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第1章 原子模型和单电子原子 1

1.1 原子的经典性质和汤姆孙原子模型 1

1.1.1 原子的经典性质 1

1.1.2 电子的发现和质量 4

1.1.3 电子的电荷与大小 6

1.1.4 汤姆孙原子模型 8

1.2 α粒子散射实验和卢瑟福原子模型 9

1.2.1 α粒子散射实验 9

1.2.2 卢瑟福原子模型及散射公式 11

1.2.3 卢瑟福散射公式与实验的比较 14

1.2.4 作用截面 16

1.3 氢原子光谱和玻尔原子模型 18

1.3.1 氢原子光谱和光谱项 19

1.3.2 玻尔原子模型 20

1.3.3 轨道图和能级图 23

1.3.4 跃迁和原子光谱 26

1.4 类氢离子光谱和原子的激发实验 28

1.4.1 类氢离子光谱 29

1.4.2 原子核质量的影响 30

1.4.3 弗兰克-赫兹实验——激发电势的测量 31

1.5 特殊的氢原子体系 34

1.5.1 里德伯态 34

1.5.2 奇特原子 36

1.5.3 粒子素、电子偶素和反氢原子 40

习题 41

第2章 量子力学初步 44

2.1 波粒二象性 45

2.1.1 光子的粒子特性 45

2.1.2 单光子的粒子性 48

2.1.3 单光子的波动性 49

2.1.4 德布罗意波 50

2.1.5 电子的晶体衍射实验 52

2.1.6 单电子的波动性 55

2.2 不确定关系 57

2.2.1 位置和动量的不确定关系 57

2.2.2 能量和时间的不确定关系 60

2.3 波函数及其物理意义 61

2.3.1 波函数的引入 61

2.3.2 波函数的统计解释和物理要求 62

2.3.3 对波函数的进一步讨论 65

2.4 薛定谔方程及应用例子 67

2.4.1 薛定谔方程的建立 67

2.4.2 定态薛定谔方程 68

2.4.3 一维无限高方势阱和零点能 70

2.4.4 一维方势垒和隧道效应 73

2.4.5 电子显微镜和扫描隧道显微镜 74

2.5 力学量的算符、本征值和测量值 76

2.5.1 本征方程和算符 76

2.5.2 本征值和测量值 78

2.6 氢原子的量子力学解 80

2.6.1 中心力场薛定谔方程 80

2.6.2 Ф和Θ方程式的解和角动量 81

2.6.3 R方程式的解和能量 84

2.6.4 电子的空间概率密度分布 86

2.7 对应原理和普朗克常数的物理意义 93

2.7.1 对应原理 93

2.7.2 作用量判据 94

2.7.3 精确度的极限 95

习题 96

第3章 电子自旋和原子能级的精细结构 99

3.1 原子的轨道磁矩和斯特恩-盖拉赫实验 99

3.1.1 原子的轨道磁矩 99

3.1.2 磁矩与磁场的相互作用 101

3.1.3 斯特恩-盖拉赫实验 102

3.2 电子自旋和自旋-轨道相互作用 104

3.2.1 电子自旋 104

3.2.2 自旋-轨道相互作用 107

3.2.3 总角动量 109

3.2.4 角动量相加法则和原子多重态 110

3.3 氢原子能级的精细结构和超精细结构 112

3.3.1 氢原子能级的精细结构修正 112

3.3.2 氢原子光谱的精细结构 117

3.3.3 兰姆移位和电子的反常磁矩 118

3.3.4 超精细结构 121

3.4 碱金属原子的能级与光谱 124

3.4.1 碱金属原子的能级及量子数亏损 124

3.4.2 碱金属原子的光谱 125

3.4.3 碱金属原子能级和光谱的精细结构 127

3.5 外场中的原子 129

3.5.1 外磁场中的原子：塞曼效应 129

3.5.2 电子顺磁共振和原子分子束磁共振 137

3.5.3 外电场中的原子：斯塔克效应 138

习题 141

第4章 多电子原子的能级和光谱 143

4.1 氦原子的光谱和能级 143

4.2 泡利不相容原理和交换效应 145

4.2.1 全同性原理和波函数的交换对称性 145

4.2.2 泡利不相容原理 147

4.2.3 两个电子的自旋波函数 147

4.2.4 氦原子的波函数与交换效应 149

4.3 多电子原子的电子组态和壳层结构 153

4.3.1 多电子原子的中心力场近似和电子组态 153

4.3.2 原子的壳层结构和元素周期律 155

4.3.3 电子组态能级的简并度 163

4.4 多电子原子的原子态和能级 164

4.4.1 LS耦合 165

4.4.2 jj耦合 171

4.4.3 洪特定则和原子基态 173

4.4.4 外磁场中的多电子原子能级分裂 175

4.4.5 选择定则和多电子原子的光谱 175

4.5 原子的内层能级和特征X射线 177

4.5.1 X射线发射谱 178

4.5.2 俄歇电子能谱和荧光产额 181

4.5.3 同步辐射 183

习题 185

第5章 分子结构和分子光谱 187

5.1 分子能级结构和光谱概述 187

5.2 分子的化学键 189

5.2.1 离子键 190

5.2.2 共价键 192

5.3 双原子分子的能级和光谱 196

