固體物理教學(xué)大綱課程名稱固體物理課程性質(zhì)專業(yè)必修課

《固體物理》教學(xué)大綱一、課程名稱：固體物理二、課程性質(zhì)：專業(yè)必修課三、課程教學(xué)目的：（一）課程目標(biāo)：專門問題及相關(guān)領(lǐng)域的內(nèi)容建立初步的理論基礎(chǔ)。（二）教學(xué)目標(biāo)：第一章 晶體結(jié)構(gòu)【教學(xué)目標(biāo)】析與計(jì)算。借助于多媒體展示，使學(xué)生建立起晶體結(jié)構(gòu)特征的直觀圖像。第二章 晶體的結(jié)合【教學(xué)目標(biāo)】認(rèn)識(shí)到吸引與排斥的矛盾的差別和對(duì)立統(tǒng)一是認(rèn)識(shí)與理解固體的結(jié)合規(guī)律與性質(zhì)的關(guān)鍵，培養(yǎng)學(xué)生的辯證思維能力。第三章 晶格振動(dòng)與晶體的熱學(xué)性質(zhì)【教學(xué)目標(biāo)】通過本章的教學(xué)，能夠使學(xué)生理解簡(jiǎn)諧近似、格波概念、聲子概念；理解玻恩-析問題和解決問題的能力。第四章能帶理論【教學(xué)目標(biāo)】第五章晶體中電子在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)【教學(xué)目標(biāo)】第六章晶體中的缺陷和擴(kuò)散【教學(xué)目標(biāo)】數(shù)目統(tǒng)計(jì)；了解固體中的擴(kuò)散現(xiàn)象及其對(duì)固體宏觀性質(zhì)的影響。四、教學(xué)原則與教學(xué)方法的主導(dǎo)作用與學(xué)生的主體作用相協(xié)調(diào)的原則。在教學(xué)中利用直觀教具模型以及多媒體教學(xué)手段，努力提高教學(xué)效果和教學(xué)質(zhì)量，使學(xué)生系統(tǒng)地掌握固體物理的基本概念、基本規(guī)律和基本方法。五、課程總學(xué)時(shí)：58學(xué)時(shí)六、課程教學(xué)內(nèi)容要點(diǎn)（一）教學(xué)內(nèi)容和學(xué)時(shí)分配第一章 晶體結(jié)構(gòu)(建議學(xué)時(shí)：10學(xué)時(shí))一、緒論(建議學(xué)時(shí)：1學(xué)時(shí))1、固體物理學(xué)的研究對(duì)象、內(nèi)容及其方法2二、晶體結(jié)構(gòu)(建議學(xué)時(shí)：9§1.1一些晶格的實(shí)例晶格、CsCl晶格、閃鋅礦晶格、鈣鈦礦晶格§1.2晶格的周期性1.W-S2.（晶胞4.5.例子§1.3晶向、晶面和它們的標(biāo)志1.晶向與晶向指數(shù)2.晶面與晶面指數(shù)、密勒指數(shù)§1.4倒格子1.倒格子基矢2.倒格子的導(dǎo)出、傅里葉變換3.倒格子與正格子的關(guān)系§1.5晶體的宏觀對(duì)稱性1.對(duì)稱操作及其數(shù)學(xué)性質(zhì)2.立方體、正四面體、正六角柱的對(duì)稱操作3.對(duì)稱操作群4.晶體的宏觀對(duì)稱性與宏觀物理性質(zhì)§1.6點(diǎn)群1.對(duì)稱素2.32種點(diǎn)群§1.7晶體的對(duì)稱性與晶格點(diǎn)陣分類1.七個(gè)晶系2.十四種布拉伐格子3.空間群簡(jiǎn)介內(nèi)容要點(diǎn)：1、基本概念：布喇菲點(diǎn)陣，初基原胞，慣用原胞，W--S原胞，倒格子2、重點(diǎn)：正倒格子的幾何關(guān)系，晶格的傅里葉變換，晶面和晶向指數(shù)的標(biāo)志方法，晶體結(jié)構(gòu)的周期性特征及其描述方法、晶體結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性特征及其描述方法3、難點(diǎn)：倒格子及其與正格子的關(guān)系。第二章 晶體的結(jié)合(建議學(xué)時(shí)：6學(xué)時(shí))§2.1離子性結(jié)合1.