結構與物性課程教學大綱

結構與物性課程教學大綱課程編號：10011460課程名稱：結構與物性/StructureandPropertiesofMatter學時：48學時學分：3學分適用專業(yè)：物理學、材料物理開課學期：6開課部門：理工學院物理系先修課程：量子力學、固體物理?？己艘螅洪]卷考核使用教材及主要參考書：[1]周公度著，《結構和物性》，高等教育出版社，2009年5月第三版；[2]周公度著，《結構化學基礎》，北京大學出版社，1989年4月；[3]一般的有機化學和無機化學教材；[4]熱點科技問題從網(wǎng)上了解進展。一、課程的性質(zhì)和任務結構與物性課程是分別從原子、分子、團簇和晶體層次介紹物質(zhì)的基本結構及其對宏觀物理性質(zhì)的影響。著重介紹化學鍵的物理本質(zhì)及其對物質(zhì)結構、形態(tài)和性能的影響；講述物質(zhì)結構對稱性的起源，主要包括分子的對稱性和晶體的對稱性，基本對稱操作和群的概念。面向物理學、材料物理、微電子學與固體電子學等專業(yè)開放的專業(yè)必修課程（或選修）。通過結構和物性課程的學習，使學生了解化學的基本原理和應用，使學生了解化學和物理學的相互聯(lián)系和相互促進，克服過去物理專業(yè)課程安排只重視物理規(guī)律，忽視具體物性即所謂“有理無物”的傳統(tǒng)作法，有利于改善物理專業(yè)學生的知識結構。二、教學目的與要求通過本課程的學習使學生對分子和物質(zhì)的結構，有比較深入的了解，使學生們懂得，物質(zhì)材料的物理性質(zhì)是由它們的化學結構所決定的，而很多物理或化學現(xiàn)象的機理往往很復雜，很多因素交織在一起，有些方面的機理可以用結構化學的原理做出定性或半定量的解釋，這就決定了該課程的特點是從物質(zhì)的結構出發(fā)，利用化學原理，對其物理性質(zhì)進行半定量的描述性的闡述。使學生在獲取知識的同時，提高獲取知識的能力，提高運用所學知識解決實際問題的能力，開闊思路，激發(fā)探索和創(chuàng)新精神，提升其整體科學素質(zhì)。通過本課程的學習，使學生掌握科學的學習方法，提高分析問題和解決問題的能力，增強物理和化學間的溝通、學會用物理和化學相結合的方法去解決物質(zhì)材料中的一系列物性問題。三、學時分配章節(jié)教學內(nèi)容學時第一章原子結構和元素周期性質(zhì)6第二章共價鍵和分子結構9第三章氫和氧的化學2第四章碳和氮的化學2第五章能源化學2第六章環(huán)境化學2第七章界面化學3第八章晶體的結構和性質(zhì)6第九章金屬材料3第十章無機非金屬材料3第十一章磁性材料2第十二章光學材料3第十三章電學材料3第十四章合成高分子材料2共計48四、教學中應注意的問題本課程主要采用理論講授為主的教學方法，要理論聯(lián)系實際，輔以多媒體課件手段教學，注重理論知識與當前學科前沿發(fā)展的聯(lián)系。五、教學內(nèi)容緒言結構與物性的研究內(nèi)容和研究方法?；瘜W在自然科學中的地位，化學的研究內(nèi)容、特點和方法、從物質(zhì)結構的高度理解物質(zhì)的性質(zhì)，該課程的學習方法。第一章原子結構和元素的周期性1.基本內(nèi)容：（1）原子和分子（2）微觀粒子運動的量子力學描述（3）氫原子的結構：單電子原子的方程及其解量子數(shù)波函數(shù)（4）多電子原子結構（5）元素周期表（6）元素周期性質(zhì)：電離能電子親合能電負性化合物周期性質(zhì)（7）光譜：原子光譜電子能譜2.