原子核與粒子物理（2037）自學(xué)考試大綱

　　一、課程性質(zhì)和設(shè)置目的

　　原子核與粒子物理是物理學(xué)、原子核物理專業(yè)一門重要的課程。該課程在普通物理學(xué)、原子物理學(xué)基礎(chǔ)上，進(jìn)一步加深對(duì)原子核及更深層次粒子的理解。學(xué)習(xí)對(duì)象為物理學(xué)專業(yè)、原子核物理專業(yè)本科學(xué)生。該門課程是現(xiàn)代物理學(xué)極為重要的基礎(chǔ)課程之一。學(xué)習(xí)該門課程要求學(xué)生先修過高等數(shù)學(xué)、普通物理以及原子物理學(xué)等課程。

　　學(xué)習(xí)該門課程的主要目的和要求有以下幾點(diǎn)：

　　（1）通過學(xué)習(xí)多電子原子及分子定性和半定量理論，加深對(duì)多電子原子及分子基本性質(zhì)的理解；（2）通過學(xué)習(xí)原子核特性、結(jié)構(gòu)和變化等，加深對(duì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)奧秘和自然規(guī)律的深入理解，為解決能量問題和發(fā)展新技術(shù)開辟新的途徑；（3）通過對(duì)粒子物理一些內(nèi)容的學(xué)習(xí)，加深對(duì)比原子核更深一個(gè)層次物質(zhì)的基本規(guī)律和性質(zhì)的理解；（4）獲得在本門課程領(lǐng)域內(nèi)分析和處理一些基本問題的初步能力；（5）為學(xué)習(xí)后續(xù)課程和獨(dú)立解決實(shí)際問題打下必要的基礎(chǔ)。

　　二、課程內(nèi)容及考試目標(biāo)

　　考核的主要內(nèi)容為：多電子物理及分子光譜、原子核的基本性質(zhì)、原子核物理的衰變、原子核結(jié)構(gòu)的模型、核反應(yīng)以及粒子物理學(xué)的發(fā)展、粒子的分類和基本性質(zhì)、粒子間的相互作用、同位旋和奇異數(shù)、對(duì)稱性和守恒定律，夸克模型和大統(tǒng)一理論簡介。

　　考核的主要目標(biāo)為：（1）掌握多電子物理及分子光譜的性質(zhì)及相應(yīng)定理、規(guī)律；（2）掌握原子核的基本性質(zhì)、原子核物理的衰變規(guī)律、原子核的結(jié)構(gòu)模型、核反應(yīng)及其應(yīng)用；（3）了解粒子物理學(xué)的發(fā)展，掌握粒子的分類和基本性質(zhì)、粒子間的相互作用、同位旋和奇異數(shù)、對(duì)稱性和守恒定律，夸克模型和大統(tǒng)一理論簡介等。

　　考核內(nèi)容一般分為四個(gè)層次：識(shí)記、理解（或領(lǐng)會(huì)）、簡單應(yīng)用和綜合應(yīng)用。

　　下面按照教材章節(jié)給出具體的考核內(nèi)容與目標(biāo)：

　　第三章 多電子原子及分子光譜

　　考核內(nèi)容與目標(biāo)：

　　（一）堿金屬原子和電子自旋：

　　1. 識(shí)記：（1）堿金屬原子光譜的譜線系的名稱（如主線系、第一輔線系、第二輔線系、柏格曼線系等）、特點(diǎn)及譜線系公式、躍遷規(guī)則 （2）堿金屬原子光譜的公式和能級(jí)圖的特點(diǎn)（3）原子能級(jí)分裂的特點(diǎn)

　　2. 理解：（1）理解原子實(shí)的極化和軌道的貫穿，在此基礎(chǔ)上解釋堿金屬的能級(jí)不僅與主量子數(shù) 有關(guān)而且與角量數(shù) 有關(guān)。 （2）了解并解釋堿金屬原子光譜的精細(xì)結(jié)構(gòu)現(xiàn)象（3）掌握電子自旋和軌道運(yùn)動(dòng)的相互作用的基本理論，并運(yùn)用其理解堿金屬原子光譜精細(xì)結(jié)構(gòu)中的能級(jí)分裂。

