固体物理学教学大纲.doc
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《固体物理学》课程教学大纲(36学时)
(理论课程)
一课程说明
(一)课程概况
课程中文名称:
《固体物理学》
课程英文名称:
SolidStatePhysics
课程编号:
3910252119
开课学院:
理学院
适用专业/开课学期:
物理学专业/第6学期
学分/周学时:
2/2
《固体物理学》是物理学本科专业的一门专业必修课程,本课程将系统介绍固体物理的基础知识和理论,揭示丰富多彩的固体形态(如金属、绝缘体、半导体等)形成的基本物理规律,并介绍一些重要的实验方法,如X-光衍射,中子散射实验等。
先修课程为《热力学与统计物理》、《量子力学》、《理论力学》等,后续课程包括《半导体物理学》、《光电子器件及应用》等。
(二)课程目标
通过本课程的学习,让学生掌握固体物理的基本原理、理论和研究方法,能够利用所学习的知识对材料研究中的一些现象进行解释,并建立用模型去理解固体性质的思维方式。
(三)学时分配
章(专题)
主要内容
学时安排
1
晶体结构(含绪论)
9
2
晶体的结合
4
3
晶格振动与晶体的热学性质
9
5
能带理论
10
6
自由电子论和电子输运性质
1
7
机动学时
3
二教学方法和手段
采用讲授、研讨、探索式教学法,将实验演示、观察、测量、验证与理论推导、原理分析、规律揭示、方法提炼以及归纳总结、创造、发明紧密结合起来,以激发学生的学习兴趣,培养学生的创新精神和创新能力。
将计算机网络技术和多媒体技术应用于“固体物理学”课程教学,自行设计、制作CAI课件,丰富教学资源,增加课程教学信息量,提高教学效率。
逐步实现“固体物理学”教学现代化。
三教学内容
第1章 晶体结构(含绪论)(9学时)
一、教学目标
1.了解固体物理学的基本发展;
2.掌握结晶学理论相关的基础知识。
二、教学重、难点
重点:
立方晶系的三种布拉菲格子、金刚石结构的各向异性和解理性、倒格子和布里渊区。
难点:
密堆积结构、金刚石结构沿<111>晶向的双层原子面排列、倒格子基本性质及其证明。
三、主要内容
1.晶体的共性(含绪论)
2.密堆积
3.布喇菲空间点阵原胞晶胞
4.晶列晶面指数
5.倒格空间
6.晶体的对称性
7.晶格结构的分类
8.晶体的X光衍射
9.原子散射因子几何结构因子
第二章晶体的结合(4学时)
一、教学目的
1.理解固体结合的基本方式;
2.掌握根据原子负电性和原子半径的差异解释晶体结构的方法。
二、教学重、难点
重点:
共价键的饱和性和方向性以及sp3杂化轨道理论。
难点:
离子堆积与泡利规则;混合晶体与电离度。
三、主要内容
1.晶体的结合类型
2.晶体的结合类型
3.结合力和结合能
4.分子力结合
5.共价结合
6.离子结合
第三章晶格振动与晶体的热学性质(9学时)
一、教学目的
1.理解晶格振动理论的基础知识;
2.掌握从原子级的角度对晶体热学性质的解释。
二、教学重、难点
重点:
格波、波矢,声学波和光学波,色散关系,谐振子和声子,晶格振动模式密度,晶格热容,热传导。
难点:
晶格振动模式密度,能量量子化,U过程,非简谐效应。
三、主要内容
1.一维晶格的振动
2.三维晶格的振动
3.三维晶格的振动
4.简正振动声子
5.晶格振动谱的实验测定方法
6.长波近似
7.晶格振动热容理论
第五章能带理论(10学时)
一、教学目的
掌握固体能带理论的基本知识。
二、教学重、难点
重点:
固体中电子的共有化运动,Bloch定理的特点、证明及其推论,近自由电子近似微扰论,费密统计分布与费米能级,能态密度。
难点:
动量空间的薛定鍔方程,微扰论;布里渊区中的等能面。
三、主要内容
1.布洛赫波函数
2.一维晶格中的近自由电子
3.一维晶格中电子的布拉格反射
4.平面波方法
5.布里渊区
6.紧束缚方法
7.电子的平均速度平均加速度和有效质量
8.导体半导体和绝缘体
第六章自由电子论和电子的输运性质(1学时)
一、教学目的
掌握费米统计和电子热容量的推导,功函数和接触电势差的计算,熟悉解玻尔兹曼方程和金属电阻随温度的变化关系
二、教学重、难点
重点:
电子热容量的推导。
难点:
电子热容量的推导
三、主要内容
电子气的费密能和热容量
四考核办法
(一)考核方式:
闭卷
(二)评分办法:
平时成绩(包含平时作业、随堂提问、期中考试、考勤)占50%,期末考核占50%。
五教材及主要参考书目
(一)教材:
王矝奉.固体物理教程(第三版)[M].济南:
山东大学出版社,2013.
(二)参考书目:
[1]韦丹.固体物理学习辅导与习题解答[M].北京:
清华大学出版社,2007
[2]阎守胜.固体物理基础.北京:
北京大学出版社,2000.
[3]黄昆,韩汝琦,固体物理学,高等教育出版社,1988.
[4]韦丹.固体物理[M].北京:
清华大学出版社,2007.
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