工程学院核心主干课程《原子物理》教学大纲

曲华师范大学教学大纲课程名称原子物理课程号072107学院物理工程学院业物理学专

1 教 学 大 纲 课程名称 原子物理 课 程 号 072107 学 院 物理工程学院 专 业 物理学

《原子物理》教学大纲课程类别专业必修课072107课程编号课程名称原子物理Atomic Physics英文名称3建议修读学期3学分0其中：实践学时实验学时54总学时数18其他学时18力学，电磁学，光学，高等数学预修课程考核方式期中考试，平时成绩，作业成绩，期末考试适用专业物理学王梅大纲审核人王海龙大纲执笔人一、课程性质《原子物理学》为物理学专业的必修课，是物理学专业的一门重要基础课。本课程的主要以原子结构为中心，以实验事实为线索，了解原子和原子核层次的物质结构及运动和变化规律，揭示宏观现象与规律的本质。介绍有关问题所需要的量子力学基本概念，阐述物质微观结构三个层次的物理过程、研究方法，培养创新思维。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；了解微观物理学对现代科学技术重大影响和各种应用；了解并适当涉及正在发展的学科前沿，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，获得在本课程领域内分析和处理一些最基本问题的初步能力。二、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：（支撑毕业要求3）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：（支撑毕业要求2，3，4）2

2 《原子物理》教学大纲 课程编号 072107 课程类别 专业必修课 课程名称 原子物理 英文名称 Atomic Physics 学分 3 建议修读学期 3 总学时数 54 其中：实践学时 18 实验学时 0 其他学时 18 预修课程 力学，电磁学，光学，高等数学 考核方式 期中考试，平时成绩，作业成绩，期末考试 适用专业 物理学 大纲执笔人 王梅 大纲审核人 王海龙 一、课程性质 《原子物理学》为物理学专业的必修课，是物理学专业的一门重要基础 课。本课程的主要以原子结构为中心，以实验事实为线索，了解原子和原子核层 次的物质结构及运动和变化规律，揭示宏观现象与规律的本质。介绍有关问题所 需要的量子力学基本概念，阐述物质微观结构三个层次的物理过程、研究方法， 培养创新思维。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；了解微观物理学对现代科学技术重大影响和各种应用； 了解并适当涉及正在发展的学科前沿，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，获得在本课程领域内分析和处理一些最基本问题 的初步能力。 二、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；（支撑毕业要求 3） 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；（支撑毕业要求 2,3,4）

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；（支撑毕业要求3、4）4.了解微观物理学对现代科学技术重大影响和各种应用：（支撑毕业要求3）5.了解并适当涉及正在发展的学科前沿，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。（支撑毕业要求2，3、7）三、课程目标与毕业要求的对应关系毕业要求指标点课程目标1.以学生为中心，因材施教，在教学中引导学生积极参与，引发学生深度思考：课程目标22.通过授课，将思政教育元素有机融入到原子毕业要求2教育情怀课程目标5物理课程教学中，培养学生科学推理、实事求是和家国情怀的精神。课程目标11.能使学生对微观物理产生深刻理解：毕业要求3学科素养2.通过对本课程的学习，能够使学生了解物理课程目标2课程目标3理论体系建立的过程。1．通过授课和查阅文献，理解量子力学与经典力学的联系。毕业要求4教学能力课程目标22.通过提问和设问，让学生具备一定的分析问题和解决问题的能力。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；课程目标4毕业要求7学会反思2能与他人探讨进行问题分析，初步形成分析课程目标5和解决实际问题的能力。四、课程内容和要求及其学时内容专题、学时支撑课程目标绪论背景知识第一章原子的位形：卢瑟福模型课程目标1原子结构（4学时）$1背景知识课程目标23

