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0　绪论 1

0.1　物质的原子观 1

0.2　原子是物质结构的一个层次 6

0.3　原子物理学的研究方法 7

0.4　原子是微观体系 7

0.5　原子是一种物理模型 8

1　原子的核式结构——卢瑟福模型 9

1.1　原子时代的序曲 9

1.2　原子的结构 10

1.2.1 电子的发现 10

1.2.2　汤姆孙的原子模型 16

1.3　卢瑟福原子模型 20

1.3.1 卢瑟福原子核式结构模型 20

1.3.2　卢瑟福散射公式 21

习题 34

2　氢原子的光谱与能级——玻尔模型 36

2.1　氢原子的光谱 36

2.1.1 光谱 36

2.1.2　氢原子的光谱 38

2.2　玻尔的氢原子模型 42

2.2.1 经典理论解释氢原子光谱的困难 42

2.2.2　玻尔的氢原子模型（1913年） 43

2.2.3　氢的里德伯常数实验值与理论值的偏差 48

2.2.4　氢原子的连续谱 49

2.3　类氢离子的光谱 50

2.3.1　类氢离子与皮克林线系 50

2.3.2　氘的发现 52

2.4　夫兰克-赫兹实验 53

2.4.1　基本思想 53

2.4.2　夫兰克-赫兹实验装置与实验结果 54

2.4.3　改进的夫兰克-赫兹实验装置 55

2.5　玻尔理论的推广 57

2.5.1　量子化通则 57

2.5.2　椭圆轨道 58

2.5.3 系统的能量 62

2.5.4　玻尔理论的相对论修正 63

2.6　斯特恩-盖拉赫实验与空间量子化 66

2.6.1 电子轨道运动的磁矩 66

2.6.2 外磁场对原子的作用 67

2.6.3　斯特恩-盖拉赫实验 68

2.6.4　轨道取向的量子化 70

习题 72

3　量子力学引论——微观体系的基本理论 75

3.1　量子论的实验依据 77

3.1.1　黑体辐射 77

3.1.2　光量子假说 84

3.1.3　粒子的波动性 89

3.2　物质的波粒二象性 95

3.2.1　物质的波动性与粒子性 95

3.2.2　量子态——波粒二象性的必然结果 97

3.3　不确定关系 99

3.3.1　几个典型的例子 99

3.3.2　不确定关系的严格表述 101

3.4　波函数与薛定谔方程 106

3.4.1 波粒二象性的数学描述 107

3.4.2 电子的双缝干涉实验 107

3.4.3　波函数的统计解释 111

3.4.4　薛定谔方程 112

3.4.5　力学量的算符 115

3.4.6　表象与力学量的平均值 116

3.4.7　本征函数与本征值 119

3.5　态叠加原理 120

3.5.1 对双缝干涉实验的另一个思考 120

3.5.2　光的偏振性实验 122

3.5.3　量子态的叠加 123

3.6　定态薛定谔方程问题 124

3.6.1　一维简谐振子 124

3.6.2　一维无限深势阱 126

3.6.3　有限深方势阱 129

3.6.4 方势垒 132

3.7　单电子原子的波函数 136

3.7.1　哈密顿方程及其本征函数的解 136

3.7.2　解的物理意义 139

3.7.3　能量和角动量 148

习题 150

4　单电子原子的能级和光谱——电子的角动量模型 154

4.1　单电子原子的光谱 154

4.1.1　单电子原子 154

4.1.2　碱金属原子的光谱与能级 156

4.1.3　碱金属原子光谱与能级的精细结构 160

4.2　电子的角动量与电子的自旋 161

4.2.1 电子轨道运动的角动量与原子的磁矩 161

4.2.2 自旋的引入 161

4.3　自旋-轨道相互作用 163

4.3.1 电子轨道运动的磁场 163

4.3.2 电子的总角动量 165

4.3.3 自旋-轨道相互作用对能级的影响 168

4.3.4　原子态的符号表示 171

4.4　单电子跃迁的选择定则 171

4.5　氢原子光谱的精细结构 173

4.5.1　对玻尔能级的相对论和量子力学修正 173

4.5.2　兰姆移位 180

4.6　斯塔克效应 181

4.6.1 外电场对原子能级和光谱的影响 181

4.6.2　斯塔克效应的物理机制 183

习题 183

5 多电子原子——电子间的相互作用 186

