論原子物理學(xué)中的思維方法

1、<p><b>　　1 引言</b></p><p>　　物理學(xué)中的理想模型，是人們?cè)谔角笪锢硪?guī)律的過程中，在對(duì)物理現(xiàn)象做仔細(xì)觀察和分析的基礎(chǔ)上。運(yùn)用理想化、純化的方法所抽象出來的旨在反映物質(zhì)運(yùn)動(dòng)車質(zhì)特征的理論模式。它排除了物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的非本質(zhì)特征，概括了物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的本質(zhì)特征，純化了影響物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的因素，故而用之于處理復(fù)雜的物理問題、解釋物理過程或現(xiàn)象、建立或證明物理理論極為便利，并且由于

2、它在這些方面的成功，使之成為物理學(xué)研究中必不可少的手段，對(duì)物理學(xué)的發(fā)展起到了巨大的推動(dòng)作用，在當(dāng)前和未來的物理學(xué)研究中仍將是重要的工具但是必需注意到歷史上錯(cuò)誤的理想模型對(duì)物理學(xué)研究的影響。認(rèn)識(shí)到正確建立理想模型的重要性。對(duì)其建立的方法進(jìn)行深人的研究。本文論述了原子物理學(xué)中的模型以及相關(guān)思維方法，并對(duì)其建立的方法進(jìn)行了探討?？梢哉f授有理想模型就沒有原子物理學(xué)的經(jīng)典系統(tǒng)理論，就授有物理學(xué)的迅猛發(fā)展。物理學(xué)的理論體系是在理想模型的基礎(chǔ)上建立起

3、來的。研究任何物理現(xiàn)象，重要的是建立合適的、準(zhǔn)確的物理模型。因此本文所探討的內(nèi)容對(duì)于物理的學(xué)習(xí)是至關(guān)重要的。</p><p><b>　　2 模型的概述</b></p><p><b>　　2.1 模型的定義</b></p><p>　　《辭?！分袑?duì)非實(shí)體的模型是這樣定義的:“當(dāng)一個(gè)數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)作為某個(gè)形式語言(即包括常符號(hào)、

4、函數(shù)符號(hào)、調(diào)詞符號(hào)的符號(hào)集合)的解釋時(shí)，稱為模型”。換句話說，模型是人類認(rèn)識(shí)客觀世界的基本方法之一。而在物理學(xué)中我們把模型具有的屬性概括為:(l)局限性，即理想模型只在一定范圍內(nèi)適用，超出這個(gè)范圍可能會(huì)導(dǎo)致錯(cuò)誤；(2)抽象性，即理想模型都在實(shí)際中并不存在是經(jīng)過抽象而得到的；(3)相對(duì)性，即同一原形根據(jù)不同的研究目的，可以抽象成不同的理想模型；(4)可驗(yàn)證性，建立起來的模型是否合理，是可以通過實(shí)踐的檢驗(yàn)的。</p><

5、p>　　隨著科學(xué)的發(fā)展，人類對(duì)物理世界的認(rèn)識(shí)在深入，物理模型也會(huì)不斷地發(fā)展和演變。在原子物理學(xué)中，不僅將模擬式物理模型和理想化物理模型這兩種合二為一，而且認(rèn)識(shí)微觀世界就是以各種模型這基礎(chǔ)，例如，原子核外電子的運(yùn)動(dòng)就是以電子云這種形式出現(xiàn)，至于一個(gè)電子如何形成電子云，在原子物理模型的教學(xué)中要引導(dǎo)我們用發(fā)展的眼光來認(rèn)識(shí)其微觀模型，了解建立某種模型的背景和科學(xué)依據(jù)，認(rèn)識(shí)這種模型發(fā)展演變的原因，比較、鑒別不同模型間的差異，學(xué)會(huì)有選擇性地接

6、受和認(rèn)識(shí)某種物理模型。在微觀世界中，物理現(xiàn)象、過程往往是錯(cuò)綜復(fù)雜的，它可能處于多種條件下而具有多方面的性質(zhì)。對(duì)物理現(xiàn)象、過程的性質(zhì)、條件進(jìn)行歸納，經(jīng)過邏輯推理，逐步形成的物理思維，最終概括、抽象出新的微觀世界的模型。例如，玻爾把核式模型、巴耳末公式和光量子論等這些當(dāng)時(shí)看起來毫無關(guān)聯(lián)的理論歸納起來，經(jīng)過仔細(xì)的分析推理，加上大膽的假設(shè)，提出了關(guān)于原子結(jié)構(gòu)的普遍規(guī)律。在微觀模型中，有許多現(xiàn)象被認(rèn)為是“顯然的”，或就這樣直接假定，其內(nèi)在原因往往

