《材料物理》 课程教学大纲
材料物理导论课程教学大纲
材料物理导论课程教学大纲一、课程说明（一）课程名称、所属专业、课程性质、学分；课程名称：材料物理导论所属专业：材料物理课程性质：专业基础课学分：4（二）课程简介、目标与任务；课程简介：材料物理导论是材料科学专业的主干基础课，它着重阐述固体的结构、组成粒子间的相互作用以及粒子的运动规律，并在此基础上阐明固体的基本性质及其应用的原理。
目标与任务：通过本课程的学习，使学生们学习和掌握固体的基本结构和固体宏观性质的微观本质，使学生们掌握研究固体物理的基本方法和理论。
使学生们掌握晶体结构、晶体结合、声子、自由电子和能带理论等相关知识。
着重培养学生对基本物理概念、物理模型和物理过程的理解。
（三）先修课程要求，与先修课与后续相关课程之间的逻辑关系和内容衔接；先修课程为量子力学、热力学与统计物理。
后续课程包括材料科学基础、材料学等。
（四）教材与主要参考书。
教材：C. 基泰尔《固体物理导论》主要参考书：1．黄昆、韩汝琪《固体物理学》2．胡安、章维益《固体物理学》3．黄昆《固体物理学》4．孙会元《固体物理基础》5．方俊鑫、陆栋《固体物理学》二、课程内容与安排第一章晶体结构第一节绪论第二节原子的周期性阵列第三节点阵的基本类型第四节晶向、晶面指数系统第五节简单晶体结构第二章晶体衍射和倒易点阵第一节晶体衍射第二节散射波振幅第三节布里渊区第四节实验衍射方法第五节结构基元的傅立叶分析第三章晶体结合第一节晶体结合的基本形式第二节惰性气体的晶体第三节离子晶体第四章声子I－晶格振动第一节一维单原子链振动第二节一维双原子链振动第三节三维晶格振动第四节格波量子-声子第五节声子动量第五节声子对中子的非弹性散射第五章声子II－热学性质第一节晶格热容第二节非谐晶体相互作用第三节晶格的热传导第六章自由电子费米气体第一节金属自由电子论的物理模型第二节能级和态密度第三节自由电子气体的热容第四节电导和欧姆定律第五节电子在电磁场中的运动第六节金属热导率第七章能带I第一节近自由电子模型第二节布洛赫定理第三节电子在周期势场中的波动方程第四节能带的图示法第五节能带与导电性第八章能带II第一节准经典近似与运动方程第二节空穴第三节有效质量第九章费米面和金属第一节费米面构图第二节紧束缚近似第三节费米面研究的实验方法（一）教学方法与学时分配课堂讲授，18周，共72学时。
材料物理课程教学大纲
MT319
64
4
（中文）材料物理 （英文）Materials Physics 专业基础课
*课程简介 （Description）
（中文）本课程是材料科学的基础课程，是学习材料科学理论的基础。通过本课 程的学习一方面使学生掌握固体物理的一些基础概念，如晶体的周期结构、晶格 振动，自由电子气和能带等，了解固体物理的一些基本处理方法并能应用所学的 知识解释材料中的力学，电学、光学和磁学等物理现象和材料结构的关系；另一 方面也将向学生讲授一些量子力学的基础知识与基本概念。 （英文）Basic principles of modern physics and quantum mechanics as
教学内容 晶体结构 倒易点阵及 晶体衍射 晶体结合 晶格振动 *教学内容、进度安排 及要求 (Class Schedule & Requirements) 热学性质 量子力学导 论 自由电子费 米气 能带理论 半导体
学时 6 6 6 9 9 12 9 12 3
教学方式 授课 授课 授课 授课 授课 授课 授课 授课 授课
*课程简介 （Description）
pertain to solid state physics and the physical behavior of materials on the nanometer scale. Applications to solid state materials will be emphasized on those topics including semiconductors, thermal capacity, electric conductivity, optical and electronic responses, et al.
