《材料現(xiàn)代分析方法》課程教學大綱

《材料現(xiàn)代分析方法》課程實施大綱

目錄

1.教學理念...............................................1

1.1關注學生的發(fā)展

1.2關注教學的有效性

1.3關注教學的策略

1.4關注教學價值觀

2.課程介紹..............................................3

2.1課程的性質

2.2課程在學科專業(yè)結構中的地位、作用

2.3課程的歷史與文化傳統(tǒng)

2.4課程的前沿及發(fā)展趨勢

2.5課程與經(jīng)濟社會發(fā)展的關系

2.6課程內容可能涉及到的倫理與道德問題

3.教師簡介..............................................7

3」教師的職稱、學歷

3.2教育背景

3.3研究興趣（方向）

4.先修課程..............................................8

5.課程目標..............................................8

6.課程內容..............................................8

6.1課程的內容概要

6.2教學重點、難點

6.3學時安排

7.課程實施...................................................10

7.1教學單元一............................................10

7.1.1教學日期........................................10

7.1.2教學目標.......................................10

7.1.3教學內容（含重點、難點）.......................10

7.1.4教學過程.......................................11

7.1.5教學方法.......................................16

7.1.6作業(yè)安排及課后反思............................16

7.1.7課前準備情況及其他相關特殊要求...............16

7.1.8參考資料（具體到哪一章節(jié)或頁碼）...............16

7.2教學單元二...........................................16

7.2.1教學日期.......................................16

722教學目標........................................16

723教學內容（含重點、難點）.........................17

7.2.4教學過程.......................................17

7.2.5教學方法.......................................21

726作業(yè)安排及課后反思..............................21

727課前準備情況及其他相關特殊要求.................21

728參考資料（具體到哪一章節(jié)或頁碼）................21

7.3教學單元三...........................................21

7.3.1教學日期.......................................21

732教學目標........................................21

7.3.3教學內容（含重點、難點）.......................21

7.3.4教學過程.......................................22

735教學方法........................................28

7.3.6作業(yè)安排及課后反思............................28

7.3.7課前準備情況及其他相關特殊要求...............28

738參考資料（具體到哪一章節(jié)或頁碼）................28

7.4教學單元四...........................................28

7.4.1教學日期.......................................28

742教學目標........................................28

7.4.3教學內容（含重點、難點）.......................28

744教學過程........................................28

7.4.5教學方法........................................32

746作業(yè)安排及課后反思..............................32

747課前準備情況及其他相關特殊要求.................32

748參考資料（具體到哪一章節(jié)或頁碼）................32

7.5教學單元五...........................................32

7.5.1教學日期.......................................32

7.5.2教學目標.......................................33

7.5.3教學內容（含重點、難點）.......................33

7.5.4教學過程.......................................33

7.5.5教學方法.......................................36

756作業(yè)安排及課后反思..............................36

757課前準備情況及其他相關特殊要求.................36

758參考資料（具體到哪一章節(jié)或頁碼）................36

7.6教學單元六...........................................36

761教學日期........................................36

7.6.2教學目標.......................................36

7.6.3教學內容（含重點、難點）.......................36

764教學過程........................................36

765教學方法........................................42

7.6.6作業(yè)安排及課后反思............................43

767課前準備情況及其他相關特殊要求.................43

768參考資料（具體到哪一章節(jié)或頁碼）................43

7.7教學單元七...........................................43

7.7.1教學日期.......................................43

7.7.2教學目標.......................................43

7.7.3教學內容（含重點、難點）.......................43

774教學過程........................................43

7.7.5教學方法.......................................47

7.7.6作業(yè)安排及課后反思............................47

777課前準備情況及其他相關特殊要求.................47

778參考資料（具體到哪一章節(jié)或頁碼）................47

7.8教學單元八...........................................47

7.8.1教學日期.......................................47

782教學目標........................................47

7.8.3教學內容（含重點、難點）.......................48

7.8.4教學過程.......................................48

7.8.5教學方法.......................................54

7.8.6作業(yè)安排及課后反思............................54

787課前準備情況及其他相關特殊要求.................54

7.8.8參考資料（具體到哪一章節(jié)或頁碼）................54

7.9教學單元九...........................................54

7.9.1教學日期.......................................54

792教學目標........................................54

7.9.3教學內容（含重點、難點）.......................54

794教學過程........................................54

795教學方法........................................60

7.9.6作業(yè)安排及課后反思............................60

797課前準備情況及其他相關特殊要求.................60

7.9.8參考資料（具體到哪一章節(jié)或頁碼）...............60

7.10教學單元十..........................................60

7.10.1教學日期.......................................60

7.10.2教學目標......................................60

7.10.3教學內容（含重點、難點）.......................60

7.10.4教學過程......................................60

7.10.5教學方法......................................63

7.10.6作業(yè)安排及課后反思............................63

7.10.7課前準備情況及其他相關特殊要求...............63

7.10.8參考資料（具體到哪一章節(jié)或頁碼）...............63

7.11教學單元H.................................................................................63