7、留于后人去思考。同樣，在湯姆遜原子模型中，沒有解釋是什么原因能使其帶正的物質(zhì)能連續(xù)地均勻地分布，因?yàn)閮H用電磁相互作用是不能解釋這種分布</p><p>　　2.2 物理模型的種類</p><p>　　在原子物理學(xué)中，解決原子物理學(xué)中常見的物理問題都是通過理想化模型來驗(yàn)證多提出問題的正確性，那么理想化模型可分為：實(shí)體理想模型、過程理想模型、系統(tǒng)理想模型、假想輔助型模型等一些物理模型。<

8、/p><p>　　2.2.1 實(shí)體理想模型</p><p>　　盡管世界上各種物質(zhì)的性質(zhì)千差萬別，但是在一定條件和目的下可集中突出某一類客觀實(shí)體的本質(zhì)，抓其主要特征而忽略非主要因素，把客觀實(shí)體近似化和理想化，抽象為一個(gè)足以表征其主要特征的理想模型。這類模型有質(zhì)點(diǎn)、剛體、單擺、點(diǎn)電荷、純電阻、純電感、純電容、理想變壓器、點(diǎn)光源、線光源、薄透鏡、無限長載流螺線管、無限長載流直導(dǎo)線、無限大均勻帶電平

9、面、簡諧波等；理想化的物理空間如勻強(qiáng)電場、勻強(qiáng)磁場等；理想化的物理儀器如恒壓源(內(nèi)阻為零)、恒流源(內(nèi)阻無窮大)等。</p><p>　　2.2.2 過程理想模型</p><p>　　自然界中的物質(zhì)從宇宙天體到分子原子、基本粒子，從核力場、電磁場到引力場，無不處于永恒的運(yùn)動(dòng)變化之中。物質(zhì)運(yùn)動(dòng)形式多樣、過程復(fù)雜，物理過程中所含矛盾多各具特征。為了描述某一主要運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，尋找運(yùn)動(dòng)規(guī)律，可以忽略次

10、要因素，抓住主要矛盾，將一些復(fù)雜物理過程抽象為較簡單且理想化的物理運(yùn)動(dòng)形式，從而獲得基本規(guī)律。如自由落體運(yùn)動(dòng)是忽略了空氣阻力和高度變化對(duì)重力加速度的影響等次要因素而提煉出來的，簡諧振動(dòng)是忽略阻尼作用而簡化出的一種等幅振動(dòng)。</p><p>　　這類模型還有勻速直線運(yùn)動(dòng)、勻速圓周運(yùn)動(dòng)、準(zhǔn)靜態(tài)靜止?fàn)顟B(tài)、絕熱過程平衡狀態(tài)、熱動(dòng)平衡態(tài)、等溫過程、等壓過程和可逆過程等。</p><p>　　2.2.

11、3 系統(tǒng)理想模型</p><p>　　雖然宇宙包羅萬象、事物千變?nèi)f化，但是物理學(xué)家總是在不斷探索用簡單化、理想化的模型去描述它和研究它。在研究復(fù)雜的物理系統(tǒng)時(shí)，將影響描述系統(tǒng)內(nèi)的物體及物體與物體之間的次要因素忽略不計(jì)，而抓主要矛盾，抓能反映主要本質(zhì)的因素將系統(tǒng)理想化，得出更具代表性的規(guī)律進(jìn)而研究實(shí)際系統(tǒng)。這類模型有理想氣體、理想流體、完全彈性碰撞、非完全彈性碰撞、完全非彈性碰撞等。</p><

