結(jié)構(gòu)與物性課程教學(xué)大綱

結(jié)構(gòu)與物性課程教學(xué)大綱課程編號(hào)：10011460課程名稱：結(jié)構(gòu)與物性/StructureandPropertiesofMatter學(xué)時(shí)：48學(xué)時(shí)學(xué)分：3學(xué)分適用專業(yè)：物理學(xué)、材料物理開課學(xué)期：6開課部門：理工學(xué)院物理系先修課程：量子力學(xué)、固體物理?？己艘螅洪]卷考核使用教材及主要參考書：[1]周公度著，《結(jié)構(gòu)和物性》，高等教育出版社，2009年5月第三版；[2]周公度著，《結(jié)構(gòu)化學(xué)基礎(chǔ)》，北京大學(xué)出版社，1989年4月；[3]一般的有機(jī)化學(xué)和無(wú)機(jī)化學(xué)教材；[4]熱點(diǎn)科技問題從網(wǎng)上了解進(jìn)展。一、課程的性質(zhì)和任務(wù)結(jié)構(gòu)與物性課程是分別從原子、分子、團(tuán)簇和晶體層次介紹物質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)及其對(duì)宏觀物理性質(zhì)的影響。著重介紹化學(xué)鍵的物理本質(zhì)及其對(duì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)、形態(tài)和性能的影響；講述物質(zhì)結(jié)構(gòu)對(duì)稱性的起源，主要包括分子的對(duì)稱性和晶體的對(duì)稱性，基本對(duì)稱操作和群的概念。面向物理學(xué)、材料物理、微電子學(xué)與固體電子學(xué)等專業(yè)開放的專業(yè)必修課程（或選修）。通過(guò)結(jié)構(gòu)和物性課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生了解化學(xué)的基本原理和應(yīng)用，使學(xué)生了解化學(xué)和物理學(xué)的相互聯(lián)系和相互促進(jìn)，克服過(guò)去物理專業(yè)課程安排只重視物理規(guī)律，忽視具體物性即所謂“有理無(wú)物”的傳統(tǒng)作法，有利于改善物理專業(yè)學(xué)生的知識(shí)結(jié)構(gòu)。二、教學(xué)目的與要求通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)使學(xué)生對(duì)分子和物質(zhì)的結(jié)構(gòu)，有比較深入的了解，使學(xué)生們懂得，物質(zhì)材料的物理性質(zhì)是由它們的化學(xué)結(jié)構(gòu)所決定的，而很多物理或化學(xué)現(xiàn)象的機(jī)理往往很復(fù)雜，很多因素交織在一起，有些方面的機(jī)理可以用結(jié)構(gòu)化學(xué)的原理做出定性或半定量的解釋，這就決定了該課程的特點(diǎn)是從物質(zhì)的結(jié)構(gòu)出發(fā)，利用化學(xué)原理，對(duì)其物理性質(zhì)進(jìn)行半定量的描述性的闡述。使學(xué)生在獲取知識(shí)的同時(shí)，提高獲取知識(shí)的能力，提高運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題的能力，開闊思路，激發(fā)探索和創(chuàng)新精神，提升其整體科學(xué)素質(zhì)。通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握科學(xué)的學(xué)習(xí)方法，提高分析問題和解決問題的能力，增強(qiáng)物理和化學(xué)間的溝通、學(xué)會(huì)用物理和化學(xué)相結(jié)合的方法去解決物質(zhì)材料中的一系列物性問題。三、學(xué)時(shí)分配章節(jié)教學(xué)內(nèi)容學(xué)時(shí)第一章原子結(jié)構(gòu)和元素周期性質(zhì)6第二章共價(jià)鍵和分子結(jié)構(gòu)9第三章氫和氧的化學(xué)2第四章碳和氮的化學(xué)2第五章能源化學(xué)2第六章環(huán)境化學(xué)2第七章界面化學(xué)3第八章晶體的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)6第九章金屬材料3第十章無(wú)機(jī)非金屬材料3第十一章磁性材料2第十二章光學(xué)材料3第十三章電學(xué)材料3第十四章合成高分子材料2共計(jì)48四、教學(xué)中應(yīng)注意的問題本課程主要采用理論講授為主的教學(xué)方法，要理論聯(lián)系實(shí)際，輔以多媒體課件手段教學(xué)，注重理論知識(shí)與當(dāng)前學(xué)科前沿發(fā)展的聯(lián)系。