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第1章 原子和量子1

1.1原子学说1

1.1.1思辨的原子论1

1.1.2化学原子论1

1.1.3物理原子论2

1.2电子和汤姆孙模型4

1.2.1电子的发现4

1.2.2汤姆孙模型6

1.3原子的核式结构8

1.3.1放射性的发现8

1.3.2 α射线8

1.3.3 α粒子散射实验9

1.3.4卢瑟福核式模型11

1.3.5卢瑟福散射公式11

1.3.6原子核的大小16

1.3.7高能散射实验16

1.4黑体辐射与能量子17

1.4.1黑体辐射实验17

1.4.2基本结果18

1.4.3经典理论的解释20

1.4.4普朗克公式21

1.4.5能量子22

1.5光电效应与光量子24

1.5.1光电效应24

1.5.2爱因斯坦关于光电效应的图像26

1.5.3光电效应方程的实验验证27

1.5.4爱因斯坦关系28

1.5.5康普顿效应29

1.5.6光的波粒二象性33

1.6原子光谱与玻尔模型35

1.6.1原子光谱35

1.6.2玻尔氢原子理论38

1.6.3弗兰克-赫兹实验47

1.6.4玻尔理论的局限51

1.7物质的波粒二象性52

1.7.1德布罗意假设52

1.7.2实验验证54

1.7.3物质的波粒二象性58

第2章 状态和薛定谔方程59

2.1状态和波函数59

2.1.1微观系统运动状态59

2.1.2归一化60

2.1.3 态叠加原理62

2.1.4动量空间波函数64

2.2薛定谔方程65

2.2.1薛定谔方程65

2.2.2定态68

2.2.3概率守恒定律69

2.3一维无限深方势阱70

2.3.1方势阱70

2.3.2分区解71

2.3.3连接条件72

2.3.4能级和波函数73

2.3.5物理意义73

2.4隧道效应75

2.4.1一维散射75

2.4.2散射边界条件76

2.4.3反射系数与穿透系数77

2.4.4隧道效应78

2.5氢原子79

2.5.1有心力场79

2.5.2球谐函数80

2.5.3径向波函数84

2.5.4库仑势87

2.5.5氢原子91

2.5.6电子云94

2.6谐振子96

2.6.1简谐振子96

2.6.2能级和波函数98

2.6.3半谐振子99

第3章 力学量和算符100

3.1力学量的平均值100

3.1.1坐标平均值101

3.1.2动量平均值102

3.1.3算符103

3.2算符104

3.2.1算符运算104

3.2.2对易关系和反对易关系105

3.2.3线性算符107

3.2.4本征值和本征波函数107

3.2.5本征谱与简并度107

3.2.6厄米算符108

3.2.7厄米算符的重要性质110

3.2.8力学量用线性厄米算符代表112

3.3均方差和本征态113

3.3.1均方差113

3.3.2本征态114

3.3.3代表力学量的算符的线性115

3.4常用算符116

3.4.1坐标算符116

3.4.2动量算符117

3.4.3海森伯代数119

3.4.4动量算符的物理意义120

3.4.5角动量算符120

3.4.6一般力学量124

3.4.7能量算符125

3.4.8宇称算符126

3.5力学量本征态的完备性127

3.5.1叠加态的分布127

3.5.2本征态的完备性129

3.5.3连续谱情形130

3.5.4一般谱131

3.5.5完备性关系132

3.5.6量子力学第三假定132

3.6态空间和表象133

3.6.1态空间133

3.6.2力学量的表示134

3.6.3矩阵表示135

3.6.4狄拉克记号137

3.6.5酉变换139

3.6.6物理性质的表示无关性142

3.7状态的完全确定142

3.7.1自由度问题142

3.7.2共有完备本征态条件144

3.7.3完全力学量组147

3.7.4定态系统的形式解147

3.7.5守恒量148