12、p>　　2.2.4 假想輔助型模型</p><p>　　該類模型是為說明被研究對(duì)象的一種或幾種特性，尋找事物規(guī)律及本質(zhì)而假想出的一種輔助型模型。它使研究對(duì)象直觀形象，幫助人們理解其本質(zhì)特征，從而進(jìn)一步反映該研究對(duì)象的基本屬性和所描述的規(guī)律，如法拉第的電場線模型。電場線的疏密代表電場強(qiáng)度的大小，場線上每一點(diǎn)的切線方向代表該點(diǎn)的場強(qiáng)方向。既直觀又形象地反映出場這種特殊物質(zhì)的基本屬性和特點(diǎn)。除此外還有液體中的液線

13、、電場中的等勢(shì)面、磁場中的磁感線和幾何光學(xué)中的光線等。如果這種模型反映的規(guī)律與實(shí)驗(yàn)事實(shí)完全楣符，它的假想就變?yōu)檎鎸?shí)。如果只有部分相符，它只能反映被研究對(duì)象特性的一個(gè)特性。如原子物理學(xué)中的湯姆遜摸型、盧瑟福摸型、玻爾模型和原子核物理學(xué)中的費(fèi)米氣體模型、液滴模型、殼層模型等。</p><p>　　3 原子物理學(xué)中的模型</p><p>　　在原子物理學(xué)中，對(duì)于其中的模型，總結(jié)如下。</p

14、><p>　　3.1 “棗糕模型”</p><p>　　湯姆遜在分析研究以前的科學(xué)家的人真空放電的實(shí)驗(yàn)時(shí)，經(jīng)過更進(jìn)一步的散射實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)原子中能發(fā)射出電子，這說明原子中含有帶負(fù)電的電子，因此他進(jìn)行了荷質(zhì)比的測(cè)定，從中發(fā)現(xiàn)電子的質(zhì)量與原子的質(zhì)量的比值特別。又因?yàn)樵映尸F(xiàn)中性，所以原子中一定還有帶正電的那一部分，它來負(fù)責(zé)中和負(fù)電，它占有原子質(zhì)量的大部分?？偨Y(jié)以上實(shí)驗(yàn)，湯姆遜在 1904 年提出了原子的

15、“棗糕模型”。即原子中的正電荷分布在整個(gè)原子空間，電子嵌在布滿正電荷的球體內(nèi)。電子均勻分布在正電荷球內(nèi)。當(dāng)原子處于最低的能量狀態(tài)時(shí)，電子處在其平衡位置上。當(dāng)原子被激發(fā)時(shí)，電子偏離平衡位置，由于和正電荷之間的庫倫力，使它在平衡位置附近做簡諧振動(dòng)。由于湯姆遜模型能夠很好的說明元素的周期性和院子的穩(wěn)定性，因此一度被人們認(rèn)可。</p><p>　　3.2 核式結(jié)構(gòu)模型 </p><p>　　

16、盧瑟福在研究粒子散射實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)粒子穿過金箔后仍沿原來的方向前進(jìn), 但是有少數(shù)粒子卻發(fā)生了較大的偏轉(zhuǎn)，并且有極少數(shù)粒子的偏轉(zhuǎn)超過90°,有的甚至幾乎達(dá)到180°，像是被金箔彈了回這就是粒子散射實(shí)驗(yàn)。根據(jù)湯姆生的棗糕模型計(jì)算，粒子穿過金箔后的偏轉(zhuǎn)最大不超過零點(diǎn)幾度，因?yàn)殡娮淤|(zhì)量很小，比粒子的質(zhì)量小得多，粒子碰到電子，就如子彈碰到塵埃，前進(jìn)方向不會(huì)發(fā)生明顯改變。 所以盧瑟福對(duì)這些結(jié)果分析后得出結(jié)論，提出他的原子核式

17、結(jié)構(gòu)模型：在原子的中心有一個(gè)很小的核，叫原子核，原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在原子核里，帶負(fù)電的電子在核外空間里繞著核旋轉(zhuǎn)，這一模型也被稱為“行星模型”。根據(jù)核式結(jié)構(gòu)學(xué)說可以解釋粒子的散射：當(dāng)粒子穿過原子時(shí)，電子對(duì)粒子影響很小，影響粒子運(yùn)動(dòng)的主要是原子核。離核遠(yuǎn)則粒子受到的庫侖斥力很小，運(yùn)動(dòng)方向改變小。只有當(dāng)粒子與核十分接近時(shí)，才會(huì)受到很大庫侖斥力，而原子核很小，所以粒子接近它的機(jī)會(huì)就很少，只有極少數(shù)大角度的偏轉(zhuǎn)，而絕大多數(shù)基本

