《結(jié)構(gòu)與物性》課程教學(xué)大綱

《結(jié)構(gòu)與物性》教學(xué)大綱課程名稱：結(jié)構(gòu)與物性英文名稱：StructureandProperties課程編號：F047091662學(xué)分：3.5學(xué)分總學(xué)時/課內(nèi)實踐學(xué)時：56學(xué)時課程性質(zhì)：選修課程開課單位：數(shù)理科學(xué)與工程學(xué)院物理系基層教學(xué)組織適應(yīng)對象：應(yīng)用物理學(xué)專業(yè)課程簡介本課程是應(yīng)用物理學(xué)專業(yè)的一門基礎(chǔ)選修課，其任務(wù)是使學(xué)生掌握微觀物質(zhì)運動的基本規(guī)律，獲得原子、分子及晶體結(jié)構(gòu)的基本理論、基礎(chǔ)知識，了解物質(zhì)的結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系，了解研究分子和晶體結(jié)構(gòu)的近代物理方法的基本原理，為后修課程原子物理、量子力學(xué)、固體物理的學(xué)習(xí)打下必要的基礎(chǔ)。通過本課程的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生能從物質(zhì)結(jié)構(gòu)與物質(zhì)性質(zhì)(性能)相互關(guān)系的基本規(guī)律出發(fā)，分析和解決問題，引導(dǎo)學(xué)生養(yǎng)成嚴謹、活躍、創(chuàng)新的思維方式和學(xué)習(xí)方法。Thiscourseisabasicoptionalcourseofappliedphysicsmajor.Itstaskistoenablestudentstomasterthebasiclawsofthemotionofmicroscopicmatter,acquirethebasictheoriesandknowledgeofthestructureofatoms,moleculesandcrystals,understandtherelationshipbetweenthestructureandpropertiesofthematter,andunderstandthebasicprinciplesofmodernphysicalmethodsforstudyingthestructureofmoleculesandcrystals.Itlaysanecessaryfoundationforthefollow-upcoursessuchasatomicphysics,quantummechanicsandsolidstatephysics.Throughthestudyofthiscourse,studentsaretrainedtoanalyzeandsolveproblemsbasedonthebasiclawoftherelationshipbetweenmaterialstructureandproperties(performance),andstudentsareguidedtodeveloprigorous,activeandinnovativewaysofthinkingandlearningmethods.課程目標(biāo)強化科學(xué)倫理教育，通過理論與科研實踐的結(jié)合培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力，使學(xué)生具備良好的科研素養(yǎng)和科學(xué)的世界觀，激發(fā)學(xué)生科技報國的家國情懷和使命擔(dān)當(dāng)。了解量子力學(xué)基本假設(shè)，掌握一維勢箱粒子薛定諤方程求解。研究原子、雙原子及多原子分子的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)及分子光譜，探討分子對稱性和性質(zhì)之間的聯(lián)系。熟悉計算化學(xué)方法，能應(yīng)用計算軟件計算分析分子的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。1.Strengthenscienceethicseducation,cultivatestudents'abilitytoanalyzeandsolveproblemsthroughthecombinationoftheoryandscientificresearchpractice,makestudentshavegoodscientificresearchaccomplishmentandscientificworldoutlook,andinspirestudents'feelingsandmissionofservingthecountrybyscienceandtechnology.2.Understandthebasicassumptionsofquantummechanics,masterthesolutionofone-dimensionalpotentialboxparticleSchrodingerequation.Thestructure,propertiesandmolecularspectraofatomic,diatomicandpolyatomicmoleculesarestudied,andtherelationshipbetweenmolecularsymmetryandpropertiesisdiscussed.3.Familiarwithcomputationalchemistrymethods,abletoapplycomputationalsoftwaretocalculateandanalyzethestructureandpropertiesofmolecules.