結(jié)合力的一般性質(zhì)2.離子晶體的吸引能、馬德隆常數(shù)3.離子晶體的排斥能、內(nèi)能4.離子晶體的體積彈性模量、結(jié)合能§2.2共價(jià)結(jié)合1.成鍵態(tài)與反鍵態(tài)2.共價(jià)結(jié)合的飽和性與方向性3.sp雜化§2.3金屬性結(jié)合1.價(jià)電子的“共有化”2.金屬的基本性質(zhì)3.與其它類型結(jié)合的比較§2.4范德瓦耳斯結(jié)合1.范德瓦耳斯力的幾種形式2.Lennard-Jones勢(shì)3.范德瓦耳斯晶體的內(nèi)能、結(jié)合能、體積彈性模量。§2.5元素和化合物晶體結(jié)合的規(guī)律性1.負(fù)電性2.元素晶體結(jié)合的規(guī)律性3.化合物晶體結(jié)合的規(guī)律性內(nèi)容要點(diǎn)：基本概念：氫鍵，負(fù)電性，結(jié)合能，相互作用能重點(diǎn)：晶體結(jié)合的一般規(guī)律、離子晶體的結(jié)合能、范德瓦耳斯晶體的結(jié)合能、體Evjen分子晶體的結(jié)合能的方法。sp雜化、體積彈性模量、范德瓦耳斯晶體的結(jié)合能第三章 晶格振動(dòng)與晶體的熱學(xué)性質(zhì)(建議學(xué)時(shí)：12學(xué)時(shí))§3.1簡(jiǎn)諧近以和簡(jiǎn)正坐標(biāo)1.簡(jiǎn)諧近似2.簡(jiǎn)正坐標(biāo)與振動(dòng)模3.獨(dú)立諧振子系統(tǒng)的量子力學(xué)解§3.2一維單原子鏈1.簡(jiǎn)諧近似與動(dòng)力學(xué)方程2.格波解及其物理意義3.玻恩-卡曼邊界條件與波矢的取值4.色散關(guān)系5.長(zhǎng)波近似6.簡(jiǎn)正坐標(biāo)7.格波量子化8.聲子概念§3.3一維雙原子鏈聲學(xué)波與光學(xué)波1.動(dòng)力學(xué)方程與格波解2.色散關(guān)系3.邊界條件與波矢的取值4.聲學(xué)波與光學(xué)波§3.4三維晶格的振動(dòng)1.三維格波解及一般特性2.波矢數(shù)與模式數(shù)3.聲子概念及聲子的準(zhǔn)動(dòng)量§3.5離子晶體的長(zhǎng)光學(xué)波黃昆方程2.長(zhǎng)光學(xué)橫波與縱波3.長(zhǎng)光學(xué)波振動(dòng)的原子理論45.極化激元§3.5確定晶格振動(dòng)譜的實(shí)驗(yàn)方法能量守恒與準(zhǔn)動(dòng)量守恒2.中子非彈性散射3.光的散射§3.7晶格振動(dòng)模式密度1.晶格振動(dòng)模式密度的定義2.模式密度的計(jì)算3.例子§3.8晶格熱容的量子理論1.晶格熱容量2.愛因斯坦模型3.德拜模型§3.9晶格的狀態(tài)方程（機(jī)動(dòng)）1.2.內(nèi)容要點(diǎn)：基本概念：聲學(xué)波，光學(xué)波，聲子，頻率分布密度重點(diǎn)：格波概念、聲子概念、一維單（雙）振動(dòng)模式密度的計(jì)算、晶格熱容量、晶格狀態(tài)方程難點(diǎn)：三維格波的一般規(guī)律、色散關(guān)系、模式密度、利用周期性邊界條件確定波矢數(shù)，求頻率分布密度，利用愛因斯坦模型和德拜模型解釋固體的比熱4.§4.1布洛赫定理

第四章能帶理論(建議學(xué)時(shí)：12學(xué)時(shí))1.能帶理論的基本思想與方法2.平移算符與布洛赫定理3.布洛赫定理的若干推論與晶體能帶的基本特征§4.2近自由電子近似（一維周期場(chǎng)）1.模型與微擾計(jì)算2.能帶與帶隙3.能區(qū)圖式§4.3近自由電子近似（三維周期場(chǎng)）1.模型與微擾計(jì)算2.布里淵區(qū)3.布里淵區(qū)與能帶§4.4贗勢(shì)方法1.贗勢(shì)2.贗勢(shì)方法§4.5緊束縛近似（原子軌道線性組合法）1.模型與微擾計(jì)算2.原子能級(jí)與晶體能帶的對(duì)應(yīng)3.