7.11.1教學日期.......................................63

7.11.2教學目標......................................63

7.11.3教學內容（含重點、難點）.......................63

7.11.4教學過程......................................63

7.11.5教學方法......................................69

7.11.6作業(yè)安排及課后反思............................69

7.117..................課前準備情況及其他相關特殊要求.69

7.11.8參考資料（具體到哪一章節(jié)或頁碼）...............69

7.12教學單元十二........................................69

7.12.1教學日期.......................................69

7.12.2教學目標......................................69

7.12.3教學內容（含重點、難點）.......................69

7.12.4教學過程......................................69

7.12.5教學方法.......................................72

7.12.6作業(yè)安排及課后反思............................72

7.12.7課前準備情況及其他相關特殊要求...............72

7.12.8參考資料（具體到哪一章節(jié)或頁碼）...............72

7.13教學單元十三........................................73

7.13.1教學日期.......................................73

7.13.2教學目標......................................73

7.13.3教學內容（含重點、難點）.......................73

7.13.4教學過程......................................73

7.13.5教學方法.......................................76

7.13.6作業(yè)安排及課后反思............................76

7.13.7課前準備情況及其他相關特殊要求...............76

7.13.8參考資料（具體到哪一章節(jié)或頁碼）...............76

7.14教學單元十四........................................76

7.14.1教學日期.......................................76

7.14.2教學目標......................................76

7.14.3教學內容（含重點、難點）.......................76

7.14.4教學過程......................................76

7.14.5教學方法......................................80

7.14.6作業(yè)安排及課后反思............................80

7.14.7課前準備情況及其他相關特殊要求...............80

7.14.8參考資料（具體到哪一章節(jié)或頁碼）...............81

7.15教學單元十五........................................81

7.15.1教學日期.......................................81

7.15.2教學目標......................................81

7.15.3教學內容（含重點、難點）.......................81

7.15.4教學過程......................................81

7.15.5教學方法......................................83

7.15.6作業(yè)安排及課后反思...........................83

7.157課前準備情況及其他相關特殊要求..............83

7.15.8參考資料（具體到哪一章節(jié)或頁碼）.............83

7.16教學單元十六.......................................83

7.167教學日期......................................84

7.16.2教學目標......................................84

7.16.3教學內容（含重點、難點）......................84

7.16.4教學過程.....................................84

7.16.5教學方法......................................88

7.16.6作業(yè)安排及課后反思...........................88

7.16.7課前準備情況及其他相關特殊要求.............88

7.16.8參考資料（具體到哪一章節(jié)或頁碼）.............88

7.17教學單元十七.......................................89

7.17.1教學日期......................................89

7.17.2教學目標......................................89

7.17.3教學內容（含重點、難點）......................89

7.17.4教學過程......................................89

7.17.5教學方法......................................92

7.17.6作業(yè)安排及課后反思...........................92

7.17.7課前準備情況及其他相關特殊要求.............92

7.17.8參考資料（具體到哪一章節(jié)或頁碼）.............92

7.18教學單元十八.......................................92

7.18.1教學日期......................................92

7.18.2教學目標.....................................92

7.18.3教學內容（含重點、難點）......................93

7.18.4教學過程......................................93

7.18.5教學方法......................................96

7.18.6作業(yè)安排及課后反思...........................97

7.18.7課前準備情況及其他相關特殊要求.............97

7.18.8參考資料（具體到哪一章節(jié)或頁碼）.............97

719教學單元十九.........................................97

7.19.1教學日期......................................97

7.19.2教學目標......................................97

7.19.3教學內容（含重點、難點）.....................97

7.19.4教學過程......................................97

7.19.5教學方法.....................................100

7.19.6作業(yè)安排及課后反思..........................101

7.19.7課前準備情況及其他相關特殊要求.............101

7.19.8參考資料（具體到哪一章節(jié)或頁碼）.............101

7.20教學單元二十.......................................101

7.20.1教學日期.....................................101

7.20.2教學目標.....................................101

7.20.3教學內容（含重點、難點）.....................101

7.20.4教學過程.....................................101

7.20.5教學方法.....................................105

7.20.6作業(yè)安排及課后反思..........................105

7.20.7課前準備情況及其他相關特殊要求.............105

7.20.8參考資料（具體到哪一章節(jié)或頁碼）.............105

7.21教學單元二H--.....................................................................106

