《材料物理性能A》教學大綱

《材料物理性能A》教學大綱適用范圍：202X版本科人才培養(yǎng)方案課程代碼：03145101課程性質(zhì)：專業(yè)必修課學分：2學分學時：32學時（理論32學時）先修課程：物理化學、材料科學基礎(chǔ)A、工程材料學A等后續(xù)課程：畢業(yè)實習、畢業(yè)設(shè)計等適用專業(yè)：材料科學與工程開課單位：材料科學與工程學院一、課程說明《材料物理性能A》是材料科學與工程專業(yè)的一門專業(yè)必修課程。本課程主要傳授材料科學與工程領(lǐng)域的材料物理性能專業(yè)知識，為學習其他有關(guān)課程及以后從事技術(shù)工作打下必要的基礎(chǔ)。通過本課程的學習，使學生掌握材料物理性能的基本概念、物理本質(zhì)、變化規(guī)律及性能指標的工程意義，掌握影響材料物理性能的因素及物理性能與其化學成分、組織結(jié)構(gòu)間、外界環(huán)境等之間的關(guān)系。為控制、改善和提高材料物理性能，充分發(fā)揮材料物理性能潛力，正確使用材料，開發(fā)具有特定物理性能的新材料打下基礎(chǔ)。提高學生的邏輯推理能力、總結(jié)歸納能力及自學新知識的能力。二、課程目標通過本課程的學習，使學生達到如下目標：課程目標1：掌握量子理論、能帶理論基礎(chǔ)，掌握材料的導電性和導電微觀機制相關(guān)理論，掌握電介質(zhì)極化與物理本質(zhì)，掌握材料的熱容、熱膨脹、熱傳導、熱電性等熱學性能，掌握材料的光學效應(yīng)，掌握材料磁性能的基本理論，掌握材料彈性的表征及物理本質(zhì)、內(nèi)耗及其產(chǎn)生機制；能夠掌握材料物理性能的物理本質(zhì)和微觀機制，根據(jù)材料的成分、微觀組織結(jié)構(gòu)對材料各種物理性能的影響規(guī)律和機理進行分析。課程目標2：了解和掌握材料的導電、介電、熱學、光學、磁學以及彈性和內(nèi)耗等性能的分析方法，具備分析和解決工程材料的宏觀物理性能與微觀結(jié)構(gòu)特征之間關(guān)系的能力，逐步具有利用材料物理性能相關(guān)知識解決材料研究實際問題的能力，擁有自主學習和終身學習的意識，有不斷學習和適應(yīng)發(fā)展的能力。課程目標3：理解材料常規(guī)物理性能測試方法有關(guān)的國家標準、行業(yè)標準、企業(yè)標準、法律法規(guī)以及相關(guān)知識產(chǎn)權(quán)、行業(yè)政策；了解各種物理性能的研究熱點、發(fā)展趨勢和前沿應(yīng)用。提高學生對材料各種物理性能基礎(chǔ)理論知識的認知和分析能力，具備理論知識的實際應(yīng)用能力，培養(yǎng)科學求實精神，具有創(chuàng)新意識和較強的工程實踐能力。三、課程目標與畢業(yè)要求《材料物理性能A》課程教學目標對材料科學與工程專業(yè)畢業(yè)要求的支撐見表1。表1課程教學目標與畢業(yè)要求關(guān)系畢業(yè)要求指標點課程目標支撐強度1.工程知識1.1能正確使用技術(shù)語言表達材料專業(yè)相關(guān)復雜工程問題。課程目標1：掌握量子理論、能帶理論基礎(chǔ)，掌握材料的導電性和導電微觀機制相關(guān)理論，掌握電介質(zhì)極化與物理本質(zhì)，掌握材料的熱容、熱膨脹、熱傳導、熱電性等熱學性能，掌握材料的光學效應(yīng)，掌握材料磁性能的基本理論，掌握材料彈性的表征及物理本質(zhì)、內(nèi)耗及其產(chǎn)生機制。H1.3掌握相關(guān)自然科學知識、工程基礎(chǔ)知識和思維方法，并能將其應(yīng)用于解決材料專業(yè)相關(guān)復雜工程問題。課程目標1：能夠掌握材料物理性能的物理本質(zhì)和微觀機制，根據(jù)材料的成分、微觀組織結(jié)構(gòu)對材料各種物理性能的影響規(guī)律和機理進行分析。2.