　　3. 簡單應(yīng)用：利用單電子輻射躍遷的選擇定則及譜線系公式計(jì)算電離電勢(shì)等

　　（二）兩個(gè)價(jià)電子的原子

　　1. 識(shí)記：（1）He及二族元素的光譜和能級(jí)特征（如He原子的能級(jí)分成單態(tài)和三重態(tài)） （2）多電子原子光譜的一般規(guī)律和能級(jí)特點(diǎn)

　　2. 理解：（1）掌握電子組態(tài)、價(jià)電子間相互作用、L-S和j-j耦合組成的原子態(tài)以及相應(yīng)的選擇定則的內(nèi)容、理論，并在此基礎(chǔ)上理解He原子的光譜（2）理解氦氖激光器的工作原理及激光的一些特點(diǎn)。

　　（三）在磁場(chǎng)中的原子

　　1. 識(shí)記：（1）軌道的磁矩 （2） 自旋的磁矩

　　2. 理解： （1） 了解外磁場(chǎng)對(duì)原子能級(jí)的影響和光譜線分裂現(xiàn)象，并做相應(yīng)的解釋 （2） 史特恩——蓋拉赫實(shí)驗(yàn)的結(jié)果 （3） 了解并解釋塞曼效應(yīng)、反常塞曼效應(yīng)

　　（四）原子的殼層結(jié)構(gòu)

　　1. 識(shí)記：原子的電子殼層結(jié)構(gòu)

　　2. 理解：掌握泡利不相容原理，理解元素的周期性及電子殼層的填充主殼層和次殼層能容納的電子數(shù)

　　3. 簡單應(yīng)用：（1） 對(duì)于L-S耦合，利用洪特定則和朗德間隔定則來確定同一電子組態(tài)所形成的各原子態(tài)能量的高低，以及多重態(tài)中相鄰能級(jí)之間間隔的大小，進(jìn)而作出能級(jí)圖，確定原子基態(tài)。

　　（五）X射線

　　1. 識(shí)記：（1）X射線的產(chǎn)生、特點(diǎn)

　　2. 理解：（1）利用經(jīng)典電磁理論解釋X射線連續(xù)譜 （2）利用氫原子理論解釋X射線的線狀譜及莫塞萊經(jīng)驗(yàn)公式（3）了解X射線的測(cè)量與發(fā)射

　　3. 簡單應(yīng)用：利用莫塞萊經(jīng)驗(yàn)公式做一些相關(guān)計(jì)算。

　　第四章 原子核物理學(xué)

　　考核內(nèi)容與目標(biāo)：

　　（一）原子核物理的發(fā)展歷史

　　1.識(shí)記：原子核物理發(fā)展過程中的重大發(fā)現(xiàn)（例如電子、中子等重要粒子的發(fā)現(xiàn)，包括發(fā)現(xiàn)時(shí)間，發(fā)現(xiàn)人，發(fā)現(xiàn)過程等）

　　（二）原子核的基本性質(zhì)

　　1.識(shí)記：原子核的電荷、質(zhì)量和組成等一些基本知識(shí)

　　2.理解：原子核的質(zhì)量虧損、結(jié)合能等公式及運(yùn)用，以及偶偶核和奇奇核的一些性質(zhì)

　　3.簡單應(yīng)用：原子核的自旋和磁矩的理解及運(yùn)用、原子光譜的超精細(xì)結(jié)構(gòu)

　　（三）原子核衰變的基本規(guī)律

　　1.理解：（1）放射性衰變及衰變規(guī)律（衰變常數(shù) 、半衰期 、平均壽命 以及放射性活度 ）（2）連續(xù)衰變規(guī)律（如衰變平衡，釷系、镎系、鈾系以及錒系等四個(gè)放射系的衰變特點(diǎn)及其相應(yīng)的母核與子核等）

