0绪论 1
0.1物质的原子观 1
0.1.1古代关于物质结构的观点 1
0.1.2近代原子观的建立 3
0.1.3原子的质量和体积的估算 4
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卢瑟福的原子核式结构模型 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 43
2.2.3氢的里德伯常数实验值与理论值的偏差 49
2.2.4氢原子的连续谱 50
2.3类氢离子的光谱 51
2.3.1类氢离子与皮克林线系 51
2.3.2氘的发现 53
2.4弗兰克-赫兹实验 54
2.4.1基本思想 54
2.4.2弗兰克-赫兹实验装置与实验结果 55
2.4.3改进的弗兰克-赫兹实验装置 56
2.4.4阴极射线激发光源 58
2.5玻尔理论的推广 59
2.5.1量子化通则 59
2.5.2椭圆轨道 60
2.5.3系统的能量 64
2.5.4玻尔理论的相对论修正 65
2.6施特恩-格拉赫实验与空间量子化 68
2.6.1电子轨道运动的磁矩 68
2.6.2外磁场对原子的作用 69
2.6.3施特恩-格拉赫实验 70
2.6.4轨道取向的量子化 73
习题 74
3量子力学引论——微观体系的基本理论 77
3.1量子论的实验依据 79
3.1.1黑体辐射 79
3.1.2光量子假说 86
3.1.3粒子的波动性 92
3.2物质的波粒二象性 98
3.2.1物质的波动性与粒子性 98
3.2.2量子态——波粒二象性的必然结果 100
3.3不确定关系 102
3.3.1几个典型的例子 102
3.3.2不确定关系的严格表述 104
3.4波函数与薛定谔方程 109
3.4.1波粒二象性的数学描述 110
3.4.2电子的双缝干涉实验 110
3.4.3波函数的统计解释 114
3.4.4薛定谔方程 115
3.4.5力学量的算符 118
3.4.6表象与力学量的平均值 119
3.4.7本征函数与本征值 122
3.5态叠加原理 123
3.5.1对双缝干涉实验的另一个思考 123
3.5.2光的偏振性实验 125
3.5.3量子态的叠加 126
3.6定态薛定谔方程问题 129
3.6.1一维简谐振子 129
3.6.2一维无限深势阱 131
3.6.3有限深方势阱 134
3.6.4方势垒 136
3.6.5扫描隧道显微镜与原子力显微镜 141
3.7单电子原子的波函数 145
3.7.1哈密顿方程及其本征函数的解 145
3.7.2解的物理意义 149
3.7.3能量和角动量 160
3.7.4波函数的宇称 162
习题 163
4单电子原子的能级和光谱——电子的角动量模型 167
4.1单电子原子的光谱 167
4.1.1单电子原子 167
4.1.2碱金属原子的光谱与能级 169
4.1.3碱金属原子光谱与能级的精细结构 173
4.2电子的角动量与电子的自旋 174
4.2.1电子轨道运动的角动量与原子的磁矩 174
4.2.2自旋的引入 175
4.3自旋-轨道相互作用 177
4.3.1电子轨道运动的磁场 177
4.3.2电子的总角动量 179
4.3.3自旋-轨道相互作用对能级的影响 181
4.3.4原子态的符号表示 184
4.4单电子跃迁的选择定则 186
4.5氢原子光谱的精细结构 187
4.5.1对玻尔能级的相对论和量子力学修正 187
4.5.2兰姆移位 194
4.6原子的超精细结构能级 197
4.6.1原子核的角动量与磁矩 197
4.6.2核磁矩与电子磁场的相互作用 198
4.6.3原子能级的超精细结构分裂 199
4.7斯塔克效应 200
4.7.1外电场对原子能级和光谱的影响 200
4.6.2斯塔克效应的物理机制 201
习题 202
5多电子原子——电子间的相互作用 205
5.1氦原子的光谱与能级 205
5.1.1氦原子 205
5.1.2价电子间的相互作用 207
5.2两个价电子的耦合 211
5.2.1中心力场近似下的角动量 211
5.2.2价电子角动量的耦合 213
5.3泡利不相容原理 231