五、教學(xué)內(nèi)容緒言結(jié)構(gòu)與物性的研究?jī)?nèi)容和研究方法。化學(xué)在自然科學(xué)中的地位，化學(xué)的研究?jī)?nèi)容、特點(diǎn)和方法、從物質(zhì)結(jié)構(gòu)的高度理解物質(zhì)的性質(zhì)，該課程的學(xué)習(xí)方法。第一章原子結(jié)構(gòu)和元素的周期性1.基本內(nèi)容：（1）原子和分子（2）微觀粒子運(yùn)動(dòng)的量子力學(xué)描述（3）氫原子的結(jié)構(gòu)：?jiǎn)坞娮釉拥姆匠碳捌浣饬孔訑?shù)波函數(shù)（4）多電子原子結(jié)構(gòu)（5）元素周期表（6）元素周期性質(zhì)：電離能電子親合能電負(fù)性化合物周期性質(zhì)（7）光譜：原子光譜電子能譜2.教學(xué)基本要求：掌握原子分子的組成，微觀粒子運(yùn)動(dòng)的描述方法和量子效應(yīng)，氫原子的結(jié)構(gòu)，多電子原子結(jié)構(gòu)，元素周期表、元素性質(zhì)的周期性，化合物的周期性質(zhì)，原子光譜和電子能譜的應(yīng)用。3.教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)：微觀粒子運(yùn)動(dòng)的描述方法和量子效應(yīng)；化合物的周期性質(zhì)；原子光譜和電子能譜的應(yīng)用。4.教學(xué)建議：本章主要復(fù)習(xí)與化學(xué)密切相關(guān)的原子物理及量子力學(xué)內(nèi)容,介紹如何用量子力學(xué)方法處理化學(xué)問題,了解核外電子排布的周期性規(guī)律導(dǎo)致元素性質(zhì)周期性。第二章共價(jià)鍵和分子結(jié)構(gòu)1.基本內(nèi)容：（1）物質(zhì)的性質(zhì)和化學(xué)鍵類型（2）H2＋的結(jié)構(gòu)和共價(jià)鍵的本質(zhì)，H2＋的Schr?dinger方程及其解（3）價(jià)鍵理論和分子軌道理論（4）雙原子分子的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)（5）多原子分子的結(jié)構(gòu)和表示法（6）共軛分子中的離域π鍵（7）配位鍵（8）分子的對(duì)稱性（9）原子的共價(jià)半徑和共價(jià)鍵鍵長(zhǎng)（10）氫鍵（11）分子間作用力（12）分子的大小和形狀2.教學(xué)基本要求：掌握物質(zhì)的性質(zhì)和化學(xué)鍵類型，H2＋的結(jié)構(gòu)和共價(jià)鍵的本質(zhì)，分子軌道理論和共價(jià)鍵類型，雙原子分子的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，多原子分子的結(jié)構(gòu)和表示法，共軛分子中的離域π鍵、金屬鍵、配位鍵、離子鍵、氫鍵，分子間作用力，分子的大小和形狀。3.教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)：物質(zhì)的性質(zhì)和化學(xué)鍵類型，價(jià)鍵理論和分子軌道理論和共價(jià)鍵類型，分子間結(jié)合方式4.教學(xué)建議：本章應(yīng)重點(diǎn)介紹分子軌道與共價(jià)鍵的本質(zhì)、分子結(jié)構(gòu)與性能、分子間作用力、以及分子光譜的應(yīng)用。第三章氫和氧的化學(xué)1.基本內(nèi)容：（1）氫的分布、成鍵類型、性質(zhì)與制備（2）氧性質(zhì)與制備、成鍵特征和氧化物（3）水的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)（4）溶液的濃度表示法、溶解度、溶度積常數(shù)（5）酸和堿（6）氧化還原反應(yīng)2.教學(xué)基本要求：理解氫、氧、水的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)、溶液，酸和堿，氧化還原反應(yīng)等。