《材料物理性能》课程教学大纲
《材料物理性能》课程教学大纲一、课程基本信息二、课程目标（一）总体目标：《材料物理性能》是材料专业必修专业基础课，且为学位课程，也是多学科交叉的一门综合课程。
本课程系统讲解材料的声、光、电导、介电、磁、热、力学等物理性能，使学生能够掌握各种物理性能的结构起源、最重要的物理参数意义等基本理论、基本知识和基本研究方法，理解材料各种性能的物理模型、原理，了解各性能之间的联系与区别、了解材料物理性能与其他学科的联系；了解本学科的新成果和发展动态，提高学生分析问题和解决问题的能力，为今后的学习和工作打下扎实的专业基础。
（二）课程目标：课程的总体目标：通过本课程的教学，使学生具备下列能力：课程目标1掌握和理解材料的热学、电导、介电学、光学、发光、磁学和力学性能的物理模型、结构起源的核心因素、本证的物理参数及其意义；掌握评价各种物理性能的最关键的结构起因；课程目标2掌握分析影响各物理性能的因素；能够熟知评价各种物理性能的关键指标，提出对性能进行控制和改善的措施等；课程目标3掌握材料的声、光、电导、介电、半导、磁、热、力等物理性能之间相互作用及其产生的新的性能的变化规律；并初步会运用所学知识和理论从微观角度和分子角度去设计新型的功能材料，判断影响该物理性能的关键环节和参数。
课程目标4掌握材料物理性能与其他学科的联系；了解材料各种应用性能的研究领域中，其前沿课题、热点和难点问题与本课程知识点的联系，培养学生的科学精神、科学的思维方法，培养适应当今人才市场需求的厚基础、宽口径、工程性和科研性的人才。
（三）课程目标与毕业要求、课程内容的对应关系：通过本课程的学习，掌握材料物理性能的结构起因，准确把握评价材料物理性能的主要技术方法，确立材料的各种材料物理性能之间的相互关系及其制约规律、与其他学科的联系；从而为今后从事材料生产和新材料研究、开发提供坚实的理论基础。
表1：课程目标与课程内容、毕业要求的对应关系表三、教学内容第一章材料的热学性能1.教学目标（1）理解声子的意义；认识材料的热学性能起源于材料的晶格振动；（2）系统掌握材料的热容和温度的关系;（3）理解热膨胀机理、热膨胀与其他性能的关系；（4）掌握材料热稳定性概念和评价方法、影响热稳定的因素，提高材料的热稳定性能2.教学重难点（1）从理论上理解声子的物理意义，分析不同处理的声子大小和物理性能的关系。
材料物理课程教学大纲
《材料物理》课程教学大纲一、《材料物理》课程说明（一）课程代码：（二）课程英文名称：Material Physics（三）开课对象：材料物理学专业（四）课程性质：《材料物理》是材料学专业的一门基础必修课，本课程的任务是通过各种教学环节，使学生通过学习掌握金属物理、半导体物理、磁学、电介质物理等多学科基础理论。
（五）教学目的：通过材料物理的教学，使获得材料学科完整而充实的知识，对近代物理学的全貌有一个基本的和概括的了解，毕业后可适应材料研究与开发工作。
（六）教学内容：本课程共分为四个部分。
第一部分介绍了自由电子理论、能带理论、现代电子理论及材料的物理性质。
第二部分讨论了材料结构、组织变化与控制及材料的力学性质。
第三部分涉及材料表面界面结果、行为和低维材料。
第四部分介绍硅酸盐聚集态的结构、扩散、相变的动力学。
（七）教学时数教学时数：72 学时学分数： 4 学分（八）教学方式以黑板讲授为主要形势的课堂教学（九）考核方式和成绩记载说明考核方式为考试。
严格考核学生出勤情况，达到学籍管理规定的旷课量取消考试资格。
