《固體物理學(xué)》教學(xué)大綱

第頁(yè)《固體物理學(xué)》教學(xué)大綱課程編號(hào)：10140108英文名稱：SolidStatePhysics學(xué)分：3學(xué)時(shí)：總學(xué)時(shí)48學(xué)時(shí)，其中理論48學(xué)時(shí)先修課程：普通物理、熱力學(xué)與統(tǒng)計(jì)物理、量子力學(xué)課程類(lèi)別：專(zhuān)業(yè)必修課程授課對(duì)象：物理學(xué)專(zhuān)業(yè)學(xué)生教學(xué)單位：數(shù)理信息學(xué)院修讀學(xué)期：第6學(xué)期課程描述和目標(biāo)本課程是物理學(xué)專(zhuān)業(yè)一門(mén)重要的專(zhuān)業(yè)平臺(tái)課程。只要研究固體的結(jié)構(gòu)及組成粒子之間的相互作用與運(yùn)動(dòng)規(guī)律，闡明固體的性能和用途。通過(guò)整個(gè)教學(xué)過(guò)程，使學(xué)生理解晶體結(jié)構(gòu)的基本描述，晶格聲子及固體電子理論，掌握周期性結(jié)構(gòu)的固體材料的常規(guī)性質(zhì)和研究方法，了解固體物理領(lǐng)域的一些新進(jìn)展。能夠熟練掌握基本的物理方法，并具有綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。本課程擬達(dá)到的課程目標(biāo):課程目標(biāo)1：培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用辯證唯物主義和歷史唯物主義的立場(chǎng)、觀點(diǎn)和方法分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，培養(yǎng)愛(ài)國(guó)情懷及科學(xué)創(chuàng)新精神。課程目標(biāo)2：使學(xué)生理解晶體結(jié)構(gòu)的基本描述：原胞、晶胞、布拉伐格子、晶向、晶面指數(shù)系統(tǒng)、倒易點(diǎn)陣、布里淵區(qū)等。課程目標(biāo)3：掌握晶體結(jié)合的基本類(lèi)型：分子晶體、共價(jià)晶體、金屬晶體、氫鍵晶體、離子晶體。課程目標(biāo)4：掌握晶格振動(dòng)理論：理解晶格振動(dòng)的量子化，理解比較抽象的晶格振動(dòng)的元激發(fā)“聲子”的概念，掌握晶格熱容量的量子理論，理解晶格振動(dòng)對(duì)晶體熱學(xué)性質(zhì)的影響。課程目標(biāo)5：掌握固體電子理論，掌握周期性結(jié)構(gòu)的固體材料的常規(guī)性質(zhì)和研究方法，了解固體物理領(lǐng)域的一些新進(jìn)展。課程目標(biāo)6：掌握物理學(xué)的科學(xué)思維與研究方法，具有綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。課程目標(biāo)7：培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是，進(jìn)行觀察、實(shí)驗(yàn)、探索、猜想等合情推理及科學(xué)發(fā)現(xiàn)的能力。課程目標(biāo)8：培養(yǎng)學(xué)生自覺(jué)學(xué)習(xí)、自主創(chuàng)新的能力。二、課程目標(biāo)對(duì)畢業(yè)要求的支撐關(guān)系畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)課程目標(biāo)權(quán)重指標(biāo)點(diǎn)1-1.具有嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)、艱苦奮斗、求真務(wù)實(shí)的精神和熱愛(ài)勞動(dòng)、遵紀(jì)守法、自律謙讓、團(tuán)結(jié)合作的品質(zhì)。