問題分析2.1能夠應(yīng)用工程科學的基本原理，識別和判斷材料專業(yè)相關(guān)復雜工程問題的關(guān)鍵環(huán)節(jié)和參數(shù)。課程目標2：了解和掌握材料的導電、介電、熱學、光學、磁學以及彈性和內(nèi)耗等性能的分析方法，具備分析和解決工程材料的宏觀物理性能與微觀結(jié)構(gòu)特征之間關(guān)系的能力，逐步具有利用材料物理性能相關(guān)知識解決材料研究實際問題的能力，擁有自主學習和終身學習的意識，有不斷學習和適應(yīng)發(fā)展的能力。H4.研究4.1能夠?qū)Σ牧峡茖W與工程相關(guān)的各類材料性能、物理和化學現(xiàn)象等進行研究和實驗驗證。課程目標3：理解材料常規(guī)物理性能測試方法有關(guān)的國家標準、行業(yè)標準、企業(yè)標準、法律法規(guī)以及相關(guān)知識產(chǎn)權(quán)、行業(yè)政策；了解各種物理性能的研究熱點、發(fā)展趨勢和前沿應(yīng)用。提高學生對材料各種物理性能基礎(chǔ)理論知識的認知和分析能力，具備理論知識的實際應(yīng)用能力，培養(yǎng)科學求實精神，具有創(chuàng)新意識和較強的工程實踐能力。M注：表中“H（高）、M（中）”表示課程與相關(guān)畢業(yè)要求的關(guān)聯(lián)度。四、教學內(nèi)容、基本要求與學時分配教學內(nèi)容、基本要求與學時分配見表2。表2教學內(nèi)容、基本要求與學時分配教學內(nèi)容教學要求，教學重點難點理論學時對應(yīng)的課程目標1．材料物理基礎(chǔ)知識1.1量子力學基礎(chǔ)1.2量子自由電子理論基礎(chǔ)1.3能帶理論基礎(chǔ)教學要求：了解電子波動性的相關(guān)理論；了解和掌握金屬費密―索末菲電子理論及相關(guān)物理學概念；了解和掌握晶體能帶理論的基本知識。重點：微觀粒子的運動特征、波函數(shù)、薛定諤方程、晶體電子中的薛定諤方程、自由電子的波函數(shù)和能量、k空間和能級密度、費米分布和費米能、周期勢場中的電子狀態(tài)和布洛赫定理、周期勢場中電子的能量——近自由電子近似、原子能級的分裂——緊束縛近似。難點：晶體電子中的薛定諤方程、自由電子的波函數(shù)和能量、k空間和能級密度、費米分布和費米能。61、22.材料的導電性能2.1材料的導電性概述2.2金屬材料的導電性2.3半導體材料的導電性2.4離子導電性教學要求：了解和掌握材料導電的物理特性和表達；了解和掌握電子類載流子導電、離子類載流子導電和半導體導電的理論基礎(chǔ)、影響規(guī)律和機理，具備理論解釋不同材料導電宏觀特性的分析能力；了解導電性功能材料的研究熱點、發(fā)展趨勢和前沿應(yīng)用；了解材料電阻率的測量方法與應(yīng)用。重點:材料導電特性、導電微觀機制和導電性相關(guān)理論，各種材料的導電機理。難點:影響金屬導電性的因素、離子導電的影響因素、半導體導電的影響因素。61、2、33.材料的介電性能3.1電介質(zhì)及其極化3.2交變電場下的電介質(zhì)特性3.3電介質(zhì)在電場中的破壞3.4功能性電介質(zhì)及其材料性能教學要求：了解和掌握電介質(zhì)的極化現(xiàn)象及極化機制；了解和掌握交變電場下電介質(zhì)的極化特征及相關(guān)理論；了解電介質(zhì)在電場中破壞的相關(guān)理論；了解和掌握三種電介質(zhì)功能材料的功能特性、產(chǎn)生原因及理論描述方法；了解介電性能的測試方法；了解不同電介質(zhì)功能材料的研究熱點、發(fā)展趨勢和前沿應(yīng)用。重點:極化及相關(guān)物理量，極化類型與物理本質(zhì)，介電常數(shù)的概念，介質(zhì)損耗的產(chǎn)生，電介質(zhì)的擊穿及擊穿形式和產(chǎn)生擊穿的原因。難點:電介質(zhì)極化的微觀機制、宏觀極化強度與微觀極化率的關(guān)系、復介電常數(shù)和介質(zhì)損耗。