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绪章绪论
公元前4世纪，古希腊哲学家留基伯和他的学生德谟克利特提出了“原子”的概念，并将其看作构成物质的最小单元。随着科学技术的发展，经历了三大发展时期后，形成了建立在科学基础上的原子物理学理论。
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●0.1原子物理学的发展历史
原子物理学的发展历史
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第一章原子的基本概况
原子的基本概况
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●1.1原子的质量和大小
原子的质量有两种表示方式：相对质量和绝对质量；原子的大小可由三种方法近似推出，其数量级为10-10m。
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●1.2原子的核式结构
电子、X射线、放射性的发现表明原子是可以再分的，是有内部结构的。汤姆逊建立的西瓜式原子结构模型被α粒子散射实验否定后，1911年卢瑟福提出了原子的核式结构模型。
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第二章原子的能级和辐射
原子的能级和辐射
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●2.1量子假说的依据黑体辐射和光电效应
为了解释黑体辐射，普朗克提出了能量子假说，并由玻尔兹曼分布律和经典电动力学理论，得出了描述黑体辐射规律的普朗克公式。后来爱因斯坦为了解释光电效应实验，提出了光量子的概念，即“光子”的概念。
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●2.2光谱
光谱是研究物质结构的重要途径之一。根据光谱形状可分为：连续光谱、带状光谱、线状光谱；根据形成机制可分为：发射光谱和吸收光谱；根据波长可分为：红外光谱、可见光谱、紫外光谱等。
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●2.3氢原子光谱
氢原子的光谱为线状谱，谱线构成赖曼系、巴尔末系、帕邢系、布喇开系等谱线系。谱线波数等于两光谱项之差，可用广义巴尔末公式表示。
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●2.4玻尔的氢原子理论和关于原子的普遍规律
为了解释氢原子光谱的实验事实，玻尔将量子化概念运用到原子，提出了三条基本假设：定态假设、跃迁假设、轨道角动量量子化假设。根据这三基本条假设得出氢原子的轨道半径和能量的量子化表示。
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●2.5类氢离子的光谱
原子核外只有一个电子，而核电荷数大于1的体系称为类氢离子，具有和氢原子相似的电学结构。氢原子的各项结论（能量、轨道半径、光谱项、谱线波数等）中核电荷数1换为类氢离子的核电荷数Z后，即可将其应用于各类氢离子体系。
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●2.6夫兰克-赫兹实验与原子能级
1914年，夫兰克和赫兹进行了电子轰击汞原子的实验。实验结果表明，汞原子被激发时，吸收一定数值的能量，这些能量数值是不连续的，说明汞原子体系的内部能量是量子化的，证明了原子能级的存在。
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●2.7量子化通则---玻尔模型的推广
索末菲等人将玻尔的氢原子理论由圆周运动推广到了椭圆运动。电子在一个平面上作椭圆运动，是二自由度的运动，体系每个自由度都必须满足量子化条件。
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●2.8史特恩-盖拉赫实验与原子空间取向量子化
银原子束在非均匀磁场中的运动情况表明银原子受到的磁场力有两种不同的取值，说明银原子的磁矩有两种不同的空间取向，即，银原子磁矩的空间取向是量子化的，进而说明角动量（轨道）的空间取向是量子化的。
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●2.9原子的激发与辐射 激光原理
基态的原子吸收能量跃迁到较高能量状态的过程称作原子的激发；从激发态退到基态或较低的能态并以辐射的形式释放能量，该过程称作辐射。激光器就是利用原子的多次自激发和辐射实现光放大。
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●2.10对应原理与玻尔理论的地位
1920年，玻尔提出了对应原理：在大量子数极限情况下，量子体系的行为将渐近地趋向经典力学体系，量子规律趋向经典规律，得到一致结果。这说明了量子理论的规律比经典理论更具有普遍性。玻尔理论在人们认识原子结构的进程中有很大的贡献，但仍存在不足。
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第三章量子力学初步
量子力学初步
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●3.1微观粒子的波粒二象性
1924年德布罗意大胆假设：不仅辐射（光子）具有二象性，一切实物粒子 (电子、分子) 都具有波粒二象性。戴维逊和革末以及汤姆逊利用电子衍射实验证明了电子的波动性。
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●3.2不确定关系式
微观粒子具有波粒二象性，微观粒子的位置、动量、能量、和时间都具有不确定性，用经典概念(坐标、动量、能量、轨道等)描述其状态会受到限制。经过严格推导，海森堡给出了描述微观粒子状态的不确定关系。
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●3.3波函数及其物理意义
1925年，薛定谔给出了描述微观粒子状态的波函数。波函数是概率波，满足统计规律，在某一点找到微观粒子的概率和波函数在该点的强度成正比。
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●3.4薛定谔方程
薛定谔方程描述了微观粒子的运动状态在势场中随时间变化的规律，是量子力学的基本方程。但需要要注意，薛定谔方程不是从基本假定推导得出的。
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●3.5量子力学对氢原子的描述
根据氢原子的薛定谔方程，可得出描述其状态的主量子数n、角量子数l和磁量子数m，验证了氢原子能量、轨道角动量、轨道空间取向的量子化特征。
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第四章碱金属原子和电子自旋
碱金属原子和电子自旋
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●4.1碱金属原子的光谱
各碱金属原子具有相似的光谱结构，通常可观察到主线系、漫线系、锐线系、基线系四个线系。碱金属原子的光谱项与量子数n和l有关，其能级同氢原子同主量子数的能级相比，在n较小时，碱金属原子能量低；n较大时，两者差别不大。
