《固體物理基礎》課程教學大綱

《固體物理基礎》教學大綱一、課程基本信息課程名稱固體物理基礎FundamentalsofSolidStatePhysics課程編碼SCC620421020開課院部理學院課程團隊固體物理基礎學分2.0課內學時32講授32實驗0上機0實踐0課外學時32適用專業(yè)光電信息科學與工程授課語言中文先修課程大學物理（2-1）、大學物理（2-2）、量子力學課程簡介（限選）本課程為光電信息科學與工程專業(yè)本科生的專業(yè)基礎類選修課程，它是物理學中內容極豐富、應用極廣泛的分支學科，同時也是光電信息科學與工程專業(yè)本科生學習《激光原理》、《光電材料與器件》等各種光電子器件后續(xù)課程的基礎?！豆腆w物理學基礎》是研究固體物質的物理性質、微觀結構、構成物質的各種粒子的運動形態(tài)，及其相互關系的科學。本課程的主要內容包括固體的結構及組成粒子(原子、離子、電子等)之間的相互作用與運動規(guī)律，闡明固體的性能和用途，其中以固態(tài)電子論和固體的能帶理論為主要內容。課程的教學目標是使學生理解晶體結構的基本描述，固體電子論和能帶理論，以及實際晶體中的缺陷、雜質、表面和界面對材料性質的影響等，掌握具有周期性結構固體材料的常規(guī)性質和研究方法，樹立微觀世界的新觀念，掌握處理微觀世界物理問題方法，并能將相關的理論和方法運用到光電領域復雜工程問題的解決中、為進一步學習其它專業(yè)課程或從事科研工作奠定基礎。ThiscourseisanelectivecourseforundergraduatesmajoringinOptoelectronicInformationScienceandEngineering.Itisabranchsubjectwithrichcontentandwideapplicationinphysics.ItisalsothebasisforundergraduatestudentsmajoringinOptoelectronicInformationScienceandEngineeringtolearntheprinciplesoflaser,optoelectronicmaterialsanddevicesandotherfollow-upcoursesofoptoelectronicdevices.Fundamentalsofsolidstatephysicsisasciencethatstudiesthephysicalproperties,microstructures,movementformsofvariousparticlesthatmakeupasubstance,andtheirinterrelationships.Itsmaincontentistostudythestructureofsolidandtheinteractionandmotionlawsbetweenconstituentparticles(atoms,ions,electrons,etc.)andtheperformanceanduseofsolid.Themaincontentofthiscourseisthetheoryofsolidelectronsandthetheoryofenergybandofsolid.Thegoalofthecourseistoenablestudentstograspthebasicdescriptionofcrystalstructure,solidelectrontheoryandenergybandtheory,aswellastheinfluenceofdefects,impurities,surfacesandinterfacesinactualcrystalsonthepropertiesofmaterials,mastertheconventionalpropertiesandresearchmethodsofsolidmaterialswithperiodicstructure,establishanewconceptofthemicroworldandmasterthemethodsofdealingwithphysicalproblemsinthemicroworld,andbeabletoapplyrelevanttheoriesandmethodstothesolutionofcomplexengineeringproblemsinthefieldofoptoelectronics.Tolaythegroundworkforfurtherstudyofotherspecializedcoursesorinscientificresearch.負責人大綱執(zhí)筆人審核人二、課程目標序號代號課程目標OBE畢業(yè)要求指標點任務自選1M1目標1：能夠理解并掌握固體物理基本概念、基本原理和計算方法。是1.32M2目標2：能夠運用固體物理基本理論研究并解決光電領域中的復雜工程問題。是2.32.33M3目標3：能夠關注固體物理學領域前沿的研究動態(tài)，具有終身學習的能力。是12.212.2三、課程內容序號章節(jié)號標題課程內容/重難點支撐課程目標課內學時教學方式課外學時課外環(huán)節(jié)1第一章晶體的結構重點：空間點陣和布拉菲格子的概念、密堆積和配位數(shù)的概念、倒格子的概念。難點：布拉菲格子的概念、倒格子的概念。/////21.11.1晶體的周期性原胞、晶向、晶面。M12講授2線上學習教學大綱31.21.2倒格子倒格子的性質、倒格子的物理意義。M12講授2作業(yè)41.31.3晶體的對稱性晶系、布拉菲格子。M12講授2作業(yè)51.41.4晶體表面的幾何結構二維晶格的晶系、二維布拉菲格子。M1,M32講授2作業(yè)6第二章固體的結合重點：離子結合，范德瓦耳斯結合，共價結合，內聚能與晶體的力學熱學性質。難點：離子晶體的幾何結構，離子晶體的內聚能/////72.12.1離子性結合離子鍵、離子晶體、結合能。