瓦尼爾（Wannier）函數(shù)4.例子§4.6能態(tài)密度和費(fèi)米面1.能態(tài)密度2.等能面3.費(fèi)米面§4.7表面電子態(tài)（機(jī)動(dòng)）1.2.內(nèi)容要點(diǎn)：基本概念：能帶，費(fèi)米面，Bloch空穴似、能態(tài)密度、布里淵區(qū)與絕緣體第五章晶體中電子在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)(建議學(xué)時(shí)：12學(xué)時(shí))§5.1準(zhǔn)經(jīng)典運(yùn)動(dòng)1.波包與平均速度2.動(dòng)力學(xué)方程與準(zhǔn)動(dòng)量3.加速度與有效質(zhì)量§5.2恒定電場(chǎng)作用下電子的運(yùn)動(dòng)1.一維運(yùn)動(dòng)的例子2.討論§5.3導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體的能帶論解釋1.滿帶電子2.導(dǎo)體與非導(dǎo)體的模型3.近滿帶與空穴§5.4在恒定磁場(chǎng)中電子的運(yùn)動(dòng)回旋共振1.恒定磁場(chǎng)中電子的準(zhǔn)經(jīng)典運(yùn)動(dòng)2.自由電子情況的量子理論3.電子的有效質(zhì)量近似4.回旋共振（機(jī)動(dòng)）§5.5德·哈斯—范·阿爾芬效應(yīng)（機(jī)動(dòng)）1.德哈斯—范2.3.4.用舉例內(nèi)容要點(diǎn)：基本概念：晶體中電子的速度，加速度，有效質(zhì)量，空穴經(jīng)典近似的動(dòng)力學(xué)方程難點(diǎn)：波包、有效質(zhì)量、空穴的特性第六章晶體中的缺陷和擴(kuò)散(建議學(xué)時(shí)：6學(xué)時(shí))§6.1晶體的一般缺陷類型1.點(diǎn)缺陷2.線缺陷 3.面缺陷§6.2位錯(cuò)2.螺位錯(cuò)3.一些重要現(xiàn)象§6.3空位、間隙原子的運(yùn)動(dòng)和統(tǒng)計(jì)平衡課后作業(yè)章目教學(xué)內(nèi)容教學(xué)時(shí)數(shù)實(shí)踐環(huán)節(jié)時(shí)數(shù)思考題第一章晶體結(jié)構(gòu)課后作業(yè)章目教學(xué)內(nèi)容教學(xué)時(shí)數(shù)實(shí)踐環(huán)節(jié)時(shí)數(shù)思考題第一章晶體結(jié)構(gòu)912練習(xí)題4第二章固體的結(jié)合5144晶格振動(dòng)與晶體的第三章11156熱學(xué)性質(zhì)第四章能帶理論11155晶體中電子在電場(chǎng)第五章11123和磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)第六章晶體中的缺陷和擴(kuò)散合計(jì)55216220123§6.4擴(kuò)散和原子布朗運(yùn)動(dòng)（機(jī)動(dòng)）1.費(fèi)克第一定律2.擴(kuò)散系數(shù)3.布朗運(yùn)動(dòng)內(nèi)容要點(diǎn)：基本概念：點(diǎn)缺陷；線缺陷；面缺陷；位錯(cuò)數(shù)目統(tǒng)計(jì)難點(diǎn)：位錯(cuò)、固體中的擴(kuò)散七、課程的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)要求八、使用教材與教學(xué)參考書目（一）使用教材黃昆原著 韓汝琦改編《固體物理學(xué)，高等教育出版社，1988年10月第1版（二）教學(xué)參考書目1（上冊(cè)1980年12月第1版220038月第二版3、陸棟 蔣平徐至中《固體物理學(xué)，上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，2003年12月第1版4、胡安 章維益《固體物理學(xué)，高等教育出版社，2005年