5.3.1 玻恩-奥本海默近似 196

5.3.2 双原子分子的转动能级和转动光谱 197

5.3.3 双原子分子的振动能级和振动光谱 201

5.3.4 双原子分子的电子结构 206

5.3.5 双原子分子的电子振动转动光谱 211

5.4 拉曼散射 216

习题 222

第6章 原子核的基本性质和结构 223

6.1 原子核的经典性质 223

6.1.1 原子核的电荷和组成 223

6.1.2 原子核的质量和核素 225

6.1.3 原子核的大小和密度 228

6.2 原子核的量子性质 229

6.2.1 自旋、磁矩和电四极矩 229

6.2.2 核磁共振 232

6.2.3 宇称和统计性 234

6.3 原子核的稳定性和结合能 235

6.3.1 核素图和β稳定线 235

6.3.2 结合能 237

6.3.3 液滴模型和结合能的半经验公式 240

6.4 核力 242

6.4.1 核力的性质 242

6.4.2 核力的介子场论和交换作用 245

6.5 核结构模型 246

6.5.1 壳层模型 247

6.5.2 集体模型 250

习题 254

第7章 核衰变和核反应 256

7.1 放射性衰变的基本规律 256

7.1.1 指数衰变规律和活度 257

7.1.2 级联衰变 259

7.1.3 核素生产 261

7.2 α衰变 262

7.2.1 α衰变条件和衰变能 262

7.2.2 衰变纲图 264

7.2.3 α衰变概率和寿命 265

7.2.4 质子和其他类α放射性 267

7.3 β衰变 268

7.3.1 β衰变类型和衰变能 268

7.3.2 β射线能谱和中微子 271

7.3.3 β跃迁分类和选择定则 273

7.4 γ跃迁 274

7.4.1 γ射线多极性和选择定则 274

7.4.2 内转换和同质异能态 277

7.4.3 穆斯堡尔效应 278

7.5 核反应 280

7.5.1 核反应分类 280

7.5.2 重离子核反应 281

7.5.3 守恒定律和反应截面 283

7.5.4 反应能和阈能 285

7.6 裂变和聚变 287

7.6.1 自发裂变、诱发裂变和中子源 287

7.6.2 链式反应、原子弹、裂变反应堆和核电站 289

7.6.3 人工核聚变和聚变反应堆 292

7.6.4 太阳能和氢弹 296

习题 298

第8章 射线与物质的相互作用 302

8.1 光子的吸收和散射 303

8.1.1 光电效应 303

8.1.2 康普顿散射和汤姆孙散射 305

8.1.3 瑞利散射和共振散射 310

8.1.4 吸收定律和X射线吸收精细结构 312

8.2 正电子及有关效应 314

8.2.1 正电子和反粒子 314

8.2.2 电子对效应 317

8.2.3 电子偶素 318

8.2.4 正电子湮灭 320

8.3 带电粒子的弹性和非弹性散射 323

8.3.1 卢瑟福散射和莫特散射 324

8.3.2 非弹性散射 328

8.3.3 多次散射 330

8.4 带电粒子的电离损失和射程 331

8.4.1 电离损失 331

8.4.2 径迹和射程 335

8.5 热碰撞激发和退激发 337

8.5.1 热激发和布居 337

8.5.2 无辐射碰撞退激发 339

8.6 能级、跃迁和谱线的特性 341

8.6.1 跃迁速率和寿命 342

8.6.2 谱线和能级的宽度 344

8.6.3 谱线增宽和线形 347

8.6.4 跃迁类型和选择定则 349

8.7 射线的重要应用技术 352

8.7.1 简单的能谱技术 353

8.7.2 影像诊断技术 356

8.7.3 放射治疗 361

习题 364

第9章 粒子物理 367

9.1 粒子的基本性质和分类 368

9.1.1 粒子的基本性质 368

9.1.2 轻子 370

9.1.3 强子 375

9.1.4 规范玻色子、希格斯粒子和反粒子 379

9.2 强子的夸克模型 381

9.2.1 夸克的引入 381

9.2.2 介子和重子的夸克组成 383

9.2.3 夸克的基本性质和夸克模型的深入讨论 385

9.3 守恒定律与对称性 390

9.3.1 相加性量子数的守恒律 391

9.3.2 相乘性量子数的守恒律 392

9.4 粒子物理的标准模型及其他物理模型 398

9.4.1 粒子物理的标准模型和四种相互作用 398

9.4.2 引力相互作用 400

9.4.3 电磁相互作用 401

9.4.4 弱相互作用及弱电统一理论 402

9.4.5 强相互作用 406

9.4.6 标准模型面临的挑战 410

9.4.7 标准模型以外的理论 414

习题 417

附录Ⅰ 基本的物理和化学常数 420

附录Ⅱ 电磁波谱和波段 422

附录Ⅲ 10的幂词头 424

附录Ⅳ 原子单位制 425

附录Ⅴ 诺贝尔物理学奖获得者及其主要工作 426

习题答案 436

主要参考书目 443

中英文名词索引 445

人名索引 452

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