教學基本要求：掌握原子分子的組成，微觀粒子運動的描述方法和量子效應，氫原子的結構，多電子原子結構，元素周期表、元素性質(zhì)的周期性，化合物的周期性質(zhì)，原子光譜和電子能譜的應用。3.教學重點難點：微觀粒子運動的描述方法和量子效應；化合物的周期性質(zhì)；原子光譜和電子能譜的應用。4.教學建議：本章主要復習與化學密切相關的原子物理及量子力學內(nèi)容,介紹如何用量子力學方法處理化學問題,了解核外電子排布的周期性規(guī)律導致元素性質(zhì)周期性。第二章共價鍵和分子結構1.基本內(nèi)容：（1）物質(zhì)的性質(zhì)和化學鍵類型（2）H2＋的結構和共價鍵的本質(zhì)，H2＋的Schr?dinger方程及其解（3）價鍵理論和分子軌道理論（4）雙原子分子的結構和性質(zhì)（5）多原子分子的結構和表示法（6）共軛分子中的離域π鍵（7）配位鍵（8）分子的對稱性（9）原子的共價半徑和共價鍵鍵長（10）氫鍵（11）分子間作用力（12）分子的大小和形狀2.教學基本要求：掌握物質(zhì)的性質(zhì)和化學鍵類型，H2＋的結構和共價鍵的本質(zhì)，分子軌道理論和共價鍵類型，雙原子分子的結構和性質(zhì)，多原子分子的結構和表示法，共軛分子中的離域π鍵、金屬鍵、配位鍵、離子鍵、氫鍵，分子間作用力，分子的大小和形狀。3.教學重點難點：物質(zhì)的性質(zhì)和化學鍵類型，價鍵理論和分子軌道理論和共價鍵類型，分子間結合方式4.教學建議：本章應重點介紹分子軌道與共價鍵的本質(zhì)、分子結構與性能、分子間作用力、以及分子光譜的應用。第三章氫和氧的化學1.基本內(nèi)容：（1）氫的分布、成鍵類型、性質(zhì)與制備（2）氧性質(zhì)與制備、成鍵特征和氧化物（3）水的結構和性質(zhì)（4）溶液的濃度表示法、溶解度、溶度積常數(shù)（5）酸和堿（6）氧化還原反應2.教學基本要求：理解氫、氧、水的結構和性質(zhì)、溶液，酸和堿，氧化還原反應等。3.教學重點難點：氫、氧的結構和化學性質(zhì)。4.教學建議：本章主要是了解氫和氧元素的化學性質(zhì)及一些相關的化學基礎知識。第四章碳和氮的化學1.基本內(nèi)容：（1）碳及其同位素（2）氮的分布及性質(zhì)、碳氧化和物（3）官能團和有機化合物分類（4）手性藥物（5）生物化學2.教學基本要求：理解碳、氮、功能團和有機物分類，分子的對稱性，手性分子，生物有機化學等。3.教學重點難點：碳和氮的結構和化學性質(zhì)。4.教學建議：本章主要是了解碳和氮元素的化學性質(zhì)及一些相關的化學基礎知識。第五章能源化學1.基本內(nèi)容：（1）能源和能源的利用（2）化學能（3）氫能和核能（4）石油（5）煤炭（6）天然氣和可燃冰（7）電池2.教學基本要求：掌握鍵能、反應熱和反應性質(zhì)及電池的原理，了解氫能源、石油、天然氣、煤炭等能源的利用。3.教學重點難點：鍵能、反應熱和反應性質(zhì)及電池的原理4.教學建議：本章在介紹相關原理的同時，還應使學生了解能源狀況，樹立節(jié)能環(huán)保意識。第六章環(huán)境化學1.基本內(nèi)容：（1）環(huán)境問題和綠色化學（2）水的環(huán)境化學（3大氣化學（4）環(huán)境與資源保護2.教學基本要求：了解水的環(huán)境化學、大氣化學、環(huán)境與資源的保護。3.教學重點難點：環(huán)境問題、環(huán)境和資源的保護4.