3.8不确定关系150

3.8.1实验分析150

3.8.2两种分布152

3.8.3理论证明154

3.8.4应用155

3.9粒子数表象中的谐振子156

3.9.1吸收算符和发射算符156

3.9.2粒子数算符的本征态157

3.9.3各算符的矩阵形式159

3.9.4谐振子谱161

3.9.5状态波函数161

第4章 带电粒子在电磁场中的运动164

4.1玻姆-阿哈拉诺夫效应164

4.1.1哈密顿量164

4.1.2运动方程165

4.1.3概率守恒165

4.1.4玻姆-阿哈拉诺夫效应166

4.2朗道能级169

4.2.1不对称规范169

4.2.2对称规范171

4.3原子磁矩和塞曼效应172

4.3.1原子磁矩172

4.3.2塞曼效应174

4.3.3理论解释175

4.4电子自旋176

4.4.1施特恩-格拉赫实验176

4.4.2钠原子光谱线的精细结构179

4.4.3电子自旋假设180

4.4.4自旋波函数181

4.4.5自旋算符182

4.4.6自旋在任意方向投影的波函数185

4.4.7泡利方程186

4.4.8自旋磁矩在磁场中的转动187

4.5角动量理论188

4.5.1角动量算符的本征值和矩阵表示189

4.5.2自旋角动量算符193

4.6角动量的耦合194

4.6.1两个角动量的耦合194

4.6.2矢量耦合系数199

4.6.3自旋态的耦合201

4.7自旋轨道耦合和能级精细结构202

4.7.1托马斯耦合202

4.7.2 CSCO202

4.7.3角向本征波函数——球旋量203

4.7.4一般解204

4.7.5能级修正205

4.7.6相对论动能修正206

4.7.7波函数零点值修正208

4.7.8光谱项符号209

4.8自旋电子的塞曼效应210

4.8.1原子总磁矩210

4.8.2总磁矩在总角动量方向投影211

4.8.3自旋电子的塞曼效应211

4.8.4反常塞曼效应214

4.8.5帕邢-巴克效应215

4.9元素周期表216

4.9.1泡利原理217

4.9.2原子的壳层结构219

4.9.3自旋轨道耦合220

第5章 原子核、粒子和宇宙演化225

5.1原子核的基本性质225

5.1.1原子核的组成226

5.1.2原子核的大小228

5.1.3核物质密度230

5.1.4原子核的自旋和核磁矩230

5.1.5电四极矩232

5.1.6原子核的宇称232

5.2核力233

5.2.1原子核的结合能233

5.2.2核力235

5.3原子核结构的模型238

5.3.1原子核的稳定性238

5.3.2原子核的结构239

5.3.3液滴模型240

5.3.4壳模型241

5.3.5集体模型245

5.4核衰变246

5.4.1核衰变及放射性246

5.4.2原子核衰变的一般规律246

5.4.3放射系248

5.4.4 α衰变249

5.4.5 β衰变252

5.4.6 γ衰变257

5.4.7放射性的应用258

5.4.8穆斯堡尔效应及其应用260

5.5核反应263

5.5.1核反应263

5.5.2原子核的裂变268

5.5.3原子核的聚变271

5.6粒子的基本性质和分类273

5.6.1粒子的基本性质274

5.6.2粒子的分类277

5.6.3反粒子284

5.7强子的夸克模型286

5.7.1夸克的基本性质288

5.7.2重子和介子的夸克组成292

5.8基本相互作用与守恒律295

5.8.1电磁相互作用295

5.8.2弱相互作用296

5.8.3电弱统一298

5.8.4强相互作用301

5.8.5守恒定律与对称性303

5.9粒子物理标准模型311

5.9.1粒子物理的标准模型简述311

5.9.2其他物理理论模型313

5.10宇宙演化315

5.10.1宇宙学标准模型315

5.10.2三大验证317

5.10.3恒星的演化320

5.10.4太阳的一生323

5.10.5问题和挑战323