3 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；（支撑毕业要求 3、4） 4.了解微观物理学对现代科学技术重大影响和各种应用；（支撑毕业要求 3） 5.了解并适当涉及正在发展的学科前沿，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。（支撑毕业要求 2,3、7） 三、课程目标与毕业要求的对应关系 毕业要求 指标点 课程目标 毕业要求2 教育情怀 1. 以学生为中心,因材施教,在教学中引导学生 积极参与,引发学生深度思考； 2. 通过授课, 将思政教育元素有机融入到原子 物理课程教学中, 培养学生科学推理、实事求是 和家国情怀的精神。 课程目标2 课程目标5 毕业要求3 学科素养 1. 能使学生对微观物理产生深刻理解； 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。 课程目标1 课程目标2 课程目标3 毕业要求4 教学能力 1. 通过授课和查阅文献，理解量子力学与经典 力学的联系。 2. 通过提问和设问，让学生具备一定的分析问 题和解决问题的能力。 课程目标2 毕业要求7 学会反思 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； 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。 课程目标4 课程目标5 四、课程内容和要求及其学时 专题、学时 内容 支撑课程目标 背景知识 原子结构（4学时） 绪论 第一章 原子的位形：卢瑟福模型 §1 背景知识 课程目标1 课程目标2

$2卢瑟福模型的提出课程目标3$3卢瑟福散射公式S4卢瑟福公式的实验验证S5行星模型的意义及困难$6背景知识S7玻尔模型课程目标1玻尔模型（8学时）课程目标2$8实验验证之一：光谱S9实验验证之二：弗兰克-赫兹实验课程目标3S10玻尔模型的推广s11玻尔理论的困难S12波粒二象性课程目标2S13不确定关系课程目标3量子力学初论（10学时）$14波函数及其统计解释课程目标4S15薛定调方程课程目标5S16平均值与算符17氢原子的薛定谔方程解S18原子中电子轨道运动的磁矩电子自旋S19施特恩-盖拉赫实验课程目标1单电子原子S20电子自旋的假设课程目标2（12学时）$21碱金属双线课程目标3$22塞曼效应$24氨的光谱和能级课程目标1$25两个电子的耦合多电子原子（8学时）课程目标2$26泡利不相容原理课程目标3S27元素周期表$28X射线的发现及其波动性课程目标2S29X射线产生的机制X射线（6学时）课程目标4S30康普顿散射课程目标5$31X射线的吸收A

4 §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 课程目标3 玻尔模型（8 学时） §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 课程目标1 课程目标2 课程目标3 量子力学初论（10 学时） §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 课程目标2 课程目标3 课程目标4 课程目标5 电子自旋 单电子原子 （12学时） §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 §21 碱金属双线 §22 塞曼效应 课程目标1 课程目标2 课程目标3 多电子原子（8 学时） §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 课程目标1 课程目标2 课程目标3 X 射线（6 学时） §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 课程目标2 课程目标4 课程目标5

S32原子核物理的对象课程目标1S33核的基态特性之一：核质量课程目标2$34核力原子核物理（6学时）课程目标5S37放射性衰变的基本规律$38α衰变s39β衰变40衰变五、教学策略与方法建议原子物理课程教学要以培养学生科学思维的能力为目标，着重讲解教材的重点与难点，在教材中贯彻理论联系实际与少而精的原则，使学生了解并掌握原子物理所包含的基本理论体系，增强其在以后教学与教学研究中的创新能力，带星号的章节为课外阅读材料。在授课过程中要以学生为主体，以教师为主导，板书加适当多媒体教学的教学模式。针对师范生缺乏教学实践经验这一事实，本课程教学除教师讲授外，还倡导“案例教学”。即把某个知识点选为讨论案例，启发学生试讲和互动等。通过教学案例来突出教学的真实性，使师范生在“教学现场”中发现和提出物理教学问题，获得相关的教学知识和技能。六、教学评价评价方式为活动表现评价和终结性评价相结合，活动表现评价主要是学生平时在课堂学习中的活动表现以及完成作业情况，终结性评价主要是期中和期末考核考试。其中，平时表现占20%，作业占10%，阶段性成绩占20%，期末成绩占50%课程目标考核内容评价依据课程目标1.熟练掌握原子物理学、原（1）原子的核式模型及实验基础；1.预习讨论子核物理学和基本粒子物理学的基本（2）氢原子光谱规律；2.平时作业3.期中和期原理、基本概念和基本规律（3）玻尔氢原子理论：末考试（4）原子核的放射性衰变规律。1.预习讨论课程目标2.掌握原子和原子核的结（1）电子自旋和碱金属原子的精细结构；2.平时作业构、运动规律和研究方法，培养学生3.期中和期分析问题和解决问题的能力，并为以（2）原子的耦合方式，电子组态下5

