普通物理
力  学
热  学
电 磁 学
光  学
原子物理
量子力学
固体物理
教学大纲
课程简介
电子教案
多媒体课件
物理学史
人文物理
当前位置:网站首页 - 固体物理 - 教学大纲
固体物理 [教学大纲]
2020206    《固体物理》教学大纲         学分4(3):学时:64(48)
一、课程目的与要求
    1. 目的
    本课程是物理专业一门学科基础课,它着重研究固体的宏观物理性质,并从固体的结构及其组成粒子之间的相互作用与运动规律,来阐明这些性质的微观本质及其用途。通过本课程的学习,使学生基本掌握晶体宏观物理性质及其组成粒子之间相互作用与运动规律,并能解释晶体基本物理性质的微观机理。了解固体材料在各个领域中的应用,为后续课的学习和进行科学研究打下基础。
2.     要求
    (1) 掌握晶体的结构及描述方法,晶体X射线衍射,晶体结合的普遍规律,晶格振动理论和声子的概念,用爱因斯坦模型和德拜模型处理晶体的比热问题,电子气的能量状态和电子气的热容量,能带论中的布洛赫定理,近自由电子近似方法,紧束缚近似方法,晶体中电子的速度,加速度和有效质量以及布里渊区和费密面等概念;
    (2) 理解长波近似,非简谐效应,功函数和接触电势差,导体,半导体和绝缘体的能带结构,迪·哈斯-范阿尔芬效应,晶体中的缺陷和扩散;
(3) 了解驰豫时间的统计理论,玻尔兹曼方程及其应用,电子与晶格相互作用,金属的电阻率。
4)固体物理是一门物理模型清晰、理论严密的课程,反映了近代物理学所取得得一些重要成果,不但是现代物理学及相关交叉学科的理论基础,而且与应用研究有着紧密的联系。通过本科程的学习,培养学生根据实验规律建立物理模型、进行理论分析能力;培养学生严谨的科学作风和创新意识,为进一步学习和工作打下基础。
二、课程内容及学时分配
理论讲授(应用物理64学时,其它专业48学时)
习题课及课堂讨论:穿插在课堂教学和课后答疑之中。
    1. 绪论                                                  (2学时)
固体物理研究对象、固体物理发展过程及固体物理与其他学科的联系、固体物理在物理学中的地位以及固体物理的学习方法。
知识点:(1)固体物理研究对象(C),(2)固体结构(A),(3)固体分类(A)。
    2. 晶体结构                                             (12+2学时)
晶体的特征,晶体结构(包括典型晶体结构及固体物理学原胞和结晶学原胞的选取方法),晶向、晶面和它们的标志,倒格子,晶格的对称性,晶体的X射线衍射。
知识点:(1)晶体宏观特征、微观特征(A),(2)基元、空间点阵、结点(A),(3)固体物理学原胞、结晶学原胞、魏格纳-塞兹原胞(A),(4)晶列、晶列指数,晶面、晶面指数,密勒指数(A),(5)倒格子、倒格子与正格子的关系(A),(6)七大晶系、十四种布喇菲格子(7)基本对称操作(B),,(8)晶体X射线衍射(B),(9)电子衍射(C),(10)中子衍射(C),(11) X射线衍射实验方法(B),(12)劳厄衍射方程、布喇格反射公式(B),(13)原子散射因子(B),(14)几何结构因子(B)
    3. 晶体中原子的结合                                       (4学时)
晶体结合的普遍规律,离子晶体、非极性分子晶体的结合能以及原子晶体、金属晶体和氢健晶体结合类型的特点,元素和化合物晶体结合的规律。
知识点:(1) 晶体结合能(A),(2)晶体结合的普遍规律(A),(3)体积弹性模量(A),(4)抗张强度(A),(5)离子晶体结合能计算(A),(6)马德隆常数(A),(7)非极性分子晶体结合能公式(B),(8)非极性分子晶体中两个常数A6,A12的计算(A),(9)五种基本结合类型晶体的特点(B),(10)元素和化合物晶体结合的规律(C)
    4. 晶格振动                                              (10+2学时)
一维晶格的振动,三维晶格的振动,能量量子化与声子,长波近似,确定晶格振动谱的实验方法,晶体的比热,非简谐效应。
知识点:(1)格波(A),(2)简谐近似(A),(3)非简谐近似(A),(4)色散关系(A),(5)声子(A),(6)玻恩――卡门周期性边界条件(A),(7)一维晶格振动列振动方程,求色散关系,确定波矢取值及范围,声学支格波、光学支格波及其特点(A),(8)三维晶格振动(C),(9)能量量子化(C),(10)长波近似(C),(11)确定晶格振动谱的实验方法(B),(12)声子与声子相互作用正常过程、反常过程(B),(13)晶体比热的基本规律(A),(14)晶体比热爱因斯坦模型(A),(15)晶体比热德拜模型(A),(16)频率分布函数(A),(17)非简谐效应解释晶体热传导、热彭胀现象(B)。
    5. 金属自由电子理论                                         (4学时)
自由电子气的能量状态,电子气的热容量,功函数和接触电势差。
知识点:(1)索末菲自由电子论(A),(2)自由电子气(3)能态密度(A),(4)费米能量(A),(5)费米面(A),(6)电子分布函数(A),(7)电子气热容量(A),(5)功函数(B),(6)接触电势差(B)。
6. 能带理论                                               (10+2学时)
布洛赫定理,近自由电子近似,紧束缚近似,费密面的构造法,休谟-绕塞里定律。
知识点:(1)布洛赫定理(A),(2)布里渊区(A),(3)近自由电子近似模型(A),(4)禁带宽度(A),(5)紧束缚近似模型(A),(6)能带宽度(A),(7)费米面构造法(B),(8)休谟――绕塞里定律(C)。
    7. 晶体中电子的输运性质                                   (10+2学时)
晶体中电子的速度、加速度和有效质量,导体、半导体和绝缘体的能带结构,迪·哈斯-范·阿耳芬效应,玻尔兹曼方程,驰豫时间的统计理论,电子与晶格相互作用,纯金属的电导率和热导率,金属的电阻率。
知识点:(1)晶体中电子的速度、加速度和有效质量(A),(2)导体、半导体和绝缘体的能带结构(A),(3)迪·哈斯-范·阿耳芬效应(B),(4)郎道能级(B),(5)玻尔兹曼方程(微分积分方程)(B),(6)驰豫时间的统计理论(C),(7)电子与晶格相互作用(C),(8)纯金属的电导率和热导率(B),(9)金属的电阻率(B)。
    8. 晶体中的缺陷和扩散                                      (4学时)
晶体缺陷的基本类型,热缺陷的数目,热缺陷的运动、产生和复合
知识点:(1)点缺陷(A),(2)线缺陷(A),(3)面缺陷(A),(4)肖特基缺陷(A),(5)弗仑克尔缺陷(A),(6)刃型位错(A),(7)螺旋位错(A),(8)热缺陷的数目(A),(9)热缺陷的运动、产生和复合(B)。
 