指標(biāo)點(diǎn)11-1.具備求實(shí)、求真的精神和創(chuàng)新意識(shí)。課程目標(biāo)10.3課程目標(biāo)70.3課程目標(biāo)80.4指標(biāo)點(diǎn)2-1.具有創(chuàng)新精神，了解創(chuàng)新是科技和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的第一動(dòng)力課程目標(biāo)10.5課程目標(biāo)80.5指標(biāo)點(diǎn)3-1.有一定的文學(xué)修養(yǎng)；初步掌握唯物辯證法，能從哲學(xué)的角度看待世界、分析問(wèn)題；有較系統(tǒng)的法律知識(shí)和初步的社會(huì)學(xué)知識(shí)；了解世界科技史。課程目標(biāo)11指標(biāo)點(diǎn)5-1.系統(tǒng)地掌握物理學(xué)的基本理論、基本知識(shí)、基本實(shí)驗(yàn)方法和技能，具有基礎(chǔ)扎實(shí)、適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn)和自學(xué)新知識(shí)、新技術(shù)的能力；掌握材料物理基本理論和應(yīng)用基本理論和應(yīng)用知識(shí)能力。課程目標(biāo)20.25課程目標(biāo)30.25課程目標(biāo)40.25課程目標(biāo)50.25指標(biāo)點(diǎn)5-3.掌握材料物理基本理論和應(yīng)用基本理論和應(yīng)用知識(shí)能力。指標(biāo)點(diǎn)11-2.掌握物理學(xué)的科學(xué)思維與研究方法；有較強(qiáng)的邏輯思維能力和辯證思維能力；能綜合分析和解決實(shí)際的科學(xué)技術(shù)問(wèn)題。課程目標(biāo)20.2課程目標(biāo)30.2課程目標(biāo)40.2課程目標(biāo)50.2課程目標(biāo)60.2三、教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時(shí)分配序號(hào)教學(xué)內(nèi)容基本要求學(xué)時(shí)教學(xué)方式對(duì)應(yīng)課程目標(biāo)1晶體結(jié)構(gòu)教學(xué)內(nèi)容：原子的周期性排列；晶向和晶面；晶格的基本類(lèi)型。自主學(xué)習(xí)：幾種簡(jiǎn)單晶體結(jié)構(gòu)類(lèi)型了解非晶態(tài)、準(zhǔn)晶態(tài)，晶體結(jié)構(gòu)測(cè)定，掌握晶體的構(gòu)成要素、原胞的基本概念及其選取方法；理解晶格的對(duì)稱性及布拉伐格子，掌握晶格的基本類(lèi)型；掌握晶向、晶面指數(shù)系統(tǒng)。6集中授課、小組討論課程目標(biāo)1、2、6、7、82晶體衍射和倒易點(diǎn)陣教學(xué)內(nèi)容：倒格子空間的引入；倒易點(diǎn)陣；布里淵區(qū)。自主學(xué)習(xí)：原子散射因子和幾何結(jié)構(gòu)因子理解倒格子空間；掌握布里淵區(qū)的定義及其選取方法；理解晶體衍射原理；理解原子散射因子和幾何結(jié)構(gòu)因子對(duì)衍射強(qiáng)度的影響規(guī)律。4集中授課、小組討論課程目標(biāo)1、2、6、7、83晶體結(jié)合教學(xué)內(nèi)容：晶體結(jié)合的基本類(lèi)型，結(jié)合力的一般性質(zhì)，范德瓦爾斯結(jié)合，離子晶體的結(jié)合能。自主學(xué)習(xí)：共價(jià)結(jié)合；金屬性結(jié)合；氫鍵結(jié)合。掌握范德瓦爾斯結(jié)合的本質(zhì)，會(huì)推導(dǎo)倫納德-瓊斯勢(shì)；掌握馬德隆能，能計(jì)算一維單離子鏈的馬德隆常數(shù)，會(huì)推導(dǎo)離子晶體的結(jié)合能；了解共價(jià)結(jié)合的相關(guān)特性；了解金屬性結(jié)合的相關(guān)特性；了解氫鍵結(jié)合的相關(guān)特性。