综合成绩根据平时成绩和期末成绩评定，平时成绩占40% ，期末成绩占60%。
二、讲授大纲与各章的基本要求第一章材料的电子理论教学要点：通过本章的教学使学生初步了解自由电子理论，掌握原子间的结合与电子，包括离子键、共价键、范德华键、金属键等基本概念。
理解金属的自由电子理论、自由电子近似的德鲁特－劳伦兹模型。
1、使学生掌握原子间德结合、原子结合成晶体的键和类型。
2、使学生掌握离子键、共价键、范德华键、金属键之间的区别。
3、掌握魏德曼－弗朗兹比率4、掌握单电子问题实质是讨论电子在平均势场中的动能。
教学时数：4学时教学内容：第一节原子间的结合与电子一、离子键二、共价键三、范德华键四、金属键第二节自由电子近似考核要求：1、原子间的结合与电子1.1离子键（识记）1.2共价键（识记）1.3范德华键（识记）1.4金属键（识记）2、自由电子近似2.1 玻恩－卡曼边界条件（领会）2.2 晶体中形成的能带（领会）2.3 电子在平均势场中的动能（领会）第二章能带理论教学要点：通过本章的教学使学生初步了解能带理论。
材料物理学教学大纲
《材料物理学》课程教学大纲一、课程基本信息课程编号：13103102课程类别：专业核心课程适应专业：材料物理课程总的教学时数：64学时课程总学分：3 学分课程简介：材料物理是介于物理学与材料学之间的一门边缘学科，它旨在利用物理学中的一些学科的成果来阐明材料中的种种规律和转变过程。
本课程试图从物理学的角度来说明物质的微观结构、组织形貌、原子电子运动状况以及它们与材料性能和成分之间的关系, 即突出了物理学的主干,从物理学的一些基本概念、基本原理、基本定律出发, 并建立相应的物理模型, 阐述材料本身的结构、性质和它们在各种外界条件下发生的变化及其变化规律。
本书课程内容丰富、涉及面广、实用性强。
主要介绍金属结构理论；缺陷物理；材料强化；导电物理基础；材料的介电行为；铁电物理；磁性物理；材料的相变；非晶态物理；低维材料结构。
授课教材：《材料物理》王国梅、万发荣主编，武汉理工大学出版社，2004参考书目：[1]《材料物理学概论》，李言荣、恽正中主编，清华大学出版社，2001年。
[2]《材料物理导论》，熊兆贤主编，科学出版社，2002年。
[3]《材料物理导论》，徐毓龙主编，电子科技大学出版社，1995年。
二、课程教育目标材料物理学是材料学中一门重要的基础课程，通过这门课程的教学，达到以下目标：（1）要求学生能够掌握典型固体材料的结构、物理现象、性质、形成机制和应用，了解材料的制备技术和发展状况；（2）要求学生能够掌握材料物理的基本概念，基本理论和方法技术。
三、教学内容与要求第一章概论2学时第二章材料结构理论教学重点：晶体学中的一些基本概念和初步计算方法教学难点：材料结构的实验表征方法教学时数：6学时教学内容：概述，原子结合与结合键，晶体结构与晶体学，准晶、非晶和液晶，材料结构的实验研究教学方式：课堂讲授教学要求：（1）了解材料中原子的结合方式：离子键、共价键、极化键、金属键。
（2）掌握晶体学中的一些基本概念和初步计算方法。
《材料物理》 课程教学大纲
《材料物理》课程教学大纲一、课程名称（中英文）中文名称：材料物理英文名称：Physics of Materials二、课程代码及性质课程代码:0801142课程性质:专业基础课、专业必修课三、学时与学分总学时：40（理论学时：40学时；实践学时：0学时）学分：2.5四、先修课程大学物理、材料科学基础五、授课对象本课程面向材料科学与工程专业、功能材料专业学生开设。