7.21.1教學日期.....................................106

7.21.2教學目標.....................................106

7.21.4教學過程.....................................106

7.21.5教學方法.....................................111

7.21.6作業(yè)安排及課后反思..........................111

7.21.7課前準備情況及其他相關特殊要求.............111

7.21.8參考資料（具體到哪一章節(jié)或頁碼）.............111

7.22教學單元二十二.....................................111

7.22.1教學日期.....................................111

7.22.2教學目標.....................................Ill

7.22.3教學內容（含重點、難點）.....................111

7.22.4教學過程.....................................112

7.22.5教學方法.....................................114

7.22.6作業(yè)安排及課后反思..........................114

7.22.7課前準備情況及其他相關特殊要求.............114

7.22.8參考資料（具體到哪一章節(jié)或頁碼）.............114

8.課程要求................................................115

8.1學生自學要求

8.2課外閱讀要求

8.3課堂討論要求

8.4課程實踐要求

9.課程考核................................................115

9.1出勤（遲到、早退等）、作業(yè)、報告等的要求

9.2成績的構成與評分規(guī)則說明

9.3考試形式及說明

10.學術誠信...............................................116

10」考試違規(guī)與作弊處理

10.2杜撰數(shù)據(jù)、信息處理等

10.3學術剽竊處理等

11.課堂規(guī)范...............................................116

11.1課堂紀律

112課堂禮儀

12.課程資源...............................................117

12.1教材與參考書

12.2專業(yè)學術著作

12.3專業(yè)刊物

12.4網(wǎng)絡課程資源

13.教學合約...............................................118

13.1閱讀課程實施大綱，理解其內容

13.2同意遵守課程實施大綱中闡述的標準和期望

14.其他說明...............................................119

1.教學理念

1.1關注學生的發(fā)展

在“以學生為本，融知識傳授、能力培養(yǎng)、素質教育于一體”的教學理念指引

下，本課程教師一貫重視教學方法的改進和教學手段的完善，努力從“授人以魚”

轉向“授人以漁”，既重視發(fā)揮教師的主導作用，又尊重學生在學習活動中的主體地

位，實行啟發(fā)式教學，激發(fā)學生學習的積極性與主動精神，引導學生積極思維。

1.2關注教學的有效性

大學課堂教學作為引導大學生探求知識、發(fā)展能力、豐富完善個性品質的主要

方式，是大學培養(yǎng)人才的主陣地，其有效性的追求理應滿足大學生成長、發(fā)展的需

求。這是一個既包括學生對所學課程理論知識由感性認知到理性內化，再到創(chuàng)造性

外化的不同層次，又包括學生情感、態(tài)度、價值觀培養(yǎng)的復雜過程。其指向不是單

純的某一方面，而是一個多元的綜合體系。因此作為一個合格的大學教師，不僅要

嚴謹治學、善于研究，不斷提升學科專業(yè)理論水平；而且要不斷提高自己的教學學

術修養(yǎng)，善于用自己的教育智慧給學生以創(chuàng)造性的啟迪和引導。其次，尊重學生、

相信學生，以學生能夠并樂于接受的方式展開課堂教學活動，注重教學方式的多樣

性和實效性。讓學生真正以主體者的角色參與到教學中來，

1.3關注教學的策略

1.在理論基礎部分的教學過程中,通過多媒體課件和動畫將理論公式的推導思路分

步、形象、啟發(fā)式地進行講述，有效地促進了學生的積極思考，培養(yǎng)了學生思考問

題、解決問題的能力。

2.在有關儀器設備內容的教學過程中，通過模擬動畫進行解剖和分析，使原來在黑

板上難以講深講透的內容形象、生動地展示在學生面前，提高了學生的學習興趣和

學習熱情，加深了學生對所學知識的理解和掌握，同時啟發(fā)學生對現(xiàn)有設備提出結

構改進意見，培養(yǎng)了學生的創(chuàng)新性思維能力。

3.重點、難點理論部分的教學采用“課前預習？學生發(fā)問？難點講解?老師質疑?小組

報告?學生匯報講演”的“六步教學法”。通過學生自主學習，老師難點講解的辦法,

逐步加深學生對教學重點、難點的理解，最后通過“匯報講演”的形式牢固緊握。

4.設計“基礎型”、“綜合設計型”和“研究創(chuàng)新型”實驗，既訓練了學生的基本

技能、基本技術，又培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維和實際解決問題能力。

5.將學生參與科研制度化，并計入課程考核成績。鼓勵學生申請學校也設立了“大

學生創(chuàng)新教育項目”（學校教務處）、安排優(yōu)秀同學參加教師的科研課題，支持一些

同學自提課題研究。通過“教學、實驗、科研多管齊下，課內、課外、理論、實踐

同時并舉”的實踐教學，提升學生的綜合知識水平和實驗技能，為后繼專業(yè)課學習、

開展畢業(yè)論文及科學研究奠定堅實的基礎。

6.以研促教，以教助研，教研相長，結合教師科研案例開展教學。材料的“制備”