M11講授1作業(yè)82.22.2共價性結合共價鍵、軌道雜化。M11講授1作業(yè)92.32.3金屬性結合金屬鍵、電子共有化。M11講授1作業(yè)102.42.4范德爾瓦斯結合電偶極矩感應、范德爾瓦斯鍵。M11講授1作業(yè)112.52.5元素和化合物晶體結合的規(guī)律性電負性、電子親和能、金屬晶體、離子晶體、范德爾瓦斯晶體、化合物晶體。M2,M32講授2專題報告12第三章晶格振動和晶體的熱學性質重點：一維單原子鏈，一維雙原子鏈的振動，格波的量子理論，愛因斯坦模型，德拜模型。難點：格波的量子理論，格波的模式數(shù)/////133.13.1簡諧近似和簡正坐標簡正坐標、簡正振動。M11講授1作業(yè)143.23.2一維單原子鏈單原子鏈、玻恩-卡曼邊界條件、格波。M21講授1作業(yè)153.33.3一維雙原子鏈聲學波和光學波聲學波、光學波。M32講授2作業(yè)163.43.4離子晶體的光頻模與電磁波耦合黃昆方程、電磁耦合磁量子、極化激元。M12講授2作業(yè)173.53.5晶格比熱晶格的比熱容、愛因斯坦模型、德拜模型。M11講授1作業(yè)18第四章晶體中的缺陷重點：肖特基缺陷，刃型位錯，弗侖克爾缺陷，擴散系數(shù)。難點：缺陷統(tǒng)計理論，缺陷對晶體宏觀性質的影響。/////194.14.1點缺陷本征缺陷、雜質缺陷。M11講授1作業(yè)204.24.2晶體中的原子擴散擴散的宏觀規(guī)律、擴散的微觀機制。M11講授1作業(yè)214.34.3離子晶體的導電性離子晶體點缺陷、離子晶體導電性、色心。M11講授1作業(yè)224.44.4位錯刃位錯、螺位錯。M10.5講授0.5作業(yè)234.54.5面缺陷晶界、晶界能、堆積層錯。M1,M30.5講授0.5作業(yè)24第五章能帶理論重點：固體中電子的共有化運動，Bloch定理的特點、證明及其推論，近自由電子近似微擾論，費密統(tǒng)計分布與費米能級，能態(tài)密度。難點：動量空間的薛定鍔方程，微擾論；布里淵區(qū)中的等能面。/////255.15.1布洛赫定理布里淵區(qū)，布洛赫定理。M11講授1作業(yè)265.25.2準自由電子近似微擾理論、能帶、帶隙。M1,M22講授2作業(yè)275.35.3緊束縛近似緊束縛模型、原子能級與能帶對應規(guī)律。M22講授2作業(yè)285.45.4無序系統(tǒng)中的電子狀態(tài)無序系統(tǒng)、電子擴展態(tài)和定域態(tài)。M11講授1作業(yè)295.55.5導體、絕緣體和半導體的能帶模型滿帶、導帶、近滿帶、金屬和絕緣體的轉變。M1,M31講授1專題報告四、考核方式序號考核環(huán)節(jié)操作細節(jié)總評占比1平時作業(yè)1.每周布置3~6道題目，平均每次課2道題以上。2.成績采用百分制，根據(jù)作業(yè)完成準確性、是否按時上交、是否獨立完成評分。3.考核學生對固體物理學基本知識的掌握能力，學生綜合運用所學知識分析問題、解決問題的能力題型主要有作圖、分析和計算題。20%2專題報告1.本課程要要求學生根據(jù)固體物理領域中的某種理論或方法的在光電材料與器件設計制作方面的應用進行探討或者瞄準固體物理領域中的新進展撰寫文獻報告。2.主要培養(yǎng)學生利用掌握的理論或方法解決光電領域復雜工程問題，以及關注科技發(fā)展前沿動態(tài)進行終身學習的能力。20%3隨堂測試測試學生對課堂講授知識的預習和掌握情況。20%4期末考試1.閉卷考試，成績采用百分制，卷面成績總分100分。2.主要考核學生對固體物理學基本知識的掌握能力，學生綜合運用所學知識分析問題、解決問題的能力，題型主要有填空題、選擇題、簡答題、分析題、計算題、論述題等。40%五、評分細則序號課程目標考核環(huán)節(jié)大致占比評分等級1M1平時作業(yè)20%A:獨立思考、按時完成，作圖規(guī)范，解題思路清晰、步驟完整、格式合理、答案準確。B:獨立思考、按時完成，作圖比較規(guī)范，解題思路比較清晰、步驟比較完整、格式合理、答案準確。C:獨立思考、按時完成，作圖比較規(guī)范，解題思路比較清晰、步驟比較完整、格式比較合理、答案準確。D:作業(yè)抄襲，未能按時完成，作圖不規(guī)范，解題思路混亂。2M1隨堂測試30%由雨課堂每次課測驗的成績累積。3M1期末考試50%根據(jù)試卷標準答案和評分標準評定。4M2平時作業(yè)30%A:獨立思考、按時完成，作圖規(guī)范，解題思路清晰、步驟完整、格式合理、答案準確。B:獨立思考、按時完成，作圖比較規(guī)范，解題思路比較清晰、步驟比較完整、格式合理、答案準確。C:獨立思考、按時完成，作圖比較規(guī)范，解題思路比較清晰、步驟比較完整、格式比較合理、答案準確。D:作業(yè)抄襲，未能按時完成，作圖不規(guī)范，解題思路混亂。5M2隨堂測試30%由雨課堂每次課測驗的成績累積。6M2期末考試40%根據(jù)試卷標準答案和評分標準評定。7M3專題報告70%A:能根據(jù)所學理論和方法對固體物理領域中的新進展進行討論或設計，相關描述完善、邏輯性較強，對相關領域的前沿發(fā)展動態(tài)有豐富的了解和闡述，論文撰寫結構合理。B:能根據(jù)所學理論和方法對固體物理領域中的新進展進行討論或設計，但是相關描述不夠完美，對相關領域的前沿發(fā)展動態(tài)有較多的了解，論文撰寫結構合理，缺乏最新參考文獻。C:能根據(jù)所學理論和方法對固體物理領域中的新進展進行討論或設計，但是相關描述粗糙，對相關領域的前沿發(fā)展動態(tài)有較少的了解，論文撰寫邏輯性不強，參考文獻較少。D:能根據(jù)所學理論和方法對固體物理領域中的新進展進行簡單的討論或設計，但是相關闡述不精確或者所采用的方法不當，對相關研究對象的發(fā)展動態(tài)不了解。論文字數(shù)不足，格