18、按直線方向前進(jìn)。</p><p>　　3.3 玻爾的原子軌道模型</p><p>　　由于從經(jīng)典理論出發(fā)的原子核式結(jié)構(gòu)模型既不能不能解釋原子光譜具有離散的線光譜說明，也不能說明原子有穩(wěn)定的大小。因此玻爾在研究了光譜的實(shí)驗(yàn)資料和經(jīng)驗(yàn)規(guī)律后，在玻爾在數(shù)學(xué)教師巴耳末的工作以及巴耳末公式和普朗克關(guān)于黑體輻射的能量子理論和愛因斯坦關(guān)于光量子概念的啟發(fā)下，把量子概念應(yīng)用到原子體系，并把原子光譜的離散線

19、狀譜的物理機(jī)制和原子結(jié)構(gòu)聯(lián)系起來，于1913年提出了原子軌道模型。原子核位于原子中心，電子在其外圍的一系列同心圓周上做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，這些圓周被稱為電子的軌道，但只有符合量子條件 （n=1，2，3…）的軌道才能夠?qū)崿F(xiàn)，軌道半徑r與主量子數(shù)成正比。當(dāng)電子在這樣的量子化軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)，原子具有固定的能量值，且能量E 與 \* MERGEFORMAT 成反比。當(dāng)原子中的電子從一個(gè)軌道向另一個(gè)軌道躍遷時(shí)，原子才向外發(fā)射或吸收一定的輻射，所發(fā)射或吸

20、收輻射的頻率v滿足</p><p>　　3.4 橢圓軌道模型 </p><p>　　1916年，索末菲在玻爾模型的基礎(chǔ)上，應(yīng)用量子化通則，引人角量子數(shù)，和徑量子數(shù)，且，提出橢圓軌道模型，即原子中核外電子的軌道大多是橢圓軌道，其大小、形狀主要由n和來決定。n 決定橢圓的大小，決定橢圓的形狀。對(duì)于一個(gè)確定的n，=1，2，3…n，即對(duì)同一

21、個(gè)n，電子有種運(yùn)動(dòng)方式。橢圓軌道半長軸，半短軸，越大，橢圓的半短軸越長，當(dāng)時(shí)，橢圓變成圓。這個(gè)圓就是玻爾模型中的圓軌道，也就是說，在玻爾的一系列同心圓軌道中，索末菲又發(fā)現(xiàn)了許多的橢圓軌道，且橢圓比圓軌道多很多。電子在這些橢圓、圓軌道之間躍遷時(shí)，原子發(fā)出較為復(fù)雜的光譜。同時(shí)，由于相對(duì)論效應(yīng)的存在，這些軌道還在不停地運(yùn)動(dòng)。</p><p>　　3.5 “電子云”模型</p><p>　　電子云

22、是近代對(duì)電子用統(tǒng)計(jì)的方法，在核外空間分布方式的形象描繪，它的區(qū)別在于行星軌道式模型。電子具有玻粒二象性，它不像宏觀物體的運(yùn)動(dòng)那樣有確定的軌道，因此畫不出它的運(yùn)動(dòng)軌跡。我們不能預(yù)言它在某一時(shí)刻究竟出現(xiàn)在核外空間的哪個(gè)地方，只能知道它在某處出現(xiàn)的機(jī)會(huì)有多少。為此，就以單位體積內(nèi)電子出現(xiàn)幾率，用小白點(diǎn)的疏密來表示。小白點(diǎn)密處表示電子出現(xiàn)的幾率密度大，小白點(diǎn)疏處幾率密度小，看上去好像一片帶負(fù)電的云狀物籠罩在原子核周圍，因此叫電子云。</p

23、><p>　　在量子化中，用一個(gè)波函數(shù)表征電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，用它的模的平方值表示單位體積內(nèi)電子在核外空間某處出現(xiàn)的幾率，所以電子云實(shí)際上就是波函數(shù)膜的平方在空間的分布。研究電子云的空間分布主要包括它的徑向分布和角度分布兩個(gè)方面。徑向分布探求電子出現(xiàn)的幾率大小和離核遠(yuǎn)近的關(guān)系，被看作在半徑為r，厚度為dr的薄球殼內(nèi)電子出現(xiàn)的幾率。角度分布探究電子出現(xiàn)的幾率和角度的關(guān)系。例如s態(tài)電子，角度分布呈球形對(duì)稱，同一球面上不同角度