5 原子核物理（6 学时） §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 课程目标1 课程目标2 课程目标5 五、教学策略与方法建议 原子物理课程教学要以培养学生科学思维的能力为目标，着重讲解教材的重 点与难点，在教材中贯彻理论联系实际与少而精的原则，使学生了解并掌握原子 物理所包含的基本理论体系，增强其在以后教学与教学研究中的创新能力，带星 号的章节为课外阅读材料。 在授课过程中要以学生为主体，以教师为主导，板书加适当多媒体教学的教 学模式。针对师范生缺乏教学实践经验这一事实，本课程教学除教师讲授外，还 倡导“案例教学”。即把某个知识点选为讨论案例，启发学生试讲和互动等。通 过教学案例来突出教学的真实性，使师范生在“教学现场”中发现和提出物理教 学问题，获得相关的教学知识和技能。 六、教学评价 评价方式为活动表现评价和终结性评价相结合，活动表现评价主要是学生平 时在课堂学习中的活动表现以及完成作业情况，终结性评价主要是期中和期末考 核考试。其中，平时表现占 20%，作业占 10%，阶段性成绩占 20%，期末成绩占 50%。 课程目标 考核内容 评价依据 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 （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.预习讨论 2.平时作业 3.期中和期 末考试 课程目标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 （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 1.预习讨论 2.平时作业 3.期中和期

末考试后继续学习量子力学、固体物理学、的原子态，以及不同组态下的能级近代物理实验等课程打下坚实的基跃迁图；础；（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。课程目标3.结合一些物理学史的介1.预习讨论绍，使学生了解如何由分析物理实验课本中出现的重要实验2.平时作业结果出发、建立物理模型，进而建立3.期中和期末考试物理理论体系的过程；。文献阅读讨课程目标4.了解微观物理学对现代（1）查阅文献的能力：论科学技术重大影响和各种应用（2）分析解决实际问题的能力课程目标5.了解并适当涉及正在发文献阅读讨展的学科前沿，扩大视野，引导学生（1）查阅文献的能力：论勇于思考、乐于探索发现，培养其良（2）分析解决实际问题的能力好的科学素质。七、成绩评定方法期末考试占50%，平时成绩占50%（其中阶段性测验（在线自学成绩）20%，作业10%，出勤和课堂参与等20%）。总成绩=0.5×期末成绩+0.2×阶段性测验+0.1X作业成绩+0.2×出勤与课堂参与成绩。作业阶段性测期末考出勤和课(10%)验试课程目标堂参与等课程分目标达成评价方法(20%)(20%)(50%)60708080课程目标1分目标达成度=（0.2x分目标在出勤与课堂参20102020课程目标2与的平均得分+0.1x分

6 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； 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。 末考试 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；。 课本中出现的重要实验 1.预习讨论 2.平时作业 3.期中和期 末考试 课程目标4. 了解微观物理学对现代 科学技术重大影响和各种应用 （1）查阅文献的能力； （2）分析解决实际问题的能力 文献阅读讨 论 课程目标5. 了解并适当涉及正在发 展的学科前沿，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。 （1）查阅文献的能力； （2）分析解决实际问题的能力 文献阅读讨 论 七、成绩评定方法 期末考试占 50%，平时成绩占 50%（其中阶段性测验（在线自学成绩）20%， 作业 10%，出勤和课堂参与等 20%）。总成绩=0.5×期末成绩+0.2×阶段性测验 +0.1×作业成绩+0.2×出勤与课堂参与成绩。 课程目标 出勤和课 堂参与等 （20%） 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 60 80 70 80 分目标达成度={（0.2ｘ 分目标在出勤与课堂参 课程目标2 20 10 20 20 与的平均得分+0.1ｘ分