6集中授課、小組討論課程目標(biāo)1、3、6、7、84聲子I教學(xué)內(nèi)容：簡(jiǎn)諧近似；一維原子鏈的振動(dòng)；聲學(xué)波和光學(xué)波；晶格振動(dòng)的量子化。自主學(xué)習(xí)：聲子引起的非彈性散射理解簡(jiǎn)諧近似的合理性；掌握一維單原子鏈和一維雙原子鏈的振動(dòng)特性及色散關(guān)系；掌握聲學(xué)波和光學(xué)波各自的物理特性；理解晶格振動(dòng)的量子化，理解比較抽象的晶格振動(dòng)的元激發(fā)“聲子”的概念。7集中授課、小組討論課程目標(biāo)1、4、6、7、85聲子II教學(xué)內(nèi)容：比熱的量子理論；晶格狀態(tài)方程；晶格熱傳導(dǎo)；晶格熱膨脹。自主學(xué)習(xí)：非理想晶格的情況了解比熱的經(jīng)典理論，掌握比熱量子理論的愛(ài)因斯坦模型和德拜模型；掌握晶格狀態(tài)方程；理解影響晶格熱傳導(dǎo)的各個(gè)因素，掌握聲子碰撞的正則過(guò)程和倒逆過(guò)程；理解晶格熱膨脹為非簡(jiǎn)諧效應(yīng)導(dǎo)致的結(jié)果，能定性解釋晶格熱膨脹。7集中授課、小組討論課程目標(biāo)1、4、6、7、86自由電子費(fèi)米氣體教學(xué)內(nèi)容：金屬自由電子氣模型；費(fèi)米-狄拉克分布；費(fèi)米能；電子比熱；電導(dǎo)率和歐姆定律；金屬的導(dǎo)熱性；在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)。自主學(xué)習(xí)：重費(fèi)米子掌握一維情況下的能級(jí)和軌道密度；掌握費(fèi)密能的概念；掌握電子比熱的量子理論。通過(guò)本章的學(xué)習(xí)，使學(xué)生了解經(jīng)典電子氣理論；了解電子氣的基態(tài)性質(zhì)；理解電子氣的費(fèi)米能量和熱容量的概念；了解在準(zhǔn)經(jīng)典近似下晶體中的電子在均勻外電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。6集中授課、小組討論課程目標(biāo)1、5、6、7、87能帶理論教學(xué)內(nèi)容：晶體的周期性等效勢(shì)；布洛赫函數(shù)；能帶和能隙；克勒尼希-彭尼模型；導(dǎo)體、半導(dǎo)體和絕緣體的能帶論解釋。自主學(xué)習(xí)：倒易空間的克勒尼希-彭尼模型；空格點(diǎn)近似。通過(guò)本章的教學(xué)，使學(xué)生能夠了解晶體能帶理論的基本假設(shè)和處理問(wèn)題的基本思路；理解布洛赫定理及其推論的證明，掌握晶體能帶的基本特征；掌握能態(tài)密度的計(jì)算方法；掌握能帶理論的近自由電子近似方法及其結(jié)論，了解平面波方法；理解導(dǎo)體、半導(dǎo)體、絕緣體的能帶論解釋。12集中授課、小組討論課程目標(biāo)1、5、6、7、8合計(jì)48四、課程教學(xué)方法集中講授、小組討論。五、學(xué)業(yè)評(píng)價(jià)和課程考核考核依據(jù)建議分值考核/評(píng)價(jià)細(xì)則對(duì)應(yīng)課程目標(biāo)平時(shí)成績(jī)40%出勤0%每曠課一次扣2分課程目標(biāo)1、6、8作業(yè)10%共10分，根據(jù)作業(yè)完成情況酌情量分課程目標(biāo)1、7、8過(guò)程性考核10%階段性測(cè)驗(yàn)，根據(jù)測(cè)驗(yàn)情況酌情量分課程目標(biāo)1、2、3、4、5、6、7、8期中考試20%卷面成績(jī)課程目標(biāo)1、2、3、4、5、6、7、8期末考試60%卷面成績(jī)課程目標(biāo)1、2、3、4、5、6、7、8六、教材與參考書(shū)（一）推薦教材1．《固體物理學(xué)導(dǎo)論》，[美]基泰爾主編，北京