24、方向上電子出現(xiàn)的幾率密度相同。p態(tài)電子呈8字形紡錘形，不同角度方向上幾率密度不等。有了pz的角度分布，再有n=2時(shí)2p的徑向分布，就可以綜合兩者得到2pz的電子云圖形。由于2p和3p的徑向分布不同，2pz和3pz的電子云圖形也不同。</p><p>　　3.6 電子的自旋運(yùn)動(dòng)模型</p><p>　　為了解釋堿金屬原子能級(jí)的雙層結(jié)構(gòu)，烏侖貝克和古德斯密特設(shè)想電子與地球一樣也具有自旋及其相應(yīng)

25、的角動(dòng)量。由于電子帶電， 且有磁場， 則其磁矩在磁場中應(yīng)是量子化的， 產(chǎn)生附加能量； 由于能級(jí)是雙層的，因此磁矩在磁場中的量子化的取值也應(yīng)該是兩個(gè)。于是在 1925 年， 烏侖貝克與古德斯密特提出了關(guān)于電子自旋的假設(shè)，認(rèn)為電子不是點(diǎn)電荷，它除了軌道運(yùn)動(dòng)外，還具有自旋運(yùn)動(dòng)，其角動(dòng)量為，s=。它在磁z方向的分量有兩個(gè)：Ps，（同z與反z方向）。自旋是電子的基本屬性，電子的自旋運(yùn)動(dòng)絕不是機(jī)械的自轉(zhuǎn)，它是相對(duì)論效應(yīng)。1928年，Dirac從量子

26、力學(xué)的基本方程出發(fā)，很自然地導(dǎo)出了電子自旋的性質(zhì)，為這個(gè)假設(shè)提供了理論依據(jù)。</p><p>　　3.7 原子輻射的模型</p><p>　　原子對(duì)光的吸收和發(fā)射是原子體系與光相互作用產(chǎn)生的現(xiàn)象，精確的解釋需要考慮電磁場的量子化，但大多數(shù)情形，在較簡單的討論中可以近似地將光波看作經(jīng)典的電磁波，而只對(duì)原子體系用量子力學(xué)來處理。</p><p>　　用量子力學(xué)計(jì)算原子躍

27、遷幾率比較繁瑣，一般常用經(jīng)典電磁理論來計(jì)算。處于混合態(tài)的原子，它的電荷分布隨時(shí)間振蕩，可以看成是它的負(fù)電荷的重心與原子核的距離的振蕩，猶如一個(gè)帶電振子。因此用電振子的能量發(fā)射來討論原子的輻射和躍遷過程。</p><p>　　3.8 原子核的結(jié)構(gòu)模型</p><p>　　原子核結(jié)構(gòu)是物質(zhì)結(jié)構(gòu)的一個(gè)重要層次，核內(nèi)核子是通過核力結(jié)合在一起的，但至今對(duì)核力的性質(zhì)了解仍然不夠。另外，原子核是多粒子體

28、系，目前量子力學(xué)在解決這類強(qiáng)作用的多體問題上還存在困難。關(guān)于核結(jié)構(gòu)的理論大多數(shù)是在一定的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上對(duì)原子核作某種模型假設(shè)，用來解釋原子核的某些性質(zhì)?！耙旱文Ｐ汀保言雍丝醋饕粋€(gè)帶電的液滴，核子間彼此有強(qiáng)的相互作用，像液滴中的分子，在核內(nèi)核子隨機(jī)地運(yùn)動(dòng)且不斷地和其它核子碰撞，它們的平均自由程比核的尺寸要小很多。“費(fèi)米氣體模型”，把核子看作幾乎沒有相互作用的限制在勢(shì)阱中的氣體分子，由于核子是費(fèi)米子，原子核就被看作是費(fèi)米氣體的系統(tǒng)。核內(nèi)核子

29、的運(yùn)動(dòng)必須服從泡利不相容原理，即不可能有兩個(gè)質(zhì)子（中子）同時(shí)處在相同的狀態(tài)。這樣中子和質(zhì)子可以分別處理，各自有它自己的量子態(tài)。</p><p><b>　　4 建立模型的方法</b></p><p>　　近代物理是十九世紀(jì)末才發(fā)展起來，在短短的幾十年的時(shí)間里它就從發(fā)展走向了成熟，聚集了眾多科學(xué)家的研究成果，且積累了豐富的物理思想和物理方法。</p>&l