六、课程教学目的（对学生知识、能力、素质培养的贡献和作用）本课程的教学目的:1、掌握材料物理（能带论、晶格振动、材料磁性）的基本理论,具备解决和分析问题的能力；2、掌握功能材料的物理（电学、热学、磁学、光学）现象与本质规律，培养学生开发新型功能材料的能力；3、了解功能材料的发展趋势和动态,培养学生学习新知识的能力。
七、教学重点与难点：教学重点：影响材料物理性质的基本理论。
晶体结合、能带论、晶格振动与热学性质、材料的磁性教学难点：能带论、材料的磁性、材料的介电性、超导电性八、教学方法与手段：教学方法：(1)以课堂讲授为主,阐述该课程的基本内容,保证主要教学内容的完成;(2)从材料的物理性质及物理现象为引导、探讨产生光、电、磁的材料物理本质，掌握重要的理论。
教学手段：(1)运用现代教学工具,在课堂上通过PPT讲授方式,实现图文并茂,形象直观;(2)强调研究思路的创新过程，注重理论与实践相结合。
每一个基本理论学习介绍后再增加介绍其带来新功能材料与器件的研究突破，引导学生的学习兴趣。
九、教学内容与学时安排（1）总体安排教学内容与学时的总体安排，如表2所示。
（2）具体内容各章节的具体内容如下：绪论（2h）第一章晶体结构（4h）1.1 晶格的周期性1.2晶格的对称性1.3 倒格子1.4 准晶第二章晶体结合 (4h)2.1晶体结合的普遍描述2.2 晶体结合的基本类型及特性2.3 晶体结合类型与原子的负电性第三章能带理论 (8h)3.1 经典电子论3.2 布洛赫定理3.3能带论3.4费米-狄拉克分布3.5应用举例第四章晶格振动与热学性质 (6h)4.1 一维晶格振动4.2 三维晶格振动4.3晶格振动的长波分析4.4 晶格热容4.5晶格的热膨胀4.6晶体的热传导第五章材料的导电性 (6h)5.1 金属材料的导电性5.2半导体材料的导电性5.3固体电解质材料的导电性5.4材料的超导电性第六固体的磁性 (6h)6.1材料的磁现象6.2材料磁性的物理本质6.3 抗磁性6.4顺磁性6.5金属材料的抗磁性与顺磁性6.6铁磁性6.7磁畴与技术磁化6.8反铁磁性和亚铁磁性6.9 磁性材料应用第七章材料的光学性能与介电性能 (4h) 7.1 活跃的材料材料的光学与介电性7.2 材料的极化7.3 材料的压电性7.4 介电常数与电容7.5 耗散与介电损耗 7.6 折射与反射 7.7吸收、透射与散射 7.7激光与激光材料7.8光的传输与光纤材料（3）各章节的课后思考题（作业）及讨论要求 思考题（课后作业）：第1章思考题与作业题：1、对于六角密积结构，固体物理学原胞基矢为j i a a a 2321+=j i a a a 2322+-=k a c =31）原胞体积 2）试求倒格子基矢。
《材料物理性能》课程教学大纲
《材料物理性能》课程教学大纲课程代码：ABCL0518课程中文名称: 材料物理性能课程英文名称：Physical properties of materials课程性质：选修课程学分数：2课程学时数：32授课对象：新能源材料与器件专业本课程的前导课程：《近代物理概论》，《材料科学前沿系列讲座》一、课程简介本课程主要包括材料的热学、光学、电学、磁学等性能和应用。
主要介绍各种重要性能的原理及微观机制，性能的测定方法以及控制和改善性能的措施，各种材料的结构和性能的关系，各种性能之间的相互制约与变化规律。
通过本课程的学习，培养学生测定各种性能的动手能力，另一方面培养学生判断材料优劣、正确选择和使用材料、改变材料性能、探索新材料、新性能、新工艺打下理论基础。