　　（四） 衰變和 衰變

　　1.識(shí)記：（1） 衰變的條件（ ）和 衰變能（ ） （2） 衰變能譜

　　2.理解：（1） 粒子能級(jí)的不連續(xù)性以及 衰變的機(jī)制 （2） 衰變能譜的連續(xù)性及其解釋（3）中微子和反中微子、 衰變的三種形式（ 衰變、 衰變以及軌道電子的俘獲）。

　　（五） 衰變和內(nèi)轉(zhuǎn)換

　　1.理解：（1） 衰變及其特點(diǎn)， 射線的形成及其應(yīng)用 （2）了解內(nèi)轉(zhuǎn)換現(xiàn)象及內(nèi)轉(zhuǎn)換電子，解釋原子核連續(xù) 能譜上疊加的尖銳峰值

　　2.簡單運(yùn)用：掌握原子的共振吸收與穆斯堡爾效應(yīng)的內(nèi)容，了解其在物理學(xué)的各個(gè)領(lǐng)域以及化學(xué)、生物學(xué)和醫(yī)學(xué)等許多方面的應(yīng)用。

　　（六）原子核結(jié)構(gòu)模型

　　1.理解：（1）核力（理解其為一種新力）及其基本性質(zhì)（飽和性的短程力，強(qiáng)相互作用力，電荷無關(guān)性等）（2）掌握核的液滴模型（體積能，表面能，庫侖能，非對(duì)稱能，奇偶能，魏茨澤克公式等）（3）掌握核的殼層模型及其幻數(shù)、殼層模型（4）比較液滴模型、核的殼層模型及其幻數(shù)、殼層模型各自能解決的關(guān)鍵問題及它們各自的局限性。

　　2.簡單應(yīng)用：利用魏茨澤克公式做一些相應(yīng)的計(jì)算。

　　（七）原子核反應(yīng)

　　1.識(shí)記：原子核反應(yīng)的類型（按入射粒子的能量分、按入射粒子不同分）

　　2.綜合應(yīng)用：（1）核反應(yīng)中的守恒定律（電荷守恒、質(zhì)量數(shù)守恒、總質(zhì)量和總能量守恒以及動(dòng)量守恒）及其應(yīng)用（2）反應(yīng)能和閾能、 方程與閾能的基本公式及其應(yīng)用

　　（八）核裂變和核聚變

　　1.識(shí)記：核裂變及其發(fā)現(xiàn)

　　2.理解：（1）裂變機(jī)制（發(fā)生核形變）及其激活能 （2）鏈?zhǔn)椒磻?yīng)與臨界體積 （3）聚變反應(yīng)與熱核反應(yīng)、天然聚變反應(yīng)

　　3.綜合應(yīng)用：（1）原子彈與原子反應(yīng)堆 （2）核聚變的應(yīng)用（氫彈、可控?zé)岷朔磻?yīng)）

　　第六章 粒子物理學(xué)

　　考核內(nèi)容與目標(biāo)：

　　（一）粒子物理的發(fā)展概況

　　1.識(shí)記：粒子物理發(fā)展的五個(gè)歷史時(shí)期（原子物理學(xué)時(shí)期，原子核物理學(xué)時(shí)期，介子和奇異粒子時(shí)期，共振態(tài)粒子時(shí)期，夸克-輕子-規(guī)范粒子時(shí)期）及各個(gè)時(shí)期的重大發(fā)現(xiàn)和主要理論

　　（二）粒子間的相互作用

　　1.識(shí)記：四種相互作用的作用常數(shù)、力程以及作用時(shí)間

　　2.理解：（1）四種基本相互作用的作用對(duì)象 （2）掌握費(fèi)曼圖的構(gòu)成及各種相互作用的費(fèi)曼圖。

　　3.簡單應(yīng)用：有關(guān)四種相互作用的理論（量子電動(dòng)力學(xué)，QCD，V-A理論等）及簡單應(yīng)用

　　（三）粒子的分類和基本性質(zhì)

