本书根据普通物理与理论物理的内在联系和各自特点，将原子物理和量子力学两部分内容放在一个统一的框架下统筹安排，从理论与实际的结合上讲清科学规律的发现、归纳与应用的整个过程，加强整体性和系统性，避免不必要的重复。
本书分上、下两册，上册内容包括原子和量子，状态和薛定谔方程，力学量和算符，带电粒子在电磁场中的运动，原子核、粒子和宇宙演化。
样章试读
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第二版丛书序
第一版丛书序
第二版前言
第一版前言
第1章 原子和量子 1
1.1 原子学说 1
1.1.1 思辨的原子论 1
1.1.2 化学原子论 1
1.1.3 物理原子论 2
1.2 电子和汤姆孙模型 4
1.2.1 电子的发现 4
1.2.2 汤姆孙模型 6
1.3 原子的核式结构 8
1.3.1 放射性的发现 8
1.3.2 α射线 8
1.3.3 α粒子散射实验 9
1.3.4 卢瑟福核式模型 11
1.3.5 卢瑟福散射公式 11
1.3.6 原子核的大小 16
1.3.7 高能散射实验 16
1.4 黑体辐射与能量子 17
1.4.1 黑体辐射实验 17
1.4.2 基本结果 18
1.4.3 经典理论的解释 20
1.4.4 普朗克公式 21
1.4.5 能量子 22
1.5 光电效应与光量子 24
1.5.1 光电效应 24
1.5.2 爱因斯坦关于光电效应的图像 26
1.5.3 光电效应方程的实验验证 27
1.5.4 爱因斯坦关系 28
1.5.5 康普顿效应 29
1.5.6 光的波粒二象性 33
1.6 原子光谱与玻尔模型 35
1.6.1 原子光谱 35
1.6.2 玻尔氢原子理论 38
1.6.3 弗兰克-赫兹实验 47
1.6.4 玻尔理论的局限 51
1.7 物质的波粒二象性 52
1.7.1 德布罗意假设 52
1.7.2 实验验证 54
1.7.3 物质的波粒二象性 58
第2章 状态和薛定谔方程 59
2.1 状态和波函数 59
2.1.1 微观系统运动状态 59
2.1.2 归一化 60
2.1.3 态叠加原理 62
2.1.4 动量空间波函数 64
2.2 薛定谔方程 65
2.2.1 薛定谔方程 65
2.2.2 定态 68
2.2.3 概率守恒定律 69
2.3 一维无限深方势阱 70
2.3.1 方势阱 70
2.3.2 分区解 71
2.3.3 连接条件 72
2.3.4 能级和波函数 73
2.3.5 物理意义 73
2.4 隧道效应 75
2.4.1 一维散射 75
2.4.2 散射边界条件 76
2.4.3 反射系数与穿透系数 77
2.4.4 隧道效应 78
2.5 氢原子 79
2.5.1 有心力场 79
2.5.2 球谐函数 80
2.5.3 径向波函数 84
2.5.4 库仑势 87
2.5.5 氢原子 91
2.5.6 电子云 94
2.6 谐振子 96
2.6.1 简谐振子 96
2.6.2 能级和波函数 98
2.6.3 半谐振子 99
第3章 力学量和算符 100
3.1 力学量的平均值 100
3.1.1 坐标平均值 101
3.1.2 动量平均值 102
3.1.3 算符 103
3.2 算符 104
3.2.1 算符运算 104
3.2.2 对易关系和反对易关系 105
3.2.3 线性算符 107
3.2.4 本征值和本征波函数 107
3.2.5 本征谱与简并度 107
3.2.6 厄米算符 108
3.2.7 厄米算符的重要性质 110
3.2.8 力学量用线性厄米算符代表 112
3.3 均方差和本征态 113
3.3.1 均方差 113
3.3.2 本征态 114
3.3.3 代表力学量的算符的线性 115
3.4 常用算符 116
3.4.1 坐标算符 116
3.4.2 动量算符 117
3.4.3 海森伯代数 119
3.4.4 动量算符的物理意义 120
3.4.5 角动量算符 120
3.4.6 一般力学量 124
3.4.7 能量算符 125
3.4.8 宇称算符 126
3.5 力学量本征态的完备性 127
3.5.1 叠加态的分布 127
3.5.2 本征态的完备性 129
3.5.3 连续谱情形 130
3.5.4 一般谱 131
3.5.5 完备性关系 132
3.5.6 量子力学第三假定 132
3.6 态空间和表象 133
3.6.1 态空间 133
3.6.2 力学量的表示 134
3.6.3 矩阵表示 135
3.6.4 狄拉克记号 137
3.6.5 酉变换 139
3.6.6 物理性质的表示无关性 142
3.7 状态的完全确定 142
3.7.1 自由度问题 142