二、教学基本内容和要求本课程基本内容包括材料的电、磁、光、热学性能及材料物理检测方法等，主要阐述了上述性能的物理模型、变化规律、影响因素以及物理效应之间的关系，旨在使学生尽可能地从物理效应和微观机制角度掌握材料性能。
以下分章阐述：第一章热学性能课程教学内容：材料热学性能中热容（包括热容的两个经典理论和量子力学理论）、热膨胀、热传导和热稳定性的概念、机理及影响因素。
课程的重点：材料的热膨胀；材料的热传导；材料的热电性。
课程的难点：材料的热容与热焓。
课程教学要求：1. 掌握材料热学性能，包括热容、热膨胀、热传导等性能；2. 理解材料热学性能的测量方法；3. 掌握材料热学性能分析方法的应用。
第二章电学性能课程教学内容：材料导电的物理现象，了解离子导电、电子导电和玻璃态导电的机理，接触超导概念。
课程的重点：超导电性；影响金属导电性的因素；导电性的测量；电阻分析的应用。
课程的难点：绝缘体的电学性能。
课程教学要求：1.了解材料的电学性能，包括材料的导电性、超导电性、介电性和压电性等性能；2.掌握电学性能的测量方法及其分析方法；。
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新疆大学《材料物理》课程教学大纲课稈英文名称：Material Physics课程编号：课程类型：专业选修总学时•：64 学分：4适用对象：物理、材料专业的汉/民考汉木科生先修课程：固体物理使用教材及参考书：教材：《无机材料物理性能》关振铎、张屮太、焦金生编著，清华大学出版社，1992参考书：《材料科学基础》潘金生仝健民田民波主编，清华大学出版社，1998一、课程性质、目的和任务木课程是材料科学与工程专业的一门重要专业基础课，主要研究材料的组成、结构与性能Z间的相互关系和变化规律。
木课程讲述无机非金属材料的力学性能（包括受力形变、断裂与强度）热学、光学、导电、介电、磁学等性能及其发展和应用，介绍各种重要性能的原理及微观机制，性能的测定方法以及控制和改善性能的措施，各种材料结构与性能的关系，各性能之间的相互制约与变化规律。
通过木课程的教学，使学生获得材料科学的基木概念、基木理论等知识，培养学生分析解决生产实际问题的能力，进行新材料、新工艺研究开发的初步能力。
二、教学基本要求学生应按木大纲具体要求，理解材料物理学的基木概念和基木理论,掌握材料的纟R成、结构与性能之间的相互关系和变化规律，掌握研究与处理材料结构与性能关系的主要方法，并能综合运用所学的知识定性地分析和解决简单的实际问题。
三、教学内容及要求第一章固体结构第一节晶体学基础掌握（1）空间点阵、晶系、晶体学指数、晶体的对称性等晶体学基础（2）离了晶体结构；了解32种点群230种空间群。
第二节晶体缺陷掌握晶体结构缺陷的基木类型、形成规律。
了解点缺陷的平衡浓度、柏氏矢量。
第二章无机材料的受力形变第一节无机材料的应力、应变及弹性形变掌握应力、应变、弹性模量的概念及无机材料的弹性形变第二节无机材料屮晶相的犁性形变掌握单晶体槊性变形的基木方式、槊性形变的位错运动理论第三节无机材料的高温蠕变了解高温蠕变的理论及影响蠕变的因素第四节高温下玻璃相的粘性流动了解粘度的概念及影响粘度的因素第三章无机材料的脆性断裂与强度第一节脆性断裂现象了解脆性断裂现彖第二节理论结合强度了解理论结合强度第三节Griffith微裂纹理论掌握Griffith微裂纹理论及裂纹扩展的临界条件第四节应力场强度因了与平面应变断裂韧性了解裂纹扩展方式、丿应力场强度因了与平面