　　1.識(shí)記：粒子的基本性質(zhì)（自旋、質(zhì)量、宇稱、壽命、電荷、重子數(shù)、輕子數(shù)以及反粒子）

　　2.理解：粒子的分類及其各自的特征（強(qiáng)子、輕子和規(guī)范子）

　　3.簡單應(yīng)用：相關(guān)的守恒定律及其簡單應(yīng)用

　　（四）夸克模型

　　1.理解：（1）夸克模型的引入 （2）夸克模型的理論

　　2.簡單應(yīng)用：夸克模型理論的應(yīng)用

　　三、有關(guān)說明

　　一、使用本大綱的說明

　　本大綱所列考核內(nèi)容是經(jīng)過課程組精心篩選后確定的，教材上過于繁雜、與后續(xù)課程關(guān)系不大或?qū)ΜF(xiàn)代科技發(fā)展及物理學(xué)發(fā)展沒有直接關(guān)系的內(nèi)容沒有列入其中。（未編寫大綱的章節(jié)不做考試要求）

　　在教師出題過程中應(yīng)當(dāng)重在考察學(xué)生對(duì)原子核與粒子物理基本概念的理解、利用基本規(guī)律、基本公式解決一般且不很復(fù)雜的具體問題和重要的基本知識(shí)。

　　學(xué)生在學(xué)習(xí)原子核與粒子物理學(xué)時(shí)應(yīng)當(dāng)重在學(xué)習(xí)原子核與粒子物理學(xué)的基本概念、基本規(guī)律，掌握常用的基本理論、公式與方法，能求解計(jì)算一些具體問題（例如求核反應(yīng)的閾能量、求原子狀態(tài)等），能夠識(shí)記一些概念并做出正確的理解，會(huì)利用一些基本公式和定理等證明一些重要結(jié)論（例如一些過程中電荷、重子數(shù)和輕子數(shù)守恒等）。

　　1、考試一般形式：閉卷。

　　2、考試時(shí)間

　　閉卷考試：試題一般為：單項(xiàng)選擇、填空、名詞解釋、證明、計(jì)算等，題量在20—35小題，考試時(shí)間2小時(shí)；

　　3、學(xué)習(xí)本課程應(yīng)具備的知識(shí)

　　在學(xué)習(xí)本課程之前學(xué)生應(yīng)當(dāng)修讀過高等數(shù)學(xué)、量子物理學(xué)一些知識(shí)、原子物理學(xué)等課程。

　　為了方便學(xué)生自學(xué)和考試復(fù)習(xí)，下面給出部分考試題型的具體實(shí)例：

　　（一） 單選題（在題干后的括號(hào)內(nèi)填上正確選項(xiàng)前的序號(hào)）

　　（1）金屬原子下列哪些狀態(tài)是實(shí)際存在：（  ）

　　A.2S B.1D  C.1P D.2F

　　（2）堿金屬原子光譜的精細(xì)結(jié)構(gòu)是由什么引起的？  （   ）

　　A.原子實(shí)極化和軌道貫穿引起的

　　B.價(jià)電子自旋與軌道運(yùn)動(dòng)相互作用引起的

　　C.價(jià)電子與其他相互作用引起的

　　D.原子在外磁場(chǎng)中所致

　　（二）填空題（在題中橫線上填充正確的文字或公式）

　　（1） 考慮夸克的色和味，夸克有________種味，每一味有________種顏色。

　　（2） 傳遞________作用的粒子是光子，傳遞________間強(qiáng)作用的粒子是膠子。

　　（三）名詞解釋

　　（1） 大統(tǒng)一理論

　　（2） 正常塞曼效應(yīng)

　　（四）證明題（要求給出證明過程）

　　（1） 證明下列過程中電荷、重子數(shù)和輕子數(shù)守恒。

　　（2）試從電荷、重子數(shù)、輕子數(shù)守恒證明下列過程不能發(fā)生。

　　（五）計(jì)算題（要求給出計(jì)算過程）

　　（1） 核反應(yīng) 的反應(yīng)能為 兆電子伏特，試求出此核反應(yīng)的閾能量。

　　（2） 在被激發(fā)的氦原子中，一個(gè)電子處于p態(tài)，另一個(gè)電子處于態(tài)，試求總軌道角動(dòng)量量子數(shù)的可能值及相應(yīng)的角動(dòng)量。

河北省教育考試院