目标在作业中平均得分+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201010课程目标30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分目标在阶段性测验中的总分+0.5x分目标在期末考试中的总分）1八、教材与参考资料（一）主要教材[1]】杨福家《原子物理学》，高等教育出版社，2018年。（二）主要参考书目[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。九、课程学习建议1.自主学习建议学生通过网络、图书馆自主查阅课程中涉及的学习资源，进行自主设计，自主调节和自主评价的学习，充分发挥自身的学习能动性。2.小组合作学习以小组为单位进行与教学内容相关的小组讨论、案例分析，并以主题发言或研究性小论文的方式在全班范围内进行展示。十、评分标准

7 八、教材与参考资料 （一）主要教材 [1] 杨福家 《原子物理学》，高等教育出版社，2018 年。 （二）主要参考书目 [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。 九、课程学习建议 1.自主学习 建议学生通过网络、图书馆自主查阅课程中涉及的学习资源，进行自主设计， 自主调节和自主评价的学习，充分发挥自身的学习能动性。 2.小组合作学习 以小组为单位进行与教学内容相关的小组讨论、案例分析，并以主题发言或 研究性小论文的方式在全班范围内进行展示。 十、评分标准 课程目标3 20 10 10 0 目标在作业中平均得分 +0.2ｘ分目标在阶段性 测验中的平均得分+0.5 ｘ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+0.1ｘ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+0.5ｘ分目标在 期末考试中的总分）}

90-10080-8970796069059课程教学目标良中优及格不及格课程目标1.熟练掌握能够系统地掌握能够较好地掌握能够掌握研究原子基本掌握研究原部分掌握研究原原子物理学、原子核物结构的各种实验方法的子结构的各种实验方研究原子结构的各种研究原子结构的各种子结构的各种实验方理学和基本粒子物理实验方法的基本原理实验方法的基本原理基本原理和所提供的物法的基本原理和所提法的基本原理和所提学的基本原理、基本概和所提供的物质结构和所提供的物质结构质结构信息，以及在实验供的物质结构信息，供的物质结构信息，以念和基本规律。信息，以及在实验的基信息，以及在实验的基以及在实验的基础上及在实验的基础上上的基础上上建立的相关础上上建立的相关的础上上建立的相关的的基本原理、基本概念和上建立的相关的基本建立的相关的基本原基本原理、基本概念和基本规律。原理、基本概念和基理、基本概念和基本规基本原理、基本概念和律。基本规律。基本规律。本规律。课程目标2.掌握原子能够系统地掌握单电能够较好地掌握单电能够掌握单电子原子和基本掌握单电子原子部分掌握单电子原子和原子核的结构、运动和多电子原子中电子子原子和多电子原子子原子和多电子原子多电子原子中电子的运和多电子原子中电子规律和研究方法，培养中电子的运动状态及中电子的运动状态及动状态及其相关规律，并的运动状态及其相关的运动状态及其相关学生分析同题和解决其相关规律，并对原子其相关规律，并对原子对原子核有一个清晰全规律，并对原子核有规律，并对原子核有一问题的能力，并为以后核有一个清晰全面的核有一个清晰全面的面的认识。二个清晰全面的认个清晰全面的认识。识。认识。继续学习量子力学、固认识。体物理学、近代物理实0

8 课程教学目标 90-100 80-89 70-79 60-69 0-59 优 良 中 及格 不及格 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。 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 基本规律。 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。 课程目标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 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

验等课程打下坚实的基础。课程目标3.结合一些能够清晰地认知能够较为清晰地能够认知物理概念基本认知物理概部分认知物理概物理学史的介绍，使学物理概念的建立和物认知物理概念的建立的建立和物理规律形成念的建立和物理规律念的建立和物理规律的过程。形成的过程。生了解如何由分析物理规律形成的过程。和物理规律形成的过形成的过程。。理实验结果出发、建立程。物理模型，进而建立物理理论体系的过程9

9 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 能够清晰地认知 物理概念的建立和物 理规律形成的过程。 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。 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