30、t;p>　　原子物理學(xué)可成為我們了解近代物理思維及方法的窗口。在學(xué)習(xí)的過程中充分的探究其豐富的物理思想以及物理方法，從而獲得一種解決問題的鑰匙。原子物理學(xué)中所展現(xiàn)的物理方法非常豐富，主要有“假說法”、“理想實(shí)驗(yàn)法”、“類比法”、“實(shí)驗(yàn)法”“模型法”等，以下具體分析一下各種方法。</p><p>　　4.1 假說法 </p><p>　　假想是物理學(xué)研究中的一種重要的思維方法,

31、它是人們從大量實(shí)驗(yàn)事實(shí)及其理論根據(jù)出發(fā),經(jīng)過歸納和演繹、分析和綜合、抽象和類比等思維活動(dòng),對(duì)所研究的物理形態(tài)提出的理論構(gòu)思。英國物理學(xué)家盧瑟福把原子內(nèi)電子繞核運(yùn)動(dòng)與太陽系中各行星繞太陽運(yùn)動(dòng)加以類比,提出了原子的行星式有核模型。但是由于類比的或然性,這個(gè)模型無法解釋原子的穩(wěn)定性和原子分立線狀光譜的現(xiàn)實(shí)。丹麥物理學(xué)家玻爾創(chuàng)造性地接受了盧瑟福的模型,他把普朗克和愛因斯坦量子化思想引進(jìn)模型,通過著名的“定態(tài)能級(jí)”和“能級(jí)躍遷決定普線頻率”的理論

32、構(gòu)想,提出了經(jīng)典和量子物理的混合型原子結(jié)構(gòu)模型。但是其只對(duì)氫或類氫原子光譜的解釋是成功的,至于多電子原子的光譜則無法解釋。德國物理學(xué)家海森伯在玻爾指導(dǎo)下研究原子行星模型。他認(rèn)為通過實(shí)驗(yàn)直接觀察到的只是光譜性質(zhì),而不是電子的位置和速度,只有從可觀察量出發(fā),才能建立原子結(jié)構(gòu)理論。他首先建立了量子力學(xué)的矩陣形式,并得到了著名的“測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系”。同時(shí)玻爾也由他原來的波粒二象性并存想法,發(fā)展為“互補(bǔ)原理”。這些對(duì)原子結(jié)構(gòu)的描述,最后都滲入了量子力學(xué)

33、。海森伯和薛定愕在兩條道路上,由于矩陣形式和波方程共同描述了微粒的力學(xué)方面的運(yùn)動(dòng)</p><p>　　4.2 理想實(shí)驗(yàn)法 </p><p>　　理想實(shí)驗(yàn)也叫做思想實(shí)驗(yàn)，即思想上根據(jù)理想模型設(shè)想出相似于真實(shí)物質(zhì)的實(shí)驗(yàn)條件、實(shí)驗(yàn)過程和實(shí)驗(yàn)設(shè)備，并進(jìn)行嚴(yán)密的邏輯思維的推理。這種理想實(shí)驗(yàn)相比于真實(shí)實(shí)驗(yàn)更加概括、更加抽象，在具體的實(shí)踐過程中可以不對(duì)技術(shù)困難進(jìn)行考慮，以科學(xué)積累和真實(shí)實(shí)驗(yàn)作為基礎(chǔ)

34、，并進(jìn)行嚴(yán)密的邏輯思維推理，在理想實(shí)驗(yàn)中先從邏輯上發(fā)現(xiàn)原有理論的局限和錯(cuò)誤，還可以根據(jù)理想實(shí)驗(yàn)建立新的理論，然而理想實(shí)驗(yàn)終究不是真實(shí)實(shí)驗(yàn)，理論的正確與否還有待于真實(shí)實(shí)驗(yàn)的檢驗(yàn)。海森堡在建立測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系時(shí)就用了這種方法。設(shè)有電子通過一狹縫后的屏幕上，狹縫寬為，那么電子作為一微粒，通過狹縫的哪一點(diǎn)是不能確定的，不確定的范圍是。電子又具有波動(dòng)性，通過狹縫會(huì)發(fā)生衍射，落在屏幕上會(huì)顯示衍射圖樣。這就是說每粒電子在進(jìn)入狹縫后，進(jìn)行方向可能偏離原方向，

