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文檔簡介
1、固體物理導(dǎo)論一、課程說明課程編號: 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/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.王誠泰編著. 統(tǒng)計物理學(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)計物理能帶理論的基本知識體系,初步建立將材料性能與微觀結(jié)構(gòu)、宏觀統(tǒng)計相聯(lián)系的科學(xué)意識,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)研究打下較強的理論基礎(chǔ)。三、課程的基本要求知識:掌握量子力學(xué)中波函數(shù)、量子態(tài)、波函數(shù)的統(tǒng)計詮釋、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)、以及第一性原理計算的基本特點;了解晶帶定理、WS原胞、極射投影、倒易點陣
3、的基本原理以及在材料科學(xué)中的應(yīng)用等;熟悉宏觀對稱性和微觀對稱性的類型,能夠區(qū)分32種點群和230種空間群;了解波色系統(tǒng)、費米系統(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;課程要求對比較重要的概念進行課程ppt的制作,獲得查閱文獻資料、并進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)計算簡單、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)們分成幾個組進行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)們的團隊精神和合作意識;PPT需要在課堂上進行宣講,以便大家交流討論,同時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。四、教學(xué)內(nèi)容、重點難點及教學(xué)設(shè)計章節(jié)教學(xué)內(nèi)容總學(xué)時學(xué)時分配教學(xué)重點教學(xué)難點教學(xué)方案設(shè)計(含教學(xué)方法、教學(xué)手段)講課(含研
5、討)實踐第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;薛定諤方程的嚴格求解660波函數(shù)、薛定諤方程波函數(shù)的統(tǒng)計詮釋通過經(jīng)典物理的困難舉三個典型例子來講述量子力學(xué)的誕生;借助諾貝爾獎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)表達算符;Hilbert空間與Dirac符號;薛定諤方程的近似解法; 能帶理論簡介;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;微擾法結(jié)合微積分、概率論和數(shù)理統(tǒng)計、線性代數(shù)的基礎(chǔ)知識來講述算符、Dirac符號、薛定諤方程的近似解法;通過舉幾個典型例子(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一步熟悉晶體結(jié)構(gòu);通過在標準極射投影圖中找出立方系晶帶來理解晶帶定律第5章對稱性、點群與空間群對稱性;宏觀對稱性;微觀對稱性;點群;空間群;倒易點陣10100點群;空間群;倒易 點陣點群;空間群;倒易點陣參考Crystall
7、ography and the world of symmetry來中英文對照講解對稱性、點群,以增進同學(xué)們的理解;從具體的對稱元素出發(fā)逐條依次講解32種點群;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陣第6章統(tǒng)計物理基礎(chǔ)系統(tǒng)的微觀狀態(tài);近獨立粒子系統(tǒng);三種統(tǒng)計分布的推導(dǎo);配分函數(shù);三種統(tǒng)計分布的物理意義660麥克斯韋-玻爾茲曼分布;費米-狄拉克分布;波色-愛因斯坦分布三種統(tǒng)計分布的推導(dǎo)和物理意義根據(jù)拉格朗日待定乘子法詳細講解三大統(tǒng)計分布的推導(dǎo)過程;分別從數(shù)學(xué)和物理的角度講解三大統(tǒng)計分布的聯(lián)系和區(qū)別;同學(xué)們上臺宣講課程ppt,鼓勵互動提問,討論交流五、實踐教學(xué)內(nèi)容和基本要求本課程不含實踐教學(xué)。六、考核方式及成績評定根據(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,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;重點考核學(xué)生掌握量子力學(xué)、晶體學(xué)和統(tǒng)計物理的一些基礎(chǔ)知識,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%,平時作業(yè)占20%,課程ppt占20%,期末開卷考試占50%。考核方式考核內(nèi)容
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