61、34．材料的熱學性能4.1晶格熱振動4.2材料的熱容4.3材料的熱膨脹4.4材料的導熱性4.5材料的熱穩(wěn)定性教學要求：掌握材料熱容的基本概念、物理本質(zhì)及其與溫度之間的關(guān)系，晶態(tài)固體熱容的經(jīng)典理論和經(jīng)驗定律，熱容的量子理論及基本模型和影響材料熱容的因素；理解材料熱膨脹及熱膨脹系數(shù)的概念，熱膨脹的機理，熱膨脹與其它物理性能之間的關(guān)系，影響材料熱膨脹性能的因素；理解熱傳導與熱導率的基本概念與定律，熱傳導的物理機制和影響材料熱導率的因素；掌握材料抗熱沖擊斷裂性能與抗熱沖擊損傷性的判據(jù)、影響因子以及提高抗熱沖擊斷裂性能的措施；熟悉材料各種熱學性能在工程應(yīng)用和功能材料制備中的實際意義；了解材料熱學性能指標的測量方法及應(yīng)用。重點:材料熱容，熱膨脹，熱傳導。難點:晶態(tài)固體熱容的經(jīng)典理論和經(jīng)驗定律，熱膨脹的機理，熱傳導的物理機制。41、2、35.材料的光學性能5.1材料的光學概述5.2光傳播的基本理論5.3光的折射、反射、吸收和散射特性5.4材料的光發(fā)射5.5材料的受激輻射和激光教學要求：掌握光傳播的基本理論；掌握光的折射、反射、吸收和散射特性；理解材料的光發(fā)射原理；熟悉材料的受激輻射和激光；了解光纖、磁光、光電和非線性光學效應(yīng)；了解常用的光學測量方法。重點:光傳播的基本理論，光的折射、反射、吸收和散射特性，材料的光發(fā)射，材料的受激輻射和激光。難點:光纖、磁光、光電和非線性光學效應(yīng)。41、2、36.材料的磁性能6.1磁學基本量及磁性分類6.2鐵磁性和亞鐵磁性材料的特性6.3磁性材料的自發(fā)磁化和技術(shù)磁化6.4鐵磁性的動態(tài)特性6.5磁性材料及其應(yīng)用教學要求：了解和掌握磁性能的基本理論；了解和掌握材料的抗磁性、順磁性、鐵磁性、亞鐵磁性、反鐵磁性的特征及產(chǎn)生原因；了解和掌握自發(fā)磁化和技術(shù)磁化的相關(guān)理論；了解和掌握鐵磁性的影響規(guī)律和機理；了解材料的磁電阻效應(yīng)，了解材料磁性的測量方法。重點:材料的磁化及有關(guān)參數(shù)的概念，物質(zhì)磁性的分類和各種磁體的磁化曲線及磁化特點。難點:鐵磁性材料的自發(fā)磁化、磁各向異性、磁致伸縮、磁疇的概念和相關(guān)理論與知識。41、2、37.材料的彈性與內(nèi)耗7.1材料的彈性7.2材料的滯彈性7.3內(nèi)耗及其產(chǎn)生機理教學要求：了解和掌握彈性的物理本質(zhì)及彈性模量的影響因素和機理；了解和掌握內(nèi)耗及其產(chǎn)生機制；了解材料彈性和內(nèi)耗的測試方法。重點:彈性的表征及物理本質(zhì)、彈性模量與其他物理參量的關(guān)系、彈性模量的影響因素、金屬與合金的彈性反常、材料的滯彈性、滯彈性內(nèi)耗、內(nèi)耗產(chǎn)生的機制。難點:彈性模量的影響因素、金屬與合金的彈性反常、材料的滯彈性、內(nèi)耗產(chǎn)生的機制。21、2、3合計32五、教學方法及手段本課程以課堂講授為主，結(jié)合討論、案例、視頻資源共享等教學手段完成課程教學任務(wù)和相關(guān)能力的培養(yǎng)。學生比較全面地理解材料物理性能的基本理論及材料物理性能指標的工程意義，以及在理論知識基礎(chǔ)上，具有解決材料研究實際問題的能力。六、課程資源1.推薦教材：（1）何飛.材料物理性能及其在材料研究中的應(yīng)用[M].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學出版社,2020.11.2.參考書：（1）田蒔.材料物理性能[M].北京：航空工業(yè)出版社.2018.07.（2）云南大學材料學科實驗教學教研室編.材料物理性能實驗教程[M].北京：化學工業(yè)出版社.2018.02.（3）龍毅.