三、課程目標(biāo)與畢業(yè)要求對應(yīng)關(guān)系表1課程目標(biāo)與畢業(yè)要求對應(yīng)關(guān)系畢業(yè)要求指標(biāo)點課程目標(biāo)畢業(yè)要求1量子力學(xué)初步2畢業(yè)要求1，2，3原子的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)1，2畢業(yè)要求1，2，3雙原子分子結(jié)構(gòu)與分子光譜1，2畢業(yè)要求1，2，3分子對稱性和群論1，2，3畢業(yè)要求1，2多原子分子的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)1，2畢業(yè)要求1，3計算化學(xué)簡介1，3畢業(yè)要求1，3計算軟件使用1，2，3課程教學(xué)安排課程共有7項教學(xué)內(nèi)容，具體安排如下。表2：課程教學(xué)安排表序號教學(xué)內(nèi)容思政元素課堂教學(xué)學(xué)時實驗/實踐教學(xué)學(xué)時學(xué)時小計1課程綜述；量子力學(xué)基礎(chǔ)62原子的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)63雙原子分子結(jié)構(gòu)與分子光譜4+24分子對稱性和群論4+25多原子分子的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)6+26計算化學(xué)簡介27MS、Gaussian、ATK、VASP等軟件計算實例16+48總結(jié)2合計56教學(xué)安排第一部分課程綜述；第一章量子力學(xué)基礎(chǔ)1.1微觀粒子運動特征；1.2量子力學(xué)基本假設(shè)；1.3薛定諤方程及解；1.4一維勢箱的應(yīng)用1.5一維勢箱模型推廣到三維模型重點：微觀粒子波粒二象性和測不準(zhǔn)原理；一維和三維勢箱粒子薛定諤方程及解難點：微觀粒子的波粒二象性和測不準(zhǔn)原理；一維和三維勢箱粒子薛定諤方程及解教學(xué)要求：了解《結(jié)構(gòu)與物性》課程特點，授課內(nèi)容綜述概況，基本的學(xué)習(xí)方法；了解黑體輻射能量密度分布；微觀粒子波粒二象性；測不準(zhǔn)原理；了解量子力學(xué)基本假設(shè)；一維勢箱粒子薛定諤方程及解；了解一維勢箱應(yīng)用第二部分原子結(jié)構(gòu)和性質(zhì)2.1單電子原子與離子2.2量子數(shù)和波函數(shù)的物理意義2.3多電子原子結(jié)構(gòu)與原子軌道2.4原子光譜重點：掌握單電子原子的薛定諤方程，并求解單電子原子波函數(shù)，量子數(shù)和波函數(shù)的物理意義和原子光譜難點：掌握單電子原子的薛定諤方程，并求解單電子原子波函數(shù)，量子數(shù)和波函數(shù)的物理意義和原子光譜教學(xué)要求：掌握單電子原子的薛定諤方程，了解分離變量法，求解單電子原子波函數(shù)，了解多電子原子結(jié)構(gòu)與原子軌道；理解量子數(shù)和波函數(shù)的物理意義，了解多電子原子光譜第三部分雙原子分子結(jié)構(gòu)與分子光譜3.1H2+的結(jié)構(gòu)和分子軌道理論3.2H2分子的結(jié)構(gòu)和價鍵理論3.3雙原子分子結(jié)構(gòu)3.4分子光譜和雙原子分子結(jié)構(gòu)測定重點：H2分子結(jié)構(gòu)及價鍵理論；雙原子分子結(jié)構(gòu)及分子光譜難點：H2分子結(jié)構(gòu)及價鍵理論；雙原子分子結(jié)構(gòu)及分子光譜教學(xué)要求：了解H2+結(jié)構(gòu)和分子軌道理論；H2分子結(jié)構(gòu)；雙原子分子及分子光譜和雙原子分子結(jié)構(gòu)測定第四部分分子對稱性和群論4.1對稱性基本概念；4.2對稱元素的組合；4.3對稱操作的集合與分子點群；4.4分子對稱性與分子性質(zhì)重點：對稱操作的組合和分子點群，對稱操作及矩陣表示難點：對稱操作的組合和分子點群，對稱操作及矩陣表示教學(xué)要求：了解分子對稱性，了解對稱操作及矩陣表示，了解對稱操作的組合、群的乘法表和分子點群；了解分子對稱性與分子的偶極矩和旋光性質(zhì)第五部分多原子分子的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)5.1價電子對互斥理論5.2雜化軌道理論5.3離域分子軌道理論5.4休克爾分子軌道法5.5離域π鍵和共軛效應(yīng)重點：掌握離域分子軌道理論，掌握休克爾軌道法的應(yīng)用，理解離域π鍵和共軛效應(yīng)難點：掌握離域分子軌道理論，掌握休克爾軌道法的應(yīng)用，理解離域π鍵和共軛效應(yīng)教學(xué)要求：理解價電子對互斥理論；掌握雜化軌道理論和離域分子軌道理論；理解休克爾分子軌道法并應(yīng)用；理解離域π鍵和共軛效應(yīng)，了解分子軌道對稱性和反應(yīng)機理第六部分計算化學(xué)簡介1從頭算(abinitio)方法2半經(jīng)驗分子軌道法3包含電子相關(guān)的分子軌道理論4密度泛函理論(DFT)5大型計算機程序的使用重點：了解計算化學(xué)的各種方法難點：了解計算化學(xué)的各種方法教學(xué)要求：了解計算化學(xué)的各種方法軟件計算實例重點：掌握使用不同的計算軟件。難點：掌握使用不同的計算軟件。教學(xué)要求：查看軟件使用手冊，并使用計算軟件建模計算。五、課內(nèi)實踐教學(xué)內(nèi)容及要求無六、課程考核與評價表4：成績評定方式表考核環(huán)節(jié)分值考核/評價細則平時作業(yè)30根據(jù)全部作業(yè)的得分再按30%計入總成績