35、用ɑ表示偏離角，這樣就在方向產(chǎn)生如果只考慮衍射圖樣中間一段效應(yīng)海森堡經(jīng)過嚴(yán)密的推導(dǎo)得出了。 </p><p>　　4.3 實(shí)驗(yàn)法 </p><p>　　實(shí)驗(yàn)是人們根據(jù)研究的目的，利用科學(xué)儀器、設(shè)備，人為地模擬或控制在有利于研究自然規(guī)律的活動(dòng)的情況下。實(shí)驗(yàn)是科學(xué)知識(shí)發(fā)展過程中不可缺少的一部分。因?yàn)橐环矫嫠梢詫?duì)所提出的假說和理論進(jìn)行驗(yàn)證；另一方面實(shí)驗(yàn)過程中產(chǎn)生的新現(xiàn)象是新理論產(chǎn)

36、生的基礎(chǔ)，正像倫琴所說:“實(shí)驗(yàn)是最可靠、最有力的手段，它能將自然界的秘密揭開，它是判斷假說應(yīng)當(dāng)放棄，或者應(yīng)該保留的最終鑒證”。在原子物理的所有課程中一直貫穿一條宗旨:檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)就是實(shí)驗(yàn)，只有從實(shí)驗(yàn)中才能總結(jié)出來理論，但理論畢竟是理論，還是要經(jīng)受實(shí)驗(yàn)的檢驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)法的例子有很多，在十九世紀(jì)末期，量子理論的產(chǎn)生是由于黑體輻射，大角散射是盧瑟福提出原子核式結(jié)構(gòu)模型的基礎(chǔ)。玻爾根據(jù)氫光譜實(shí)驗(yàn)大膽地提出量子理論的假設(shè)；夫蘭克—赫茲實(shí)驗(yàn)使能級(jí)

37、的存在得到證實(shí)，賽曼效應(yīng)及堿金屬光譜的精細(xì)結(jié)構(gòu)證實(shí)了電子自旋態(tài)是存在的，史特恩蓋拉赫實(shí)驗(yàn)使角動(dòng)量空間取向量子化得到證實(shí)。倫琴對(duì)X射線的發(fā)現(xiàn)，證實(shí)原子內(nèi)層電子是分層排布的，康普頓效應(yīng)使微觀粒子波粒二象性得到進(jìn)一步發(fā)展。</p><p>　　4.4 類比法 </p><p>　　由兩個(gè)或兩類對(duì)象之間某些方面的相似或相同推出它們?cè)谄渌矫婵赡芟嗨苹蛳嗤囊环N方法即為類比法。在研究某個(gè)問題時(shí)

38、物理學(xué)家常常以類比作為起始點(diǎn)，通過類比提出假說，在進(jìn)行下一步的研究，最終推導(dǎo)出一個(gè)結(jié)論，但由于兩個(gè)或兩類事物不僅有共性還有一些用來區(qū)分不同事物的特性，因此要通過無數(shù)次實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐的檢驗(yàn)和修正。</p><p>　　最典型的例子就是：盧瑟福通過散射實(shí)驗(yàn)得出，原子核集中了原子的大部分質(zhì)量，然而只占居原子中央一小部分體積。原子核與電子間的距離平方與電磁力成反比，而太陽系也有著類似的現(xiàn)象，太陽集中大部分質(zhì)量，只占居整個(gè)太陽

39、系的以小部分體積，它們之間的距離平方與萬有引力成反比，盧瑟福通過太陽系與原子的類比，得出了原子的結(jié)構(gòu)即電子繞核運(yùn)動(dòng)。</p><p>　　德布羅意將電子與質(zhì)子等某些微觀粒子的比較中，在光的波粒二象性的基礎(chǔ)上，波粒二象性告訴我們：光既有波動(dòng)性，又有粒子性，然而人們通常只注意到光的波動(dòng)性往往忽略了它的粒子性，在研究微觀粒子時(shí)，我們是不是又忽略了它的波動(dòng)性只看到它的粒子性，但是微觀粒子也是具有波粒二象性的。通過比較和類

