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河北省07年下半年原子核与粒子物理自学考试大纲

2007-07-16 15:08   【 】【我要纠错

原子核与粒子物理(2037)自学考试大纲

  一、课程性质和设置目的

  原子核与粒子物理是物理学、原子核物理专业一门重要的课程。该课程在普通物理学、原子物理学基础上,进一步加深对原子核及更深层次粒子的理解。学习对象为物理学专业、原子核物理专业本科学生。该门课程是现代物理学极为重要的基础课程之一。学习该门课程要求学生先修过高等数学、普通物理以及原子物理学等课程。

  学习该门课程的主要目的和要求有以下几点:

  (1)通过学习多电子原子及分子定性和半定量理论,加深对多电子原子及分子基本性质的理解;(2)通过学习原子核特性、结构和变化等,加深对物质结构奥秘和自然规律的深入理解,为解决能量问题和发展新技术开辟新的途径;(3)通过对粒子物理一些内容的学习,加深对比原子核更深一个层次物质的基本规律和性质的理解;(4)获得在本门课程领域内分析和处理一些基本问题的初步能力;(5)为学习后续课程和独立解决实际问题打下必要的基础。

  二、课程内容及考试目标

  考核的主要内容为:多电子物理及分子光谱、原子核的基本性质、原子核物理的衰变、原子核结构的模型、核反应以及粒子物理学的发展、粒子的分类和基本性质、粒子间的相互作用、同位旋和奇异数、对称性和守恒定律,夸克模型和大统一理论简介。

  考核的主要目标为:(1)掌握多电子物理及分子光谱的性质及相应定理、规律;(2)掌握原子核的基本性质、原子核物理的衰变规律、原子核的结构模型、核反应及其应用;(3)了解粒子物理学的发展,掌握粒子的分类和基本性质、粒子间的相互作用、同位旋和奇异数、对称性和守恒定律,夸克模型和大统一理论简介等。

  考核内容一般分为四个层次:识记、理解(或领会)、简单应用和综合应用。

  下面按照教材章节给出具体的考核内容与目标:

  第三章 多电子原子及分子光谱

  考核内容与目标:

  (一)碱金属原子和电子自旋:

  1. 识记:(1)碱金属原子光谱的谱线系的名称(如主线系、第一辅线系、第二辅线系、柏格曼线系等)、特点及谱线系公式、跃迁规则 (2)碱金属原子光谱的公式和能级图的特点(3)原子能级分裂的特点

  2. 理解:(1)理解原子实的极化和轨道的贯穿,在此基础上解释碱金属的能级不仅与主量子数 有关而且与角量数 有关。 (2)了解并解释碱金属原子光谱的精细结构现象(3)掌握电子自旋和轨道运动的相互作用的基本理论,并运用其理解碱金属原子光谱精细结构中的能级分裂。

  3. 简单应用:利用单电子辐射跃迁的选择定则及谱线系公式计算电离电势等

  (二)两个价电子的原子

  1. 识记:(1)He及二族元素的光谱和能级特征(如He原子的能级分成单态和三重态) (2)多电子原子光谱的一般规律和能级特点

  2. 理解:(1)掌握电子组态、价电子间相互作用、L-S和j-j耦合组成的原子态以及相应的选择定则的内容、理论,并在此基础上理解He原子的光谱(2)理解氦氖激光器的工作原理及激光的一些特点。

  (三)在磁场中的原子

  1. 识记:(1)轨道的磁矩 (2) 自旋的磁矩

  2. 理解: (1) 了解外磁场对原子能级的影响和光谱线分裂现象,并做相应的解释 (2) 史特恩——盖拉赫实验的结果 (3) 了解并解释塞曼效应、反常塞曼效应

  (四)原子的壳层结构

  1. 识记:原子的电子壳层结构

  2. 理解:掌握泡利不相容原理,理解元素的周期性及电子壳层的填充主壳层和次壳层能容纳的电子数

  3. 简单应用:(1) 对于L-S耦合,利用洪特定则和朗德间隔定则来确定同一电子组态所形成的各原子态能量的高低,以及多重态中相邻能级之间间隔的大小,进而作出能级图,确定原子基态。

  (五)X射线

  1. 识记:(1)X射线的产生、特点

  2. 理解:(1)利用经典电磁理论解释X射线连续谱 (2)利用氢原子理论解释X射线的线状谱及莫塞莱经验公式(3)了解X射线的测量与发射

  3. 简单应用:利用莫塞莱经验公式做一些相关计算。

  第四章 原子核物理学

  考核内容与目标:

  (一)原子核物理的发展历史

  1.识记:原子核物理发展过程中的重大发现(例如电子、中子等重要粒子的发现,包括发现时间,发现人,发现过程等)

  (二)原子核的基本性质

  1.识记:原子核的电荷、质量和组成等一些基本知识

  2.理解:原子核的质量亏损、结合能等公式及运用,以及偶偶核和奇奇核的一些性质

  3.简单应用:原子核的自旋和磁矩的理解及运用、原子光谱的超精细结构

  (三)原子核衰变的基本规律

  1.理解:(1)放射性衰变及衰变规律(衰变常数 、半衰期 、平均寿命 以及放射性活度 )(2)连续衰变规律(如衰变平衡,钍系、镎系、铀系以及锕系等四个放射系的衰变特点及其相应的母核与子核等)

