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第一章 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

一、原子的经典性质 1

二、光子的粒子特征 4

三、电子的发现 7

四、电子的电荷与大小 10

五、汤姆孙原子模型 13

1.2 α粒子散射实验和卢瑟福原子模型 14

一、α粒子散射实验 14

二、卢瑟福原子模型及散射公式 17

三、卢瑟福散射公式与实验的比较 21

四、截面 24

1.3 氢原子光谱和玻尔原子模型 26

一、氢原子光谱和光谱项 27

二、玻尔原子模型 29

三、能级图 33

四、能级和原子光谱 36

1.4 类氢离子光谱和原子的激发实验 39

一、类氢离子光谱 40

二、核质量的影响 41

三、激发电势的测量 43

1.5 碱金属原子的光谱和能级 46

一、碱金属原子的光谱 46

二、索末菲原子模型 47

三、原子实的极化和轨道贯穿效应 49

四、碱金属原子的能级 52

1.6 特殊的氢原子体系 54

一、里德伯原子 54

二、奇特原子 56

三、粒子素 62

习题 63

第二章 量子力学初步 66

一、单光子的粒子性 67

2.1 波粒二象性 67

二、单光子的波动性 69

三、德布罗意波 71

四、电子的晶体衍射实验 72

五、单电子的波动性 77

2.2 不确定关系 79

一、位置和动量不确定关系 79

二、能量和时间不确定关系 83

2.3 波函数及其物理意义 84

一、波函数的引入 84

二、波函数的统计解释 86

三、对波函数的进一步讨论 88

2.4 薛定谔方程 90

一、薛定谔方程的建立 91

二、力学量算符、本征值和平均值 95

三、一维无限高方势阱 98

五、方势垒和隧道效应 102

四、零点能 102

六、电子显微镜和扫描隧道显微镜 105

2.5 氢原子的量子力学解 107

一、中心力场薛定谔方程 107

二、Φ和Θ方程式的解和角动量 108

三、R方程式的解和能量 111

四、发现电子的概率的空间分布 114

2.6 对应原理和普朗克常数 116

一、对应原理 117

二、作用量判据 118

三、精确度的极限 120

习题 121

第三章 原子磁矩和电子自旋 125

3.1 轨道磁矩和斯特恩-盖拉赫实验 125

一、轨道磁矩 125

二、外磁场对磁矩的作用 127

三、斯特恩-盖拉赫实验 130

一、碱金属原子光谱的精细结构 133

3.2 电子自旋和原子磁矩 133

二、电子自旋 135

三、自旋-轨道相互作用 139

四、总角动量 141

五、原子磁矩 143

3.3 氢原子能级的精细结构 146

一、精细结构 146

二、兰姆移动 152

三、超精细结构 154

3.4 外场中的原子 156

一、塞曼效应 156

二、电子顺磁共振 163

三、斯塔克效应 165

习题 169

一、氦原子的光谱和能级 173

第四章 氦原子和多电子原子 173

4.1 氦原子的能级 173

二，氦原子能级的简单讨论 175

4.2 泡利不相容原理和交换效应 179

一、波函数的交换对称性 179

二、泡利不相容原理 181

三、交换效应与氦原子 183

4.3 多电子原子的原子态和能级 187

一、多电子原子的电子组态 187

二、LS耦合 191

三、jj耦合 200

四、选择定则 203

4.4 电子的壳层结构和原子基态 205

一、原子中电子的壳层结构 205

二、原子基态 218

一、X射线的发现和衍射现象 219

4.5 原子的内层能级和X射线 219

二、X射线管及其发射谱 223

三、俄歇电子和荧光产额 229

四、同步辐射 233

习题 235

第五章 分子结构和分子光谱 238

5.1 分子的形成 238

一、离子键 239

二、共价键 241

5.2 分子能级和分子光谱 246

5.3 双原子分子光谱 249

一、转动光谱 249

二、振动光谱 254

三、振动转动光谱带 256

四、分子的电子态 259

五、电子振动光谱带系 263

六、电子振动转动光谱带系 266

5.4 喇曼散射 270

5.5 核自旋对双原子分子能级布居和光谱的影响 279

5.6 多原子分子光谱 286

一、多原子分子的转动 286

二、多原子分子的振动 291

三、多原子分子的电子态 294

四、多原子分子的能级和光谱特性 294

习题 295

第六章 固体的结构和性质 299

6.1 晶体结构 300

一、晶体的晶格结构 300

二、晶格的周期性 305

三、晶系和布喇菲格子 307

6.2 晶体的结合 310