一“組成”一“結構”一“性能”中的“組成”與“結構”都要依靠材料現(xiàn)代分析

方法檢測與表征，“制備”、“性能”與“組成”、“結構”是緊密相關的，本課程主講

教師都承擔了大量的科研項目，在介紹材料結構分析方法基礎知識后，結合科研案

例講解材料結構分析方法在材料研究中的具體應用，激發(fā)了學生的學習熱情，加深

了學生對所學知識的理解和掌握。

1.4關注教學價值觀

為了更好的引導大學生往正確的方向發(fā)展，可以在學生的交流中融入社會主義

核心價值觀的相關內容，深化學生對社會主義核心價值觀的認識，幫助其樹立正確

的世界觀、人生觀和價值觀，進而激勵他們“永遠熱愛我們偉大的祖國，永遠熱愛

我們偉大的人民，永遠熱愛我們偉大的中華民族”，積極投身中國特色社會主義偉

大事業(yè)中。

2.課程介紹

2.1課程的性質

本課程是為應用物理及物理學專業(yè)本科生開設的專業(yè)課（或專業(yè)基礎課）。其目

的在于使學生系統(tǒng)地了解材料現(xiàn)代主要分析測試方法的基本原理、儀器設備、樣品

制備及應用，掌握常見分析測試技術所獲信息的解釋和分析方法，最終使學生能夠

獨立地進行材料的分析和研究工作。

2.2課程在學科專業(yè)結構中的地位、作用

通過本課程的學習，使學生對材料的各種現(xiàn)代分析方法有一個初步的，較為全面

的了解和認識；了解x射線衍射分析，光譜分析，電子顯微分析，色譜分析，質譜分

析，電化學分析等方法的基本原理，過程，裝備及應用；掌握相應的基本知識，基本

技能及必要的理論基礎。使學生通過本課程學習后能夠作到：

1正確選擇材料分析，測試方法。

2看懂或會分析一般（典型，較簡單）的測試結果（圖譜，圖象等）。

3可以與分析測試專業(yè)人員共同商討有關材料分析研究的實驗方案和分析較復雜的

測試結果。

4具備專業(yè)從事材料分析測試工作的初步基礎，具備通過學習掌握材料分析新方法,

新技術的自學能力。

2.3課程的歷史與文化傳統(tǒng)

材料現(xiàn)代分析方法主要是通過對表征材料的物理性質或物理化學性質參數(shù)及其

變化（稱為測量信號或特征信息、）的檢測實現(xiàn)的，換言之，材料分析的基本原理（或

稱技術基礎）是指測量信號與材料成分、結構等的特征關系，采用各種不同的測量信

號（相應地具有與材料的不同特征關系）形成了各種不同的材料分析方法。特別是基

于電磁輻射及運動粒子束與物質相互作用的各種性質建立的各種分析方法已成為材

料現(xiàn)代分析方法的重要組成部分，大體可分為光譜分析、電子能譜分析、衍射分析

與電子顯微分析等四大類方法。此外，基于其它物理性質或電化學性質與材料的特

征關系建立的色譜分析、質譜分析、電化學分析及熱分析等方法也是材料現(xiàn)代分析

的重要方法。盡管不同方法的分析原理（檢測信號及其與材料的特征關系）不同及具

體的檢測操作過程和相應的檢測分析儀器不同，但各種方法的分析、檢測過程均可

大體分為信號發(fā)生、信號檢測、信號處理及信號讀出等幾個步驟。相應的分析儀器

則由信號發(fā)生器、檢測器、信號處理器與讀出裝置等幾部分組成。依據(jù)檢測信號與

材料的特征關系，分析、處理讀出信號，即可實現(xiàn)材料分析的目的。

材料結構表征的任務及其分析儀器的發(fā)展基本上還是圍繞著成分分析、結構測

定和形貌觀察來發(fā)展的。材料的化學成分分析除了傳統(tǒng)的化學分析技術外，還包括

質譜、紫外、可見光、紅外光譜分析，氣、液相色譜，核磁共振，電子自旋共振,X射

線熒光光譜，俄歇與X射線光電子譜、二次離子質譜，電子探針、原子探針（與場離

子顯微鏡聯(lián)用）、激光探針等。在這些成分分析方法中有一些已經(jīng)有很長的歷史，并

且已經(jīng)成為普及的常規(guī)的分析手段。如質譜已是鑒定未知有機化合物的基本手段之

一，其重要貢獻是能夠提供該化合物的分子量和元素組成的信息、；色譜中特別是裂

解氣相色譜（PGC）能較好顯示高分子類材料的組成特征，它和質譜、紅外光譜、薄層

色譜、凝膠色譜等的聯(lián)用，大大地擴展了其使用范圍。紅外光譜在高分子材料的表

征上有著特殊重要地位。紅外光譜測試不僅方法簡單，而且也由于積累了大量的已

知化合物的紅外譜圖及各種基團的特征頻率等數(shù)據(jù)資料而使測試結果的解析更為方

便。核磁共振譜雖然經(jīng)常是作為紅外光譜的補充，但其對聚合物的構型及構象的分

析，對于立構異構體的鑒定，對于共聚物的組成定性、定量及序列結構測定有著獨

特的長處，許多信息是其他方法難以提供的。

2.4課程的前沿及發(fā)展趨勢

隨著x射線衍射技術越來越先進,x射線衍射法的用途也越來越廣泛，除了在無

機晶體材料中的應用，已經(jīng)在有機材料、鋼鐵冶金、以及納米材料的研究領域中發(fā)揮

出巨大作用，并且還應用于瞬間動態(tài)過程的測量。計算機的普遍使用讓各種測量儀器

的功能變得強大，測試過程變得簡單快捷，雙晶衍射、多重衍射也越來越完善。掃描

電鏡、透射電鏡在材料科學特別是納米科學技術上的地位日益重要。穩(wěn)定性、操作

性的改善使得電鏡不再是少數(shù)專家使用的高級儀器,而變成普及性的工具;更高分辨

率依舊是電鏡發(fā)展的最主要方向；掃描電鏡和透射電鏡的應用已經(jīng)從表征和分析發(fā)