教學建議：結合目前的環(huán)境現(xiàn)狀，促使學生樹立環(huán)境與資源的保護意識第七章界面化學1.基本內(nèi)容：（1）水溶液的表面化學（2）固氣表面化學（3）固液和固固界面化學（4）納米材料和納米技術（5）膜的化學2.教學基本要求：理解水溶液的表面化學、固-氣界面化學、固液和固固界面化學、納米化學及膜的化學3.教學重點難點：固、氣、液之間的界面化學、納米材料和技術4.教學建議：界面化學涉及自然科學和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，促使學生理論與實踐生產(chǎn)相結合來理解。第八章晶體的結構和性質(zhì)1.基本內(nèi)容：（1）晶體結構的周期性和點陣（2）晶體結構的對稱性（3）晶體的結構和晶體的物理性質(zhì)（4）晶體缺陷（5）人工晶體和晶體生長（6）準晶和液晶2.教學基本要求：了解晶體結構的周期性與點陣、晶體的對稱性、金屬晶體、離子晶體、非金屬晶體和共價晶體等、結構的對稱性與物理性質(zhì)、晶體的缺陷結構及其應用、非晶材料。3.教學重點難點：晶體結構的特性和點陣、晶體對稱性和晶體物理性質(zhì)，建立晶體結構與物性的聯(lián)系。4.教學建議：借助于多媒體展示，使學生建立起晶體結構特征的直觀圖像。第九章金屬材料1.基本內(nèi)容：（1）金屬材料的發(fā)展和分類（2）金屬鍵和金屬的通性（3）金屬單質(zhì)的晶體結構（4）鋼鐵（5）新型金屬材料2.教學基本要求：理解鋼鐵，新型金屬材料，配位場中金屬原子的能級和未成對電子數(shù)3.教學重點難點：金屬材料的結構性能、新型金屬材料、磁性材料4.教學建議：本章介紹理論知識應注意物理與化學知識的結合第十章無機非金屬材料1.基本內(nèi)容：（1）離子鍵和點陣能（2）離子晶體的結構和性質(zhì)（3）室溫下液態(tài)離子化合物（4）硅酸鹽材料（5）玻璃和陶瓷2.教學基本要求：掌握離子鍵、離子晶體結構和性質(zhì)，了解硅酸鹽材料、陶瓷和玻璃3.教學重點難點：影響離子晶體結構的因素,硅酸鹽結構的特點4.教學建議：本章介紹理論知識應注意物理與化學知識的結合第十一章磁性材料1.基本內(nèi)容：（1）物質(zhì)磁性的起源（2）配合物中金屬原子的未成對電子數(shù)（3）物質(zhì)磁性的分類（4）磁性材料的類別和應用2.教學基本要求：理解物質(zhì)的磁性，了解磁性材料的分類及應用3.教學重點難點：無得磁性及配合物中金屬原子的未成對電子數(shù)4.教學建議：本章介紹理論知識應注意材料物理與化學知識的結合第十二章光學材料1.基本內(nèi)容：（1）光和顏色（2）發(fā)色的化學機理和色料（3）發(fā)光材料（4）非線性光學晶體2.教學基本要求：理解光和顏色，發(fā)色的化學機理和色料，發(fā)光材料3.教學重點難點：光－材料－顏色、發(fā)色材料的不同發(fā)色機理、各種光學材料等。4.教學建議：本章介紹理論知識應注意材料物理與化學知識的結合第十三章電學材料1.基本內(nèi)容：（1）物質(zhì)的結構和導電性能（2）半導體材料（3）超導材料（4）固體離子導體（5）壓電材料（6）鐵電材料2.教學基本要求：理解物質(zhì)結構和導電性能、半導體材料、超導材料、固體離子導體、壓電材料、鐵電材料。3.教學重點難點：材料的電學性能與結構、固體電解質(zhì)、其他電子材料。4.教學建議：本章應注重物理圖像的建立。第十四章合成高分子材料1