一、晶体结合的四种基本形式 310

二、结合力的普遍性质和结合能 315

三、离子晶体的库仑能和马德隆(Madelung)常数 318

6.3 晶格振动和固体的热学性质 320

一、简正振动和晶格热容量的量子理论 321

二、晶体的非简谐振动和热膨胀 328

6.4 固体中的电子状态 330

一、金属中的自由电子气 330

二、固体的能带理论 335

三、电子在晶体中的速度和有效质量 340

四、导体、绝缘体和半导体 342

6.5 半导体 347

一、半导体的导电机制 347

二、电子和空穴的统计分布 352

三、p-n结 357

四、半导体超晶格 358

五、经典和量子霍耳效应 361

6.6 固体的磁性 364

一、介质的磁化 364

二、抗磁性 365

三、顺磁性 367

四、铁磁性 370

五、反铁磁性和亚铁磁性 374

6.7 超导电性 377

一、超导体的基本电磁学性质 377

二、超导电性的宏观和微观理论 381

三、高温超导材料研究的进展 385

6.8 固体中的光吸收 386

一、基本吸收 388

二、激子吸收 389

三、自由载流子吸收 391

四、晶格吸收 392

五、杂质吸收 392

习题 394

第七章 粒子和原子的相互作用 398

7.1 光子的吸收和散射 398

一、光电效应 399

二、汤姆孙散射和康普顿散射 403

三、瑞利散射 408

四、吸收定律 412

五、近阈和扩展X射线吸收精细结构 415

7.2 正电子及有关效应 417

一、正电子和反粒子 417

二、电子对效应 420

三、电子偶素 422

四、正电子湮灭 424

7.3 带电粒子碰撞 428

一、卢瑟福散射和莫特散射 430

二、非弹性散射 436

三、多次散射 439

7.4 带电粒子的电离损失 440

一、电离损失 440

二、径迹和射程 445

三、某些应用技术 447

7.5 碰撞激发和退激发 452

一、热激发 452

二、无辐射碰撞退激发 454

7.6 能级宽度和跃迁 457

一、跃迁概率和寿命 457

二、能级宽度 461

三、谱线增宽 465

四、选择定则和禁戒跃迁 469

习题 473

第八章 原子核的基本性质和结构 476

8.1 原子核的一般性质 476

一、质子和中子组成核 476

二、原子核的质量和核素 479

三、原子核的大小和密度 481

8.2 原子核的量子性质 482

一、自旋、磁矩和电四极矩 482

二、核磁共振 486

三、宇称和统计性 489

8.3 原子核的稳定性和结合能 490

一、核素图和β稳定线 490

二、结合能 493

三、液滴模型和半经验公式 496

8.4 核力 499

一、核力性质 499

二、核力的介子场论 504

8.5 核结构模型 506

一、壳层模型 507

二、集体模型 511

习题 515

第九章 核衰变和核反应 518

9.1 放射性衰变的基本规律 518

一、指数衰变规律和活度 519

二、级联衰变 522

三、核素生产 525

9.2 α衰变 526

一、α衰变条件和衰变能 526

二、衰变纲图 528

三、α衰变理论 530

四、质子和其它类α放射性 533

9.3 β衰变 534

一、β衰变类型和衰变能 534

二、β射线能谱和中微子 538

三、跃变分类和选择定则 540

9.4 γ跃迁 542

一、γ射线多极性和选择定则 542

二、内转换和同质异能态 545

三、穆斯堡尔效应 546

四、γ-γ角关联 550

9.5 核反应 552

一、概况 552

二、反应能和阈能 555

三、反应截面 559

9.6 裂变和聚变 561

一、自发裂变和诱发裂变 561

二、链式反应和反应堆 562

三、轻核聚变 564

四、太阳能 569

习题 571

第十章 粒子物理 575

10.1 粒子的基本性质和分类 576

一、粒子的基本性质 576

二、相互作用 578

三、粒子的分类 586

10.2 守恒定律 590

一、重子数 590

二、轻子数 592

三、奇异数 593

四、同位旋 595

五、宇称 597

六、电荷共轭和GPT定律 601

10.3 强子的夸克模型 605

一、夸克假设 606

二、重子和介子的夸克构成 610

三、夸克的“色”和夸克间的相互作用 613

10.4 夸克和轻子 618

一、夸克和轻子 618

二、相互作用的统一 619

习题 621

习题答案 623

附录Ⅰ 基本的物理常数 633

附录Ⅱ 原子单位制 635

附录Ⅲ 原子K、L壳层的电子结合能和X射线能量 636

附录Ⅳ 诺贝尔物理奖获得者 642

人名索引 649