展到原位實驗和納米可視加工;聚焦離子束(FIB)在納米材料科學研究中得到越來越

多的應用;FIB/SEM雙束電鏡是目前集納米表征、納米分析、納米加工、納米原型設

計的最強大工具。在譜儀的能量分析檢測器方面，也從傳統(tǒng)的單通道電子倍增器檢

測器發(fā)展到位置靈敏檢測器和多通道檢測器，使得檢測靈敏度獲得了大幅度的提高。

計算機系統(tǒng)的廣泛采用，使得采樣速度和譜圖的解析能力也有了很大的提高。

2.5課程與經(jīng)濟社會發(fā)展的關系

材料的檢測評價技術既涉及了金相、物理、力學性能、失效分析、化學分析、

儀器分析和高速分析技術領域的理化檢驗技術，又結合現(xiàn)代物理學、化學、材料科

學、微電子學、等離子科學等學科的發(fā)展，對傳統(tǒng)理化檢驗技術和方法進行拓展和

延伸，構成了現(xiàn)代材料分析方法。材料檢測評價技術始終是保證和提高產(chǎn)品的內在

質量和性能的質量保證體系的重要組成部分。無論是過去、現(xiàn)在還是將來，遍及機

械、冶金、航空、宇航、電子、化工、能源、國防等領域，在日常的工業(yè)生產(chǎn)中，從

原材料、輔助材料到毛坯、半成品以至成品，對其質量進行檢查和生產(chǎn)環(huán)節(jié)的監(jiān)控,

對使用中的零部件，考察其運行情況和性能的變化，以至進行失效原因分析，以便

采取預防和改進措施。更進一步地，引進新的現(xiàn)代測試方法和技術加強和提高材料

檢測技術水平，積極采用現(xiàn)代高科技手段，應用微電子技術、計算機技術，運用統(tǒng)

計學原理，對試驗數(shù)據(jù)進行處理、分析和控制，提高水平和效率。例如采用多種敏

感元件、變換器、檢測器件、計算機、記錄裝置等器材和技術，它們不僅促使材料

檢驗原有儀器方法的不斷改進和深化，并且還導致發(fā)展了許多簡便、快速、自動、

能在線使用，以及精密復雜能同時解決多種問題的儀器和相應的試驗方法，如能連

續(xù)測定每批幾十個樣品的光譜、色譜等自動分析儀，能研究固體表面深度小于數(shù)十

微米、直徑小于數(shù)十納米范圍的各種表面分析和微區(qū)分析裝置等。值得提到的是，提

高理化檢驗技術新水平的另一個重要方面是，正如上面所論述的，材料現(xiàn)代分析方

法不僅是以材料成分、結構等分析、測試為唯一目的，而是材料科學的重要研究手

段，廣泛應用于研究和解決材料理論和工程實際問題?，F(xiàn)代材料分析方法的發(fā)展在

研究和開發(fā)新材料、新技術、新工藝、新方法的科技實踐中更是不可缺少的重要環(huán)