  (四) 衰变和 衰变

  1.识记:(1) 衰变的条件( )和 衰变能( ) (2) 衰变能谱

  2.理解:(1) 粒子能级的不连续性以及 衰变的机制 (2) 衰变能谱的连续性及其解释(3)中微子和反中微子、 衰变的三种形式( 衰变、 衰变以及轨道电子的俘获)。

  (五) 衰变和内转换

  1.理解:(1) 衰变及其特点, 射线的形成及其应用 (2)了解内转换现象及内转换电子,解释原子核连续 能谱上叠加的尖锐峰值

  2.简单运用:掌握原子的共振吸收与穆斯堡尔效应的内容,了解其在物理学的各个领域以及化学、生物学和医学等许多方面的应用。

  (六)原子核结构模型

  1.理解:(1)核力(理解其为一种新力)及其基本性质(饱和性的短程力,强相互作用力,电荷无关性等)(2)掌握核的液滴模型(体积能,表面能,库仑能,非对称能,奇偶能,魏茨泽克公式等)(3)掌握核的壳层模型及其幻数、壳层模型(4)比较液滴模型、核的壳层模型及其幻数、壳层模型各自能解决的关键问题及它们各自的局限性。

  2.简单应用:利用魏茨泽克公式做一些相应的计算。

  (七)原子核反应

  1.识记:原子核反应的类型(按入射粒子的能量分、按入射粒子不同分)

  2.综合应用:(1)核反应中的守恒定律(电荷守恒、质量数守恒、总质量和总能量守恒以及动量守恒)及其应用(2)反应能和阈能、 方程与阈能的基本公式及其应用

  (八)核裂变和核聚变

  1.识记:核裂变及其发现

  2.理解:(1)裂变机制(发生核形变)及其激活能 (2)链式反应与临界体积 (3)聚变反应与热核反应、天然聚变反应

  3.综合应用:(1)原子弹与原子反应堆 (2)核聚变的应用(氢弹、可控热核反应)

  第六章 粒子物理学

  考核内容与目标:

  (一)粒子物理的发展概况

  1.识记:粒子物理发展的五个历史时期(原子物理学时期,原子核物理学时期,介子和奇异粒子时期,共振态粒子时期,夸克-轻子-规范粒子时期)及各个时期的重大发现和主要理论

  (二)粒子间的相互作用

  1.识记:四种相互作用的作用常数、力程以及作用时间

  2.理解:(1)四种基本相互作用的作用对象 (2)掌握费曼图的构成及各种相互作用的费曼图。

  3.简单应用:有关四种相互作用的理论(量子电动力学,QCD,V-A理论等)及简单应用

  (三)粒子的分类和基本性质

  1.识记:粒子的基本性质(自旋、质量、宇称、寿命、电荷、重子数、轻子数以及反粒子)

  2.理解:粒子的分类及其各自的特征(强子、轻子和规范子)

  3.简单应用:相关的守恒定律及其简单应用

  (四)夸克模型

  1.理解:(1)夸克模型的引入 (2)夸克模型的理论

  2.简单应用:夸克模型理论的应用

  三、有关说明

  一、使用本大纲的说明

  本大纲所列考核内容是经过课程组精心筛选后确定的,教材上过于繁杂、与后续课程关系不大或对现代科技发展及物理学发展没有直接关系的内容没有列入其中。(未编写大纲的章节不做考试要求)

  在教师出题过程中应当重在考察学生对原子核与粒子物理基本概念的理解、利用基本规律、基本公式解决一般且不很复杂的具体问题和重要的基本知识。

  学生在学习原子核与粒子物理学时应当重在学习原子核与粒子物理学的基本概念、基本规律,掌握常用的基本理论、公式与方法,能求解计算一些具体问题(例如求核反应的阈能量、求原子状态等),能够识记一些概念并做出正确的理解,会利用一些基本公式和定理等证明一些重要结论(例如一些过程中电荷、重子数和轻子数守恒等)。

  1、考试一般形式:闭卷。

  2、考试时间

  闭卷考试:试题一般为:单项选择、填空、名词解释、证明、计算等,题量在20—35小题,考试时间2小时;

  3、学习本课程应具备的知识

  在学习本课程之前学生应当修读过高等数学、量子物理学一些知识、原子物理学等课程。

  为了方便学生自学和考试复习,下面给出部分考试题型的具体实例:

  (一) 单选题(在题干后的括号内填上正确选项前的序号)

  (1)金属原子下列哪些状态是实际存在:(  )

  A.2S B.1D  C.1P D.2F

  (2)碱金属原子光谱的精细结构是由什么引起的?  (   )

  A.原子实极化和轨道贯穿引起的

  B.价电子自旋与轨道运动相互作用引起的

  C.价电子与其他相互作用引起的

  D.原子在外磁场中所致

  (二)填空题(在题中横线上填充正确的文字或公式)

  (1) 考虑夸克的色和味,夸克有________种味,每一味有________种颜色。

  (2) 传递________作用的粒子是光子,传递________间强作用的粒子是胶子。

  (三)名词解释

  (1) 大统一理论

  (2) 正常塞曼效应

  (四)证明题(要求给出证明过程)

  (1) 证明下列过程中电荷、重子数和轻子数守恒。

  (2)试从电荷、重子数、轻子数守恒证明下列过程不能发生。

  (五)计算题(要求给出计算过程)

  (1) 核反应 的反应能为 兆电子伏特,试求出此核反应的阈能量。

  (2) 在被激发的氦原子中,一个电子处于p态,另一个电子处于态,试求总轨道角动量量子数的可能值及相应的角动量。

河北省教育考试院

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