40、比，德布羅意得出了物質(zhì)波的波長為，且微觀粒子的波粒二象性也由電子衍射實(shí)驗(yàn)證明了。</p><p><b>　　小結(jié) </b></p><p>　　現(xiàn)代社會(huì)是一個(gè)信息社會(huì)、知識(shí)更新快的社會(huì)，現(xiàn)代教育提倡的是終身學(xué)習(xí)，著名的科學(xué)家勞厄曾經(jīng)說過:“重要的不是獲得知識(shí)，而是發(fā)展思維能力，教育無非是一切已學(xué)過的東西都遺忘掉的時(shí)候，所剩下的東西?！币虼嗽趯W(xué)習(xí)原子物理學(xué)的過程中

41、，更重要的是這種運(yùn)用模型以及思維方法的培養(yǎng)，把這些方法靈活運(yùn)用于生活的各個(gè)方面。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　［1］褚圣麟.原子物理學(xué)［M］.北京：高等教育出版社，1979</p><p>　?。?］楊福家.原子物理學(xué)［M］.北京：高等教育出版社，2000</p><p>　　［3］

42、陳宏芳.原子物理學(xué)［M］.北京：科學(xué)出版社，2006</p><p>　?。?］朱棟培，陳宏芳，石名俊.原子物理學(xué)與量子力學(xué)［M］.北京：科學(xué)出版社， 2008</p><p>　?。?］徐克尊.高等原子與分子物理學(xué)［M］.北京：科學(xué)出版社，2000</p><p>　?。?］倪光炯，王炎森.物理與文化［M］.北京：高等教育出版社，2009</p>&

43、lt;p>　?。?］趙崢.物理學(xué)與人類文明［M］.北京：高等教育出版社，2008</p><p>　?。?］朱俊.模型在原子物理教學(xué)中的地位［C］.第十七屆全國原子 、原子核物理研討會(huì)暨全國近代物理研究會(huì)第十屆年會(huì)，山東泰安，2008</p><p>　?。?］趙向軍.淺談原子結(jié)構(gòu)模型［J］。內(nèi)蒙古師范大學(xué)學(xué)報(bào)，2003，32（4）：117-118</p><p&

44、gt;　?。?0］李福來.物理學(xué)研究與理想化模型［J］。滄州師范?？茖W(xué)校學(xué)報(bào)，2006，22（3）：124-125</p><p>　　［11］趙彩霞.從原子模型看形象思維和抽象思維的關(guān)系［J］。技術(shù)物理教學(xué)，2003， 11（4）：21</p><p>　?。?2］謝國秋.原子分子物理的研究［J］。黃山學(xué)院學(xué)報(bào)，2007，9（3）：20-27</p><p>　　

45、［13］林德宏科學(xué)思想史江蘇江蘇科技出版社1986</p><p>　　［14］解世雄物理文化史重慶西南師大出版社1996</p><p>　?。?5］殷正坤探幽入微之路北京人民出版社1987</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　衷心感謝導(dǎo)師劉艷鳳老師對(duì)本人的精心指導(dǎo)。他的言傳身教將使我終生受益

46、。同時(shí)我還要感謝在我學(xué)習(xí)期間給我極大關(guān)心和支持的各位老師,正是由于你們,我才能在各方面取得顯著的進(jìn)步,在此向你們表示我由衷的謝意。也要感謝我的家人以及我的朋友們對(duì)我的鼓勵(lì)和幫助,你們的關(guān)心和鼓勵(lì)將使我在工作和學(xué)習(xí)中不斷進(jìn)取。感謝所有關(guān)心、支持、幫助過我的良師益友。</p><p><b>　　獨(dú)創(chuàng)性聲明</b></p><p>　　本人聲明所呈交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師

47、指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果。據(jù)我所知，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得牡丹江師范學(xué)院或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過的材料。</p><p>　　學(xué)位論文作者簽名： 簽字日期： 年 月 日</p><p>　　學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書</p>&

48、lt;p>　　本人完全了解牡丹江師范學(xué)院有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)院保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)牡丹江師范學(xué)院可以將學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或其他復(fù)制手段保存、匯編本學(xué)位論文。</p><p>　　學(xué)位論文作者簽名： 導(dǎo)師簽名：</p><p>