3.教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)：氫、氧的結(jié)構(gòu)和化學(xué)性質(zhì)。4.教學(xué)建議：本章主要是了解氫和氧元素的化學(xué)性質(zhì)及一些相關(guān)的化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)。第四章碳和氮的化學(xué)1.基本內(nèi)容：（1）碳及其同位素（2）氮的分布及性質(zhì)、碳氧化和物（3）官能團(tuán)和有機(jī)化合物分類（4）手性藥物（5）生物化學(xué)2.教學(xué)基本要求：理解碳、氮、功能團(tuán)和有機(jī)物分類，分子的對(duì)稱性，手性分子，生物有機(jī)化學(xué)等。3.教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)：碳和氮的結(jié)構(gòu)和化學(xué)性質(zhì)。4.教學(xué)建議：本章主要是了解碳和氮元素的化學(xué)性質(zhì)及一些相關(guān)的化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)。第五章能源化學(xué)1.基本內(nèi)容：（1）能源和能源的利用（2）化學(xué)能（3）氫能和核能（4）石油（5）煤炭（6）天然氣和可燃冰（7）電池2.教學(xué)基本要求：掌握鍵能、反應(yīng)熱和反應(yīng)性質(zhì)及電池的原理，了解氫能源、石油、天然氣、煤炭等能源的利用。3.教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)：鍵能、反應(yīng)熱和反應(yīng)性質(zhì)及電池的原理4.教學(xué)建議：本章在介紹相關(guān)原理的同時(shí)，還應(yīng)使學(xué)生了解能源狀況，樹立節(jié)能環(huán)保意識(shí)。第六章環(huán)境化學(xué)1.基本內(nèi)容：（1）環(huán)境問題和綠色化學(xué)（2）水的環(huán)境化學(xué)（3大氣化學(xué)（4）環(huán)境與資源保護(hù)2.教學(xué)基本要求：了解水的環(huán)境化學(xué)、大氣化學(xué)、環(huán)境與資源的保護(hù)。3.教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)：環(huán)境問題、環(huán)境和資源的保護(hù)4.教學(xué)建議：結(jié)合目前的環(huán)境現(xiàn)狀，促使學(xué)生樹立環(huán)境與資源的保護(hù)意識(shí)第七章界面化學(xué)1.基本內(nèi)容：（1）水溶液的表面化學(xué)（2）固氣表面化學(xué)（3）固液和固固界面化學(xué)（4）納米材料和納米技術(shù)（5）膜的化學(xué)2.教學(xué)基本要求：理解水溶液的表面化學(xué)、固-氣界面化學(xué)、固液和固固界面化學(xué)、納米化學(xué)及膜的化學(xué)3.教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)：固、氣、液之間的界面化學(xué)、納米材料和技術(shù)4.教學(xué)建議：界面化學(xué)涉及自然科學(xué)和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，促使學(xué)生理論與實(shí)踐生產(chǎn)相結(jié)合來(lái)理解。第八章晶體的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)1.基本內(nèi)容：（1）晶體結(jié)構(gòu)的周期性和點(diǎn)陣（2）晶體結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性（3）晶體的結(jié)構(gòu)和晶體的物理性質(zhì)（4）晶體缺陷（5）人工晶體和晶體生長(zhǎng)（6）準(zhǔn)晶和液晶2.