二、说明
1. 本大纲是根据教育部1998年颁布的“关于普通高等学校修订本科专业教学计划的原则意见”和“普通高等学校专业介绍”中对物理学、应用物理学专业基本培养规格和教学基本要求制定的。
2.7+2中7表示教材讲授的课时数,2表示习题课的课时数。习题课可采用讨论的方式进行。
3.教学内容是按64学时来安排的,标有*号的部分不是应用物理学专业讲授内容,除标有*号的部分,授课时数为48学时。
4.知识点后面括弧中的A、B、C分别表示重点掌握、一般掌握和一般了解的内容。
5.固体物理是物理系一门必修的学科基础课,本课程的学习情况将直接影响到后续课程的学习,因此教学中应给以极大的重视。
本课程内容比较杂、系统性较差,在讲授过程中注意让学生掌握好基本概念、注意模型的建立。由于本课程中涉及大量晶体结构,需要三维空间想象力,这部分内容尽量配合多媒体及实物模型进行授课,以便使授课内容变得形象、生动、易懂。每次课后要给学生留习题,加强对课堂讲授内容的理解(课堂讲授与课后复习的时间比例以1:1.5为宜)。
6.  学时安排是按64学时来分配的,对48学时的安排为:
1) 绪论                                           (2学时)
    (2) 晶体结构                                       (10学时)
3) 晶体中原子的结合                               (4学时)
4)晶格振动                                        (9学时)
   (5)金属自由电子理论                                (4学时)
6) 能带理论                                       (9学时)
7)晶体中电子的输运性质                            (8学时)
    (8)晶体中的缺陷和扩散                             (2学时)
适用专业及层次:应用物理(3学分),物理、光信息科学与技术、物理基地班(3学分)
推荐教材及参考书:
    1. 固体物理基础,王淑华编,济南出版社,2005年版;
    2. 固体物理学,方俊鑫、陆栋编,上海科学技术出版社,1982年;        

    3. 固体物理学,黄昆原著、韩汝琦改编,高等教育出版社,1988年。  

  Copy Right © 2007-2015,All Rights Reserved. 版权所有:青岛大学物理科学学院
地址:青岛市宁夏路308号 电话:0532-85955977