節(jié)，不僅推動了材料科學的發(fā)展，同時也推動了科技和社會的發(fā)展和進步。

2.6課程內容可能涉及到的倫理與道德問題

①通過學習本課程，使學生了解材料科學研究工作者通常關注的主要顯微結構

分析內容；掌握各種常見分析儀器的功能和基本原理，掌握材料結構分析的基本實

驗技術、樣品制備方法，能與專門從事x射線、電子顯微分析等材料結構分析工作的

實驗人員共同設計試驗方案，正確分析檢測結果。

②通過學習本課程，可以培養(yǎng)學生嚴肅認真的學習態(tài)度，掌握科學的求真學習

方法，使學生初步具有獨立獲取知識的能力。

③通過學習本課程，有利于開闊學生的思路，培養(yǎng)學生的思維方式和習慣，激

發(fā)不斷探索和創(chuàng)新的精神。

④通過學習本課程，可以培養(yǎng)學生逐步樹立辯證唯物主義的世界觀，培養(yǎng)學生

樹立為科學獻身的信念。

3.教師簡介

4.先修課程

《原子物理學》，《光電子技術》，《固體物理》，《量子力學》

5.課程目標

5.1知識與技能方面

通過學習，了解X射線衍射儀及電子顯微鏡的結構，掌握X-射線衍射及電子顯微

鏡的基本原理和操作方法，了解試樣制備的基本要求及方法，了解材料成分的分析

與表面分析技術的主要方法及基本技術，了解光譜分析方法，能夠利用上述相關儀

器進行材料的物相組成、顯微結構、表面分析研究。學會運用以上技術的基本方法,

對材料進行測試、計算和分析，得到有關微觀組織結構、形貌及成分等方面的信息。

5.2過程與方法方面

1）、充分運用現(xiàn)代化教學手段。現(xiàn)在利用多媒體給學生上課，為了形象化的讓

學生更易接受所學理論知識，課堂上還會穿插些圖片、幻燈片、動畫片等。2）、講

課向“精，“實”、“用”的方向去做。給學生提供更多的參考資料，鍛練學生學會自我

學習。3）、建立健全的考核機制，采取良好靈活的考核方式?？己朔绞娇刹扇±碚?/p>

考試、實驗制作、動手能力等，從多角度綜合評判。分數(shù)實行結構評分方式，基本

分反映學生在基礎知識和基本能力的綜合表現(xiàn)，更客觀的反映學生能力，強調個性

發(fā)展，更好的鼓勵創(chuàng)新。同時，各種電子設計競賽選拔和該課程的教學考核結合起

來，進一步激發(fā)學生的學習和創(chuàng)新熱情。

5.3情感、態(tài)度與價值觀方面

培養(yǎng)學生逐步樹立辯證唯物主義的世界觀，培養(yǎng)學生樹立為科學獻身的信念。

6.課程內容

6.1課程的內容概要

第一篇總序

第一章電磁輻射與材料結構

第二章電磁輻射與材料的相互作用第三章粒子（束）與材料的相互作用

第四章材料現(xiàn)代分析方法概述

第二篇衍射分析

第五章X射線衍射原理

第六章X射線衍射方法

第七章X射線衍射分析的應用

第八章電子衍射

第三篇電子顯微分析

第九章透射電子顯微分析

第十章掃描電子顯微分析與電子探針

第四篇光譜、電子能譜分析

第十一章原子光譜分析法

第十二章分子光譜分析法

第十三章電子能譜分析法

第五篇其它分析方法

第十四章質譜分析法與二次離子質譜分析法

第十五章色譜分析法

第十六章電化學分析法

第十七章熱分析法

第十八章部分分析方法簡介

6.2教學重點、難點

重點：材料結構基礎，各類特征譜基礎，電子束與材料的相互作用，X射線衍射

原理，多晶體衍射方法，物相分析；宏觀應力分析，電子衍射原理，透射電子顯微鏡

工作原理及構造，掃描電子顯微鏡工作原理及構造，原子光譜分析法，分子光譜分析

法，電子光譜分析法，掃描隧道顯微鏡和原子力顯微鏡。

難點：倒易點陣，核磁共振、散射截面、衍射強度，物相定量分析，電子衍射運

動學理論，俄歇電子能譜。

6.3學時安排

序

教學內容課時分配

號

1第1章電磁輻射與材料結構4

2第2章電磁輻射與材料的相互作用4

3第3章粒子與材料的相互作用2

4第4章材料現(xiàn)代分析方法概述2

5第5章X射線衍射原理4

6第6章X射線衍射方法4

7第7章X射線衍射分析的應用2

8第8章電子衍射4

9第9章透射電子顯微鏡4

10第10章掃描電子顯微分析與電子探針4

11第11章原子光譜分析法4

12第12章分子光譜分析法2

13第13章電子能譜分析法2

14第14章其它分析方法簡介2

15習題與復習4

合48

計

7.課程實施

7.1教學單元一

7.1.1教學日期

2017年3月28日

7.1.2教學目標

理解波粒二象性的含義和原子能態(tài)的表示

7.1.3教學內容（含重點、難點）

1.1電磁輻射與物質波，1.2材料結構基礎（一）

重點:原子能態(tài)的表征

7.1.4教學過程

引言

材料：直接進入產(chǎn)品充當產(chǎn)品成分的物質。特點是物理上不耗損，化學上不反應。

一般為固態(tài)。

現(xiàn)代：以現(xiàn)代理論為基礎（量子力學，相對論）；以現(xiàn)代技術為依托（微電子技術，信

息處理技術，系統(tǒng)工程技術）。

與傳統(tǒng)分析方法比較，有以下特點：操作簡潔；過程快速；結論可靠；一機多用；

資源共享。

第一篇總論（材料現(xiàn)代分析方法基礎與概述）

第一章電磁輻射與材料結構

第一節(jié)電磁輻射與物質波

