固體物理導(dǎo)論教學(xué)大綱

1、固體物理導(dǎo)論一、課程說明課程編號(hào)： 070107Z10課程名稱：固體物理導(dǎo)論/Introduction to Solid State Physics課程類別：專業(yè)教育課程學(xué)時(shí)/學(xué)分：40/2.5先修課程：高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理、材料物理適用專業(yè)： 粉體材料科學(xué)與工程、材料化學(xué)教材、教學(xué)參考書：1.曾瑾言編著. 量子力學(xué)導(dǎo)論.北京：北京大學(xué)出版社.2001年；2.王英華編著. 晶體學(xué)導(dǎo)論. 北京：清華大學(xué)出版社. 1989年；3.王誠(chéng)泰編著. 統(tǒng)計(jì)物理學(xué). 北京：清華大學(xué)出版社. 1991年。二、課程設(shè)置的目的意義固體物理導(dǎo)論是為粉體材料科學(xué)與工程和材料化學(xué)專業(yè)本科生設(shè)立的拓展知識(shí)結(jié)構(gòu)的專業(yè)選修課，

2、課程設(shè)置的主要目的是讓學(xué)生通過學(xué)習(xí)固體物理導(dǎo)論這樣一門專業(yè)基礎(chǔ)理論課，構(gòu)建量子力學(xué)統(tǒng)計(jì)物理能帶理論的基本知識(shí)體系，初步建立將材料性能與微觀結(jié)構(gòu)、宏觀統(tǒng)計(jì)相聯(lián)系的科學(xué)意識(shí)，了解固體物理的基本原理以及研究方法，獲得從量子和統(tǒng)計(jì)的角度來分析和處理材料基本問題的初步能力，為今后的固體物理學(xué)習(xí)和材料科學(xué)研究打下較強(qiáng)的理論基礎(chǔ)。三、課程的基本要求知識(shí)：掌握量子力學(xué)中波函數(shù)、量子態(tài)、波函數(shù)的統(tǒng)計(jì)詮釋、不確定性原理等基本概念；熟悉傅立葉變換、薛定諤方程、算符、厄米算符、Dirac符號(hào)等的數(shù)學(xué)形式以及物理意義；理解能態(tài)密度和能帶的物理本質(zhì)、以及第一性原理計(jì)算的基本特點(diǎn)；了解晶帶定理、WS原胞、極射投影、倒易點(diǎn)陣

3、的基本原理以及在材料科學(xué)中的應(yīng)用等；熟悉宏觀對(duì)稱性和微觀對(duì)稱性的類型，能夠區(qū)分32種點(diǎn)群和230種空間群；了解波色系統(tǒng)、費(fèi)米系統(tǒng)和拉格朗日待定乘子法，掌握麥克斯韋-玻爾茲曼分布、費(fèi)米-狄拉克分布、玻色-愛因斯坦分布的函數(shù)形式、適用范圍和物理意義等。能力：通過復(fù)雜而又難以理解的量子力學(xué)的學(xué)習(xí)，初步培養(yǎng)學(xué)生敢于挑戰(zhàn)傳統(tǒng)觀念的科學(xué)理念和創(chuàng)新意識(shí)；課程要求對(duì)比較重要的概念進(jìn)行課程ppt的制作，獲得查閱文獻(xiàn)資料、并進(jìn)行歸納整理的基本能力，為今后的科學(xué)研究打下一定的基礎(chǔ)；通過量子理論和統(tǒng)計(jì)物理的學(xué)習(xí)，初步掌握將材料的宏觀性能與微觀結(jié)構(gòu)特別是電子結(jié)構(gòu)聯(lián)系起來的能力；通過一些物理概念深、數(shù)學(xué)計(jì)算簡(jiǎn)單、靈活性大

4、的每章習(xí)題，提高從固體物理的角度來分析問題和解決問題的基本能力。素質(zhì)：課程要求同學(xué)們分成幾個(gè)組進(jìn)行Seminar PPT的制作，這樣每組的同學(xué)需要分工合作，可以培養(yǎng)同學(xué)們的團(tuán)隊(duì)精神和合作意識(shí)；PPT需要在課堂上進(jìn)行宣講，以便大家交流討論，同時(shí)PPT發(fā)到課程公共郵箱中供所有同學(xué)下載共享；課后要求同學(xué)們閱讀書籍上帝擲骰子嗎？量子物理史話和Crystallography and the world of symmetry，以進(jìn)一步培養(yǎng)同學(xué)們的鉆研精神和科學(xué)素養(yǎng)，提升自主學(xué)習(xí)的意識(shí)。四、教學(xué)內(nèi)容、重點(diǎn)難點(diǎn)及教學(xué)設(shè)計(jì)章節(jié)教學(xué)內(nèi)容總學(xué)時(shí)學(xué)時(shí)分配教學(xué)重點(diǎn)教學(xué)難點(diǎn)教學(xué)方案設(shè)計(jì)（含教學(xué)方法、教學(xué)手段）講課(含研