3.7.2 共有完备本征态条件 144
3.7.3 完全力学量组 147
3.7.4 定态系统的形式解 147
3.7.5 守恒量 148
3.8 不确定关系 150
3.8.1 实验分析 150
3.8.2 两种分布 152
3.8.3 理论证明 154
3.8.4 应用 155
3.9 粒子数表象中的谐振子 156
3.9.1 吸收算符和发射算符 156
3.9.2 粒子数算符的本征态 157
3.9.3 各算符的矩阵形式 159
3.9.4 谐振子谱 161
3.9.5 状态波函数 161
第4章 带电粒子在电磁场中的运动 164
4.1 玻姆-阿哈拉诺夫效应 164
4.1.1 哈密顿量 164
4.1.2 运动方程 165
4.1.3 概率守恒 165
4.1.4 玻姆-阿哈拉诺夫效应 166
4.2 朗道能级 169
4.2.1 不对称规范 169
4.2.2 对称规范 171
4.3 原子磁矩和塞曼效应 172
4.3.1 原子磁矩 172
4.3.2 塞曼效应 174
4.3.3 理论解释 175
4.4 电子自旋 176
4.4.1 施特恩-格拉赫实验 176
4.4.2 钠原子光谱线的精细结构 179
4.4.3 电子自旋假设 180
4.4.4 自旋波函数 181
4.4.5 自旋算符 182
4.4.6 自旋在任意方向投影的波函数 185
4.4.7 泡利方程 186
4.4.8 自旋磁矩在磁场中的转动 187
4.5 角动量理论 188
4.5.1 角动量算符的本征值和矩阵表示 189
4.5.2 自旋角动量算符 193
4.6 角动量的耦合 194
4.6.1 两个角动量的耦合 194
4.6.2 矢量耦合系数 199
4.6.3 自旋态的耦合 201
4.7 自旋轨道耦合和能级精细结构 202
4.7.1 托马斯耦合 202
4.7.2 CSCO 202
4.7.3 角向本征波函数——球旋量 203
4.7.4 一般解 204
4.7.5 能级修正 205
4.7.6 相对论动能修正 206
4.7.7 波函数零点值修正 208
4.7.8 光谱项符号 209
4.8 自旋电子的塞曼效应 210
4.8.1 原子总磁矩 210
4.8.2 总磁矩在总角动量方向投影 211
4.8.3 自旋电子的塞曼效应 211
4.8.4 反常塞曼效应 214
4.8.5 帕邢-巴克效应 215
4.9 元素周期表 216
4.9.1 泡利原理 216
4.9.2 原子的壳层结构 219
4.9.3 自旋轨道耦合 220
第5章 原子核、粒子和宇宙演化 225
5.1 原子核的基本性质 225
5.1.1 原子核的组成 226
5.1.2 原子核的大小 228
5.1.3 核物质密度 230
5.1.4 原子核的自旋和核磁矩 230
5.1.5 电四极矩 232
5.1.6 原子核的宇称 232
5.2 核力 233
5.2.1 原子核的结合能 233
5.2.2 核力 235
5.3 原子核结构的模型 238
5.3.1 原子核的稳定性 238
5.3.2 原子核的结构 239
5.3.3 液滴模型 240
5.3.4 壳模型 241
5.3.5 集体模型 245
5.4 核衰变 246
5.4.1 核衰变及放射性 246
5.4.2 原子核衰变的一般规律 246
5.4.3 放射系 248
5.4.4 α衰变 249
5.4.5 β衰变 252
5.4.6 γ衰变 257
5.4.7 放射性的应用 258
5.4.8 穆斯堡尔效应及其应用 260
5.5 核反应 263
5.5.1 核反应 263
5.5.2 原子核的裂变 268
5.5.3 原子核的聚变 271
5.6 粒子的基本性质和分类 273
5.6.1 粒子的基本性质 274
5.6.2 粒子的分类 277
5.6.3 反粒子 284
5.7 强子的夸克模型 286
5.7.1 夸克的基本性质 288
5.7.2 重子和介子的夸克组成 292
5.8 基本相互作用与守恒律 295
5.8.1 电磁相互作用 295
5.8.2 弱相互作用 296
5.8.3 电弱统一 298
5.8.4 强相互作用 301
5.8.5 守恒定律与对称性 303
5.9 粒子物理标准模型 311
5.9.1 粒子物理的标准模型简述 311
5.9.2 其他物理理论模型 313
5.10 宇宙演化 315
5.10.1 宇宙学标准模型 315
5.10.2 三大验证 317
5.10.3 恒星的演化 320
5.10.4 太阳的一生 323
5.10.5 问题和挑战 323
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