一.電磁輻射（光的波動性）：在空間傳播的交變電磁場（電磁波）。

特點：不依賴物質存在；橫波；同一介質中波速不變；真空光速極限3X10'm/s）

主要物理量：振幅；頻率；波長；相位。

光的粒子性：

光電效應表明電磁輻射具有粒子性。

愛因斯坦的光電理論（1905年，1916年由密立根實驗證實）：

Ek=hv-W

式中：Ek為電子的動能；W為電極材料的功函數(shù)。

電磁輻射的波粒二象性：

E=hv（1-2）

p=h/X（1-3）

普朗克常數(shù)h=6.626X10"J.s

二電磁波譜

將電磁波按波長（或頻率）順序排列即構成電磁波譜。分為三部分：

（1）長波部分：射頻波及微波，常稱波譜。

（2）中間部分：紫外線，可見光及紅外線，常稱光譜。

（3）短波部分：X射線及射線（及宇宙射線），常稱射線譜。

三物質波

實物粒子：靜止質量m0不為0的物質顆粒。

德布羅意假設：運動的物體也具有波粒二象性

第二節(jié)材料結構基礎（一）

材料一般指固態(tài)物質（固體）。

由于固體中原子的鍵合方式不同，形成三種形態(tài)：

（1）分子態(tài)：以獨立的分子形態(tài)存在（如高分子材料）。

（2）晶態(tài)（晶體）：結構基元在三維空間有規(guī)則排列（如NaCl,單晶硅等）。

（3）非晶態(tài)：結構基元的排列沒有明確的規(guī)則（如玻璃）。

一原子能態(tài)極其表征

1原子結構與電子量子數(shù)

原子結構：由原子核和繞核運動的電子組成；每一個核外電子都具有確定的運動

狀態(tài)（原子軌道），相應地具有確定的能量；電子的運動狀態(tài)改變時，能量值發(fā)生跳

變（量子化）。

能級圖：按一定比例以一定高度的水平線代表一定的能量（能級），并把電子各個

運動狀態(tài)的能量按大小順序由下往上排列而構成的梯級圖形。

弗蘭克-赫茲實驗儀器：1914年弗蘭克和赫茲用低速電子去轟擊原子，觀察測量到

汞的激發(fā)電位和電離電位，即著名的Franck-Hertz實驗，從而證明原子內部量子化

能級的存在。

量子力學指出：核外電子的運動狀態(tài)和能量狀態(tài)由主量子數(shù)n,角量子數(shù)1,磁量子

數(shù)m,自旋量子數(shù)s和自旋磁量子數(shù)n表征。

主量子數(shù)n

（1）取值：1,2,3,4,5,…常用K,L,M,N,0,…表示。

（2）表征電子離核的平均距離，n值相同的原子軌道處于同一電子層，該層電子的

主要能量（主能級能量）：

En=-Z2R/n（1-8）

式中：Z一原子序數(shù);R—里德伯常數(shù)，無限大質子質量的氫的非相對論電離勢。

R.e72K22X10l8J=13.6eV。

角量子數(shù)1

（1）取值n個：0,1,2,3,-??n-lo分別用s,p,d,f,-??表示，表明在n

級電子層上有n個電子亞層。

（2）表征原子軌道的形狀和電子軌道運動角動量大小

磁量子數(shù)m

（1）取值：0,±1,±2,±3,…士1。表明在1亞層上有21+1個空間伸展方向不

同的原子軌道。

（2）表征電子軌道角動量在外磁場方向分量的大小：

n,1,m共同表征電子的軌道運動，而s,ms表征電子的自旋運動

ms取值±1/2,它表明電子自旋只有兩個方向：正自旋和反自旋（順時針或反時針

方向）。

2原子能態(tài)與原子量子數(shù)

在多電子原子中，除電子與核的相互作用外，還存在電子之間的相互作用。

量子理論將其分解為軌道-軌道相互作用（各電子軌道角動量之間的作用），自旋-自

旋相互作用（電子自旋角動量之間的作用）及自旋-軌道相互作用（電子自旋角動量與

其軌道角動量之間的作用）并將軌道-軌道及自旋-自旋相互作用合稱為剩余相互作

用。將這些角動量加和組合（稱偶合）便能得到表征原子運動狀態(tài)和能態(tài)的原子量子

數(shù)。

量子理論將偶合過程分為J-J偶合與L-S偶合兩種方式

J-J偶合是指剩余相互作用小于自旋-軌道相互作用時，先求出每一個電子的自旋-

軌道角動量，再加和組合成總（自旋-軌道）角動量PJo此種偶合方式適用于重元

素原子。

L-S偶合是指剩余相互作用大于自旋-軌道相互作用時，先求出總自旋角動量PS和

總軌道角動量PL,再加和組合為總（自旋-軌道）角動量Pj：

3原子基態(tài)，激發(fā)，電離及能級躍遷

無外部能量輸入時，原子核外電子遵從能量最低原理，包利不相容原理（和洪特規(guī)則）

分布于各個能級上，此時原子處于能量最低狀態(tài)，稱為基態(tài)。

有電子由基態(tài)跳變到較高能級上后的原子狀態(tài)叫激發(fā)態(tài)，由基態(tài)跳變到激發(fā)態(tài)的過

程叫激發(fā)。

激發(fā)所需要的能量叫激發(fā)能，常用電子伏特（eV）表示,稱激發(fā)電位。

電子在能級之間的跳變叫躍遷，電子由高能態(tài)躍遷到低能態(tài)（退激發(fā)）有兩種方式：

輻射躍遷：躍遷前后的能量差以電磁輻射的形式釋放。

無輻射躍遷：躍遷前后的能量差以其他形式釋放。

原子中的電子脫離核的約束的現(xiàn)象叫電離，電離所需能量叫電離能，常以電子伏特

（eV）表示，稱電離電位。

二分子運動與能態(tài)