5、討)實(shí)踐第1章緒論固體物理的重要性、課程安排、學(xué)習(xí)要求220課程安排固體物理的重要性聯(lián)系學(xué)科排名，從材料科學(xué)的角度來理解固體物理的重要性第2章量子力學(xué)基礎(chǔ)量子力學(xué)的誕生；波函數(shù)； 量子態(tài)；薛定諤方程；薛定諤方程的嚴(yán)格求解660波函數(shù)、薛定諤方程波函數(shù)的統(tǒng)計(jì)詮釋通過經(jīng)典物理的困難舉三個(gè)典型例子來講述量子力學(xué)的誕生；借助諾貝爾獎(jiǎng)獲得者的生平故事來講解量子力學(xué)的基本概念；要求閱讀上帝擲骰子嗎？量子物理史話，以提高學(xué)習(xí)興趣第3章量子力學(xué)的數(shù)學(xué)表達(dá)算符；Hilbert空間與Dirac符號(hào)；薛定諤方程的近似解法； 能帶理論簡(jiǎn)介；量子力學(xué)與材料科學(xué)的關(guān)系10100算符；微擾法； 能帶理論算符； Dirac符

6、號(hào)；微擾法結(jié)合微積分、概率論和數(shù)理統(tǒng)計(jì)、線性代數(shù)的基礎(chǔ)知識(shí)來講述算符、Dirac符號(hào)、薛定諤方程的近似解法；通過舉幾個(gè)典型例子（納米、石墨烯、量子隧道效應(yīng)等）來講授量子力學(xué)與材料科學(xué)的關(guān)系第4章晶體簡(jiǎn)介晶體；晶體學(xué)；晶體結(jié)構(gòu)；常見固體的晶體結(jié)構(gòu)；晶體中的投影變換660晶帶定律、WS原胞、極射投影極射投影通過推導(dǎo)原胞的基矢來理解BCC、FCC和HCP結(jié)構(gòu)；利用部分英語課件來進(jìn)一步熟悉晶體結(jié)構(gòu)；通過在標(biāo)準(zhǔn)極射投影圖中找出立方系晶帶來理解晶帶定律第5章對(duì)稱性、點(diǎn)群與空間群對(duì)稱性；宏觀對(duì)稱性；微觀對(duì)稱性；點(diǎn)群；空間群；倒易點(diǎn)陣10100點(diǎn)群；空間群；倒易 點(diǎn)陣點(diǎn)群；空間群；倒易點(diǎn)陣參考Crystall

7、ography and the world of symmetry來中英文對(duì)照講解對(duì)稱性、點(diǎn)群，以增進(jìn)同學(xué)們的理解；從具體的對(duì)稱元素出發(fā)逐條依次講解32種點(diǎn)群；聯(lián)系能帶理論、X射線衍射、選區(qū)衍射等來深入理解倒易點(diǎn)陣第6章統(tǒng)計(jì)物理基礎(chǔ)系統(tǒng)的微觀狀態(tài)；近獨(dú)立粒子系統(tǒng)；三種統(tǒng)計(jì)分布的推導(dǎo)；配分函數(shù)；三種統(tǒng)計(jì)分布的物理意義660麥克斯韋-玻爾茲曼分布；費(fèi)米-狄拉克分布；波色-愛因斯坦分布三種統(tǒng)計(jì)分布的推導(dǎo)和物理意義根據(jù)拉格朗日待定乘子法詳細(xì)講解三大統(tǒng)計(jì)分布的推導(dǎo)過程；分別從數(shù)學(xué)和物理的角度講解三大統(tǒng)計(jì)分布的聯(lián)系和區(qū)別；同學(xué)們上臺(tái)宣講課程ppt，鼓勵(lì)互動(dòng)提問，討論交流五、實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容和基本要求本課程不含實(shí)踐教學(xué)。六、考核方式及成績(jī)?cè)u(píng)定根據(jù)固體物理導(dǎo)論課程類型、課程性質(zhì)、課程內(nèi)容及特點(diǎn)，考核方式采用課堂表現(xiàn)+每章作業(yè)+課程ppt+開卷考試的考核方式；重點(diǎn)考核學(xué)生掌握量子力學(xué)、晶體學(xué)和統(tǒng)計(jì)物理的一些基礎(chǔ)知識(shí)，以及從固體物理的角度來分析和處理材料基本問題的初步能力。其中，課堂表現(xiàn)占10%，平時(shí)作業(yè)占20%，課程ppt占20%，期末開卷考試占50%?？己朔绞娇己藘?nèi)容