5.3.1全同粒子与交换对称性 231
5.3.2泡利原理 232
5.3.3两电子体系中电子的自旋 233
5.3.4原子可能的状态 235
5.4等效电子构成的原子态 237
5.5复杂原子的能级和光谱 243
5.5.1实验观察到的一般规律 243
5.5.2多个价电子形成的原子态 244
5.5.3辐射跃迁的选择定则 249
5.6原子的壳层结构 253
5.6.1元素的周期律 253
5.6.2核外电子的壳层 256
5.6.3基态原子的电子组态 257
5.6.4原子的基态 264
5.7激光增益介质中的能级 268
5.7.1氩离子激光 269
5.7.2氦氖激光 272
5.7.3氦镉激光 273
5.8 X射线 276
5.8.1 X射线的产生及其性质 276
5.8.2 X射线的连续谱 280
5.8.3 X射线的标识谱 280
5.7.4 X射线的吸收 289
5.8.5 X射线医学成像 292
习题 293
6磁场中的原子 297
6.1原子的磁矩 297
6.1.1原子的有效总磁矩 297
6.1.2朗德g因子 299
6.2外磁场中的原子 302
6.2.1外磁场对原子的作用 302
6.2.2外磁场中原子能级的分裂 303
6.2.3对施特恩-格拉赫实验的解释 304
6.2.4顺磁共振 304
6.2.5核磁共振 307
6.2.6分子束磁共振实验 309
6.3塞曼效应 310
6.3.1现象 310
6.3.2解释 312
6.3.3兰姆移位的实验测量 316
6.4帕邢-巴克效应 318
6.4.1强磁场中的原子 318
6.4.2强磁场中能级的分裂与辐射跃迁 319
习题 320
7分子的结构和光谱 323
7.1原子间的键联与分子的形成 323
7.1.1原子的电离能与亲和势 323
7.1.2离子键 327
7.1.3共价键 330
7.1.4金属键 333
7.1.5范德瓦耳斯键 334
7.2分子的能级与光谱概述 334
7.3双原子分子的电子态 335
7.4双原子分子的振动光谱 338
7.4.1双原子分子的振动能级 338
7.4.2双原子分子的振动光谱 340
7.5双原子分子的转动光谱 342
7.5.1双原子分子的转动能级 342
7.5.2双原子分子的转动光谱 343
7.6拉曼散射 348
7.6.1斯托克斯线与反斯托克斯线 348
7.6.2拉曼光谱 351
习题 353
8原子核物理概论 356
8.1原子核的基本情况 357
8.1.1粒子探测器 357
8.1.2物质的放射性 360
8.1.3原子核的构成 361
8.1.4原子核的大小 365
8.1.5原子核的电荷与质量 366
8.1.6核素 367
8.1.7原子核的结合能 369
8.2核力 373
8.2.1核力的特性 374
8.2.2核力的介子理论 375
8.3核矩 376
8.3.1核自旋 376
8.3.2核子的磁矩 377
8.3.3核的磁偶极矩 378
8.3.4核的电四极矩 378
8.4原子核结构的模型 380
8.4.1费米气体模型 380
8.4.2液滴模型 384
8.4.3壳层模型 386
8.4.4集体模型 389
8.5放射性核衰变 390
8.5.1放射性衰变的一般规律 390
8.5.2 α衰变 399
8.5.3 β衰变 402
8.5.4 y衰变 407
8.6核反应 413
8.6.1反应能与Q方程 414
8.6.2反应截面 416
8.7核裂变 417
8.7.1核裂变的发现及其特点 417
8.7.2实现核裂变的主要方式 419
8.8核聚变 423
8.8.1核聚变的能量 423
8.8.2核聚变的条件 425
习题 426
附录1物理学常数表 429
1.基本物理学常数（Table of universal constants） 429
2.组合物理学常量 432
附录2原子基态能量（电离能） 433
附录3基态原子的电子组态 434
附录4原子的基态 435
附录5常用物质密度表 436
附录6 1900年～2011年诺贝尔物理学奖 437
附录7习题参考答案 447