教學(xué)基本要求：了解晶體結(jié)構(gòu)的周期性與點(diǎn)陣、晶體的對(duì)稱性、金屬晶體、離子晶體、非金屬晶體和共價(jià)晶體等、結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性與物理性質(zhì)、晶體的缺陷結(jié)構(gòu)及其應(yīng)用、非晶材料。3.教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)：晶體結(jié)構(gòu)的特性和點(diǎn)陣、晶體對(duì)稱性和晶體物理性質(zhì)，建立晶體結(jié)構(gòu)與物性的聯(lián)系。4.教學(xué)建議：借助于多媒體展示，使學(xué)生建立起晶體結(jié)構(gòu)特征的直觀圖像。第九章金屬材料1.基本內(nèi)容：（1）金屬材料的發(fā)展和分類（2）金屬鍵和金屬的通性（3）金屬單質(zhì)的晶體結(jié)構(gòu)（4）鋼鐵（5）新型金屬材料2.教學(xué)基本要求：理解鋼鐵，新型金屬材料，配位場(chǎng)中金屬原子的能級(jí)和未成對(duì)電子數(shù)3.教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)：金屬材料的結(jié)構(gòu)性能、新型金屬材料、磁性材料4.教學(xué)建議：本章介紹理論知識(shí)應(yīng)注意物理與化學(xué)知識(shí)的結(jié)合第十章無(wú)機(jī)非金屬材料1.基本內(nèi)容：（1）離子鍵和點(diǎn)陣能（2）離子晶體的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)（3）室溫下液態(tài)離子化合物（4）硅酸鹽材料（5）玻璃和陶瓷2.教學(xué)基本要求：掌握離子鍵、離子晶體結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，了解硅酸鹽材料、陶瓷和玻璃3.教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)：影響離子晶體結(jié)構(gòu)的因素,硅酸鹽結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)4.教學(xué)建議：本章介紹理論知識(shí)應(yīng)注意物理與化學(xué)知識(shí)的結(jié)合第十一章磁性材料1.基本內(nèi)容：（1）物質(zhì)磁性的起源（2）配合物中金屬原子的未成對(duì)電子數(shù)（3）物質(zhì)磁性的分類（4）磁性材料的類別和應(yīng)用2.教學(xué)基本要求：理解物質(zhì)的磁性，了解磁性材料的分類及應(yīng)用3.教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)：無(wú)得磁性及配合物中金屬原子的未成對(duì)電子數(shù)4.教學(xué)建議：本章介紹理論知識(shí)應(yīng)注意材料物理與化學(xué)知識(shí)的結(jié)合第十二章光學(xué)材料1.基本內(nèi)容：（1）光和顏色（2）發(fā)色的化學(xué)機(jī)理和色料（3）發(fā)光材料（4）非線性光學(xué)晶體2.教學(xué)基本要求：理解光和顏色，發(fā)色的化學(xué)機(jī)理和色料，發(fā)光材料3.教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)：光－材料－顏色、發(fā)色材料的不同發(fā)色機(jī)理、各種光學(xué)材料等。4.教學(xué)建議：本章介紹理論知識(shí)應(yīng)注意材料物理與化學(xué)知識(shí)的結(jié)合第十三章電學(xué)材料1.基本內(nèi)容：（1）物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和導(dǎo)電性能（2）半導(dǎo)體材料（3）超導(dǎo)材料（4）固體離子導(dǎo)體（5）壓電材料（6）鐵電材料2.教學(xué)基本要求：理解物質(zhì)結(jié)構(gòu)和導(dǎo)電性能、半導(dǎo)體材料、超導(dǎo)材料、固體離子導(dǎo)體、壓電材料、鐵電材料。3.教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)：材料的電學(xué)性能與結(jié)構(gòu)、固體電解質(zhì)、其他電子材料。4.教學(xué)建議：本章應(yīng)注重物理圖像的建立。第十四章合成高分子材料1