材料的物理性能[M].北京：高等教育出版社.2019.04.（4）龍毅、李慶奎.材料物理性能（第2版）[M].長沙：中南大學出版社.2019.03.（5）劉強，黃新友.材料物理性能[M].北京：化學工業(yè)出版社.2009.06.（6）吳雪梅.材料物理性能與檢測[M].北京：科學出版社.2012.01.3.期刊：（1）黃元春,趙建業(yè)等.當量法測定7XXX系鋁合金熱物理性能[J].稀有金屬材料與工程,2022,51(07):2454-2459.（2）宋鵬,李達等.軋制變形量對Mo-30Cu合金組織及其物理性能的影響[J].粉末冶金工業(yè),2022,32(04):113-116.（3）焦清洋,趙棟等.回火態(tài)AerMet100鋼的熱物理性能[J].金屬熱處理,2022,47(06):168-172.（4）顧強,杜仁碩.解析金屬材料物理性能檢測技術(shù)[J].中國金屬通報,2021(11):106-107.（5）\t"/kns8/defaultresult/knet"曾凡坤,寧越洋等.添加銅網(wǎng)對片層石墨/Al復合材料熱物理性能的影響[J].\t"/kns8/defaultresult/_blank"復合材料學報,2019,36(10):2357-2363.（6）VidakisNectarios,PetousisMarkos.MEX3DPrintedHDPE/TiO2NanocompositesPhysicalandMechanicalPropertiesInvestigation[J].JournalofCompositesScience,2022,6(7):209-209.（7）BencharefZ,ChalaA.ThephysicalpropertiesofspinelcubicCo3O4thinfilmspreparedbyaPSM[J].MainGroupChemistry,2022,21(2):329-340.4.網(wǎng)絡(luò)資源：（1）中國金屬網(wǎng)./pub/hyzl.php.（2）中國大學慕課網(wǎng),福州大學《材料性能與應(yīng)用》./course/FZU-1002534012.（3）中國大學慕課網(wǎng),福州大學《材料物理性能與結(jié)構(gòu)表征實驗》./course/FZU-1002535021.（4）中國大學慕課網(wǎng),鹽城工學院《材料物理性能》./course/YCIT-1449751161.七、課程考核對課程目標的支撐課程成績由過程性考核成績和期末考核成績兩部分構(gòu)成，具體考核/評價細則及對課程目標的支撐關(guān)系見表3。表3課程考核對課程目標的支撐考核環(huán)節(jié)占比考核/評價細則課程目標123過程性考核課堂表現(xiàn)16（1）根據(jù)課堂出勤情況和課堂回答問題情況進行考核，滿分100分。（2）以平時考核成績乘以其在總評成績中所占的比例計入課程總評成績?！獭獭?64作業(yè)8（1）主要考核學生對各章節(jié)知識點的復習、理解和掌握程度，滿分100分；（2）每次作業(yè)單獨評分，取各次成績的平均值作為此環(huán)節(jié)的最終成績。（3）以作業(yè)成績乘以其在總評成績中所占的比例計入課程總評成績?！獭獭?32章節(jié)測驗16（1）根據(jù)每次章節(jié)測驗單獨評分，滿分100分；（2）每次章節(jié)測驗評分，取各次成績的平均值作為此環(huán)節(jié)的最終成績。（3）以章節(jié)測驗成績乘以其在總評成績中所占的比例計入課程總評成績?！獭獭?64期末考核60（1）卷面成績100分，以卷面成績乘以其在總評成績中所占的比例計入課程總評成績。（2）主要考核材料物理基礎(chǔ)知識、材料的導電、介電、熱學、光學、磁學以及彈性性能等內(nèi)容。（3）考試題型為：填空題、選擇題、判斷題、簡答題、綜合題等?！獭獭?52510合計：100分404020八、考核與成績評定1.