《原子化學學》是化學教育專業的專業基礎選修課程。本課程注重從化學實驗規律出發,引進近代化學關于微觀世界的重要概念和原理,闡述原子、原子核及基本粒子的結構和運動規律,解釋它們的宏觀性質,以及在現代科學技術上的重大應用。本課程指出化學實驗的剖析、微觀數學概念、物理圖象和數學模型的構建和理解。從原子化學的原子結構模型出發使中學生對原子的結構有個初步認識,從知名的宋體幅射、光電效應等化學實驗及波爾的波譜理論,引入量子概念,介紹態疊加原理、不確定原理;從薛定鍔多項式和原子波函數出發,剖析量子理論基礎非常是幾個量子數的數學意義。從量子角度結合夫蘭克-赫茲實驗、史特恩-蓋拉赫實驗來解釋單電子和雙電子原子的基態與波譜特點,多電子的LS耦合及基本規律(含塞曼效應)。在原子核化學部份,定性地描述原子核的基本性質,從化學實驗的基本事實出發介紹原子核結構的四個基本模型,側重介紹液滴模型和殼層模型,介紹原子核放射衰減的基本規律及類型;把握核反應的規律,理解核聚變、核裂變的原理及應用。介紹粒子化學實驗的基本知識,介紹重要粒子的發覺實驗及粒子的基本性質,把握基本粒子的分類及互相作用,了解宇稱不守恒及實驗證明。為把科學素養教育融入課堂中,班主任通過介紹原子化學學規律發覺和發展的典型例子,如光電效應的實驗、黑體幅射現象、普朗克量子概念的完善、玻爾的氫原子理論、史特恩-蓋拉赫實驗、夫蘭赫茲實驗、夸克的發覺等,使中學生了解怎樣由剖析化學實驗結果出發、建立數學模型,從而構建數學理論體系的過程,了解微觀數學學對現代科學技術重大影響和各類應用原子物理的應用,了解并適當涉及正在發展的學科前沿,擴大視野,引導中學生敢于思索、樂于探求發覺,培養其良好的科學素養。
二、《原子化學學》教學大綱
課程名稱
原子化學學。
課程性質
選修課。
課程教學目的
原子化學學是研究原子結構及其變化規律的一門學科、是高等師范高校普通數學學的一部份、是一門重要的基礎課程。因為數學學對物質微觀結構的研究早已從原子層次深入到了原子核及基本粒子等層次,另外原子化學學又作為進一步學習原子層次以下其它物質微觀結構層次的起點,這門課程的教學,應達到以下目的:
1、使中學生了解物質微觀結構層次到目前為止分原子、原子核及基本粒子等三個層次。
2、掌握原子結構及核結布光象,詳盡把握原子波譜規律及其形成機制,才能剖析、處理并講授學校化學原子化學學部份的教材。
3、使中學生把握量子論的思想,以近代數學學的觀念和研究方式原子物理的應用,為進一步學習量熱學、固體化學學及近代化學實驗等課程打下良好基礎。
課程教學原則與教學方式
重視科學性與思想性相統一的原則,理論聯系實際,注意知識的直觀性、實踐性和邏輯結構性,兼具具體與具象,采取講授兼討論、演示兼探究等深入淺出的教學技巧。
課程總學時
72學時。建議另行安排答疑補習20-28學時。
課程教學內容要點及建議學時數分配
凡帶星號內容均屬選學內容,不列為考試范圍。
第一章總論(2學時)
通過宋體幅射實驗介紹普朗克的能量量子假定。簡略介紹原子化學學的地位與作用、研究對象與研究方式、發展史以及學習上應注意的問題。
第二章原子的基本狀況(4學時)
1、原子的質量和大小;
2、原子的核式結構;
3、同位素;
本章重點是:第2節。
基本要求
1、明確原子質量及原子大小的數目級;
2、掌握?粒子散射理論及原子的核式模型;
3、了解?粒子散射理論的困難。
第三章原子的基態和幅射(14學時)
1、氫原子的波譜規律;
2、玻爾的氫原子理論;
3、類氫離子的波譜;
4、夫蘭克-赫茲實驗與基態;
5、電子的橢圓軌道與氫原子能量的相對論效應;
6、史特恩-蓋拉赫實驗與空間量子化;
7、對應原理。
本章重點是:2、3、4、5、6節。
基本要求
1、明確玻爾理論的內容,能用玻爾理論導入氫原子波譜的通常規律式、里德伯常數、能級、電子軌道直徑。
2、明確夫蘭克-赫茲實驗、史特恩-蓋拉赫實驗及主量子數、角量子數、磁量子數、玻爾磁子、軌道磁矩等概念及其化學意義。
3、明確角動量空間取向的量子化理論及對應原理。
第四章量子熱學初步*(6學時)
1、德布羅意波及其及其概率解釋;
2、測不準關系;
3、薛定鄂多項式;
4、量子熱學問題的幾個簡例;
5、量子熱學對氫原子的描述。
本章是必修內容可講也可不講,若講重點是1、2、3節。
基本要求
明晰德布羅意波的概念,正確理解測不準關系,了解薛定鄂等式及量子熱學對氫原子的描述。