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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