5.1　氦原子的光谱与能级 186

5.1.1　氦原子 186

5.1.2　价电子间的相互作用 188

5.2　两个价电子的耦合 192

5.2.1 中心力场近似下的角动量 192

5.2.2　价电子角动量的耦合 194

5.3　泡利不相容原理 205

5.3.1　全同粒子与交换对称性 205

5.3.2 泡利原理 206

5.3.3　两电子体系中电子的自旋 207

5.3.4　原子可能的状态 209

5.4　等效电子构成的原子态 210

5.5　复杂原子的能级和光谱 216

5.5.1 实验观察到的一般规律 216

5.5.2 多个价电子形成的原子态 217

5.5.3　辐射跃迁的选择定则 221

5.6　原子的壳层结构 223

5.6.1　元素的周期律 223

5.6.2　核外电子的壳层 226

5.6.3　基态原子的电子组态 227

5.6.4　原子的基态 234

5.7　X射线 236

5.7.1　X射线的产生及其性质 236

5.7.2　X射线的连续谱 240

5.7.3　X射线的标识谱 240

5.7.4　X射线的吸收 248

习题 250

6　磁场中的原子 254

6.1　原子的磁矩 254

6.1.1　原子的有效总磁矩 254

6.1.2　朗德g因子 256

6.2　外磁场中的原子 259

6.2.1 外磁场对原子的作用 259

6.2.2　外磁场中原子能级的分裂 260

6.2.3　对斯特恩-盖拉赫实验的解释 261

6.2.4　顺磁共振 261

6.3　塞曼效应 265

6.3.1　现象 265

6.3.2　解释 266

6.4　帕邢-巴克效应 271

6.4.1　强磁场中的原子 271

6.4.2　强磁场中能级的分裂与辐射跃迁 272

习题 273

7　分子的结构和光谱 276

7.1　原子间的键联与分子的形成 276

7.1.1 原子的电离能与亲和势 276

7.1.2　离子键 280

7.1.3　共价键 283

7.1.4　金属键 285

7.1.5　范德瓦耳斯键 287

7.2　分子的能级与光谱 287

7.3　双原子分子的电子态 288

7.4　双原子分子的振动光谱 291

7.4.1　双原子分子的振动能级 291

7.4.2　双原子分子的振动光谱 293

7.5　双原子分子的转动光谱 295

7.5.1　双原子分子的转动能级 295

7.5.2　双原子分子的转动光谱 296

7.6　拉曼散射 301

7.6.1　斯托克斯线与反斯托克斯线 301

7.6.2　拉曼光谱 304

习题 307

8　原子核物理概论 309

8.1　原子核的基本情况 310

8.1.1　粒子探测器 310

8.1.2　物质的放射性 313

8.1.3　原子核的构成 314

8.1.4　原子核的大小 318

8.1.5　原子核的电荷与质量 319

8.1.6　核素 320

8.1.7　原子核的结合能 322

8.2　核力 326

8.2.1　核力的特性 327

8.2.2　核力的介子理论 328

8.3　核矩 329

8.3.1　核自旋 329

8.3.2　核子的磁矩 330

8.3.3　核的磁偶极矩 331

8.3.4　核的电四极矩 331

8.4　原子核结构的模型 333

8.4.1 费米气体模型 333

8.4.2　液滴模型 337

8.4.3　壳层模型 339

8.4.4　集体模型 342

8.5　放射性核衰变 343

8.5.1　放射性衰变的一般规律 343

8.5.2　α衰变 352

8.5.3　β衰变 355

8.5.4　γ衰变 360

8.6　核反应 365

8.6.1　反应能与Q方程 366

8.6.2　反应截面 368

8.7　核裂变 369

8.7.1　核裂变的发现及其特点 369

8.7.2 实现核裂变的主要方式 371

8.8　核聚变 375

8.8.1　核聚变的能量 375

8.8.2　核聚变的条件 377

习题 378

附录 381

1．物理学常数表 381

2．原子基态能量 385

3．基态原子的电子组态 386

4．原子的基态 387

5．常用物质密度表 388

6．元素的原子质量及同位素丰度 389

7．1900～2008诺贝尔物理学奖 408

8．习题参考答案 418