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●4.2原子实的极化和轨道贯穿
碱金属原子存在原子实极化和轨道贯穿效应，导致碱金属原子有效核电核数不为1，因此光谱项主量子数取不到整数，即主量子数存在修正项。这也正是碱金属原子能级同氢原子能级存在差别的原因。
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●4.3碱金属原子光谱的精细结构和电子自旋
碱金属原子光谱具有相似的精细结构：主线系和锐线系为双线，漫线系和基线系为三线。乌伦贝克和古兹密特认为电子除了轨道运动外，还有另一种运动：自旋。
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●4.4自旋同轨道运动的相互作用能和跃迁选择定则
自旋-轨道相互作用引起碱金属原子能级分裂，进而导致谱线分裂，形成精细结构。根据光谱精细结构的规律，得出电子在分裂后的能级间跃迁时，要遵循一定的跃迁选择定则。
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●4.5氢原子光谱的精细结构与蓝姆移动
相对论效应和旋轨相互作用导致氢原子能级分裂，形成光谱精细结构。此外发光产生的辐射场对氢原子能量也有一定的影响，使得有些能级发生了蓝姆移动。
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第五章多电子原子
多电子原子
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●5.1氦及周期系第二族元素的光谱和能级
氦及周期系第二族元素具有相似的电子结构：原子实+两个价电子；因此具有相似的能级结构和光谱结构：两套能级（单重态和三重态）、两套光谱线（单线系光谱和复杂光谱）。
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●5.2具有两个价电子原子的原子态
处于一定状态的若干个（价）电子的电子态的组合(n1l1 n2l2 n3l3…)称为电子组态。两个价电子对应四种运动形式，可产生六种相互作用。根据相互作用强弱不同形成两类耦合：LS耦合、jj耦合。
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●5.3泡利不相容原理与同科电子
电子在占据轨道时，需要满足泡利不相容原理，即一个原子中不可能有两个电子占据同一状态。因此对于nl相同的电子即同科电子，其状态数目比非同科电子少。
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●5.4复杂原子光谱的一般规律
复杂原子的能级及光谱满足位移规律、多重性的交替律。LS耦合下，能级分布同样满足洪特定则和朗德间隔定则。
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●5.5辐射跃迁的普用选择定则、氦氖激光器
电子在不同能级间跃迁首先要满足普用选择定则即宇称条件：电子只能在不同宇称的状态之间跃迁，即从奇宇称到偶宇称或者从偶宇称到奇宇称。
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第六章在磁场中的原子
在磁场中的原子
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●6.1原子的磁矩
闭合壳层电子对原子磁矩没用贡献，而原子核磁矩对原子总磁矩的贡献很小，可以忽略不计，因此原子磁矩只需要考虑价电子的磁矩即可。原子磁矩对外起作用的是其平行于总角动量方向的分量，即有效磁矩。
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●6.2外磁场对原子的作用
在外磁场作用下，原子磁矩（角动量）绕外磁场方向做拉莫尔进动，引起附加能量，导致原子能级发生分裂，产生磁能级。
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●6.3施特恩-盖拉赫实验结果的新解释
旧量子论理论结果和施特恩-盖拉赫实验结果存在矛盾。引入自旋后，在新量子论理论下，成功解释了银原子束在非均匀磁场中分裂为偶数束的实验结果。
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●6.4物质的磁性 磁共振
物质的磁性通常有三类：顺磁性、抗磁性、铁磁性。满足一定条件时，处于低能级的电子吸收电磁波的能量跃迁到临近的高能级，发生磁共振。磁共振在物理、化学、材料、医学等领域有广泛的应用。
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●6.5塞曼效应
在弱磁场作用下，原子谱线发生分裂的现象被称为塞曼效应。塞曼效应分为正常塞曼效应和反常塞曼效应。
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第七章原子的壳层结构
原子的壳层结构
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●7.1原子性质的周期性变化
按元素周期表顺序，原子的半径、电离能、光谱性质等物理、化学性质呈现出周期性变化。
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●7.2原子的电子壳层结构
原子中的电子状态按照量子数nl构成壳层结构。电子在占据状态时，要满足泡利不相容原理和能量最低原理。根据以上两原理可以分别确定出每个主壳层和次壳层能容纳的最大电子数、元素周期表中每一周期的元素数。
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●7.3原子基态的原子态
原子能量最低的状态称为基态，此时原子中所有电子都处于各自可能的最低能量状态。原子基态的光谱项是指最外层的次壳层同科电子所形成的诸原子态中能量最低的原子态。
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第八章X射线
X射线
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●8.1X射线的发现及其波动性
1905年，伦琴认识到在阴极射线实验中出现了一种新的射线，因其神秘性，被称为X射线。X射线的本质是短波电磁辐射，具有光的一切性质。
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●8.2X射线的发射谱
原子内层电子跃迁产生的线状谱被视为元素的“指纹”，可作为识别元素的标准， 因此也被称为特征谱或者标识谱。特征谱线叠加在连续谱上构成线系，分别记为K系、L系、M系、……等。
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●8.3X射线的吸收
X射线通过物质时，会与物质发生相互作用，被物质吸收。吸收系数随X光子能量的增加而下降，在光子能量达到某一值时，吸收系数会突然增加然后再逐渐下降，在该处形成吸收限。
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●8.4康普顿效应
康普顿发现，X射线经物质散射后，除原波长成分外，出现了波长增加的成分，这一现象被称为康普顿效应。在康普顿效应中，波长的改变量和散射物无关，取决于散射角度。