分子由原子組成，能以單分子形態(tài)存在的固體中，原子間的結合鍵為共價鍵；原子

間以離子鍵結合的固體一般都以晶態(tài)存在。我們只討論共價鍵分子。

1分子總能能量與能級結構：

一般近似認為分子總能量E由分子中各原子的核外電子軌道運動能量Ee,原子相對

振動能量Ev及整個分子繞其質心轉動的能量Er組成：

E=Ee+Ev+Er

由于Ee（電子運動能），Ev（分子振動能）和Er（分子轉動能）都是量子化的，因此分

子能級由電子能級，振動能級和轉動能級構成。

同一電子能級因振動能量不同而分為若干振動能級；而同一振動能級又因轉動能量

不同而分為若干轉動能級。

2分子軌道與電子能級

分子軌道理論認為：原子形成分子后，價電子不再定域在個別原子內，而是在遍及

整個分子范圍內運動；而且每一個電子都可以看成是在原子核和其余電子共同提供

的勢場作用下在各自的軌道（分子軌道）上運動。

分子軌道可以近似看成原子軌道的線性組合;分成鍵軌道（能量較參與組合的原子軌

道能量低）和反鍵軌道（能量較參與組合的原子軌道能量高）。

按價鍵理論，具有未成對電子的原子相互靠近時，可因未成對電子配對而使原子軌

道部分重疊形成分子軌道，自旋反向的未成對電子配對形成成鍵軌道，自旋同向的

未成對電子配對形成反鍵軌道。

3分子的振動與振動能級

(1)雙原子分子的振動：分子中原子于平衡位置為中心的相對(往復)運動?？山?/p>

用彈簧諧振子模擬。

分子振動與彈簧諧振子相比，不同之處在于其振動能量是量子化的。

按量子理論推導，有：

Ev=(V+l/2)h(1-13)

式中：Ev一分子振動能；

V一振動量子數(shù)，取值：0,1,2,…

h-普朗克常數(shù)。

⑵多原子分子的振動

多原子分子的振動比雙原子分子的振動要復雜得多，可分為伸縮振動和變形振動兩

大類：

伸縮振動：原子沿鍵軸方向的周期性(往復)運動；鍵長變化而鍵角不變。

變形振動：也稱變角振動或彎曲振動；基團的鍵角變動而鍵長不變。

三原子的磁矩和原子核磁矩

1原子的磁矩

⑴原子的軌道磁矩：原子中的電子繞核作軌道運動相當于一個電流回路，因此會產(chǎn)

一個軌道磁矩

(2)核磁矩：核自旋產(chǎn)生核磁矩用，它與核自旋角動量PI的關系為：

HI=YIPI式中：

。叫核磁旋比。

四固體的能帶結構

(1)能帶的形成：原子的核外電子在原子軌道上運動并處于不同的分立能級上，當

許多原子相互靠近形成晶體時，由于原子的相互影響會發(fā)生原子軌道的交疊并出現(xiàn)

能級分裂現(xiàn)象。量子理論指出：在由N個原子構成的晶體中，發(fā)生交疊的原子軌道

的每一個能級將分裂為N個能量值稍有差別的能級。他們的差值極小，以至可以看

成是連續(xù)分布的，即形成有一定寬度的能帶。

2能帶結構的基本類型及相關概念

(1)能帶沿用能級分裂前的原子能級名稱命名，如：2P能帶，3s能帶，…

(2)原子不同能級分裂形成的能帶之間可能存在間隙，稱為禁帶；禁帶寬度叫能隙。

能帶與能帶之間也可能發(fā)生重疊。

(3)與原子基態(tài)價電子能級相應的能帶叫價帶，高于價帶的能帶叫導帶。

(4)由于原子核的強烈吸引和外層電子的屏蔽作用，原子的內層電子軌道幾乎不交

疊，故內層能級(芯能級)保持孤立原子特征。

(5)能帶中所有能級都被電子填滿則稱為滿帶。

(6)能帶中各能級均無電子則稱為空帶。

絕緣體、半導體和導體的能帶特征：

(1)絕緣體：價帶為滿帶，價帶與最底空帶(導帶)之間的禁帶寬度較寬(>3~6eV)。

(2)半導體：與絕緣體相似，只是禁帶寬度較窄(0.l~2eV)。

(3)導體：價帶未被電子填滿，或雖被電子填滿但與另一相鄰空帶緊密相接(或重

疊)。

7.1.5教學方法

結合多媒體講授

7.1.6作業(yè)安排及課后反思

作業(yè)：P22,1-2,1-4,1-6

7.1.7課前準備情況及其他相關特殊要求

對這一部分內容,學生比較熟悉,可泛泛而講

7.1.8參考資料(具體到哪一章節(jié)或頁碼)

1.《材料現(xiàn)代分析方法》，左演聲