应变断裂韧性、裂纹扩展的动力和阻力第五节裂纹的起源与快速扩展了解裂纹的起源与快速扩展及阻止裂纹扩展的措施第六节无机材料屮裂纹的亚临界生长了解裂纹亚临界生长的木质第七节显微结构对材料脆性断裂的影响掌握显微结构（晶粒尺寸和气孔）对材料脆性断裂的影响第八节无机材料强度的统计性质掌握无机材料强度的波动分析第九节提高无机材料强度改进材料韧性的途径第十节复合材料第十一节无机材料的硬度了解硬度的意义及测量硬度的技术第四章无机材料的热学性能第一节无机材料的热容掌握晶态尚体热容的经典理论和童了理论第二节无机材料的热膨胀掌握同体材料热膨胀机理及热膨胀和其他性能的关系第三节无机材料的热传导掌握尚体材料热传导的幺观规律和微观机理及影响热导率的因素第四节无机材料的热稳定性了解热稳定性的表示方法及提高热稳定性的措施第五章无机材料的光学性能第一节光通过介质的现象掌握影响折射率与反射系数的因素第二节无机材料的透光性掌握吸收的一般规律、吸收与波长的关系、影响无机材料透光性的因素及提高无机材料透光性的措施第三节界面反射和光泽了解光泽的概念第四节不透明性和半透明性第五节无机材料的颜色了解着色剂显色的原因第六节其它光学性能的应用了解荧光物质、激光器、光导纤维、电光及声光材料第六章无机材料的电导第一节电导的物理现象掌握电导的宏观参数和物理特性第二节离了电导掌握离了电导的载流了浓度、离了迁移率、离了电导率及影响离了电导率的因素第三节电了电导掌握电了电导的载流了浓度、电了迁移率、电了电导率及影响电了电导率的因素第四节玻璃态电导理解玻璃态电导的双碱效应和压碱效应，了解半导体玻璃第五节无机材料的电导掌握无机材料的电导的混合法则，理解杂质、缺陷、晶界对无机材料电导的影响第六节半导体陶瓷的物理效应理解晶界效应、表面效应、西贝克效应、p・n结第七节超导体了解超导电了的隧道效应第七章无机材料的介电性能第一节介质的极化掌握极化的各种形式及无机材料的极化第二节介质损耗了解介质损耗的表示方法，掌握介质损耗和频率、温度的关系及无机介质的损耗第三节介电强度了解热击穿、电击穿理论，理解无机材料的击穿第四节铁电性了解铁电体与铁电畴，掌握钛酸饮自发极化的微观机理、铁电体的性能及其应用第五节压电性了解压电效应，掌握晶体的对称性与压电效应的关系第八章无机材料的磁学性能第一节物质的磁性理解磁性的起源，了解磁性的分类第二节磁畴与磁滞磁冋线了解磁畴、磁滞冋线、导率第三节铁氧体的磁性与结构T解铁氧体的磁性与结构第四节铁氧体磁性材料了解软磁材料、硬磁材料、矩磁材料四、教学重点与难点第一章重点：空间点阵晶系晶向指数晶面指数晶体的对称性离了晶体的结构热缺陷、位错的基木类型和特征表面与界面难点：空间点阵热缺陷、位错的基木类型和特征第二章重点：应力、应变弹性形变槊•性形变的位错运动理论晶格滑移高温蠕变难点：塑性形变的位错运动理论晶格滑移第三章重点：Griffith微裂纹理论裂纹的起源与快速扩展裂纹的亚临界生长显微结构对材料脆性断裂的影响无机材料的强度难点：Griffith微裂纹理论应力场强度因了与平面应变断裂韧性第四章重点：热容理论热膨胀与热传导的微观机理提高抗热冲击断裂性能的措施难点：热膨胀与热传导的微观机理第五章重点：介质对光的吸收和散射无机材料的透光性难点：无机材料的透光性第六章重点：电导的物理特性离了电导率与电了电导率影响离了电导率与电了电导率的因素玻璃态电导难点：半导体陶瓷的物理效应第七章重点：介质的各种极化形式无机材料的极化铁电体压电效应的木质难点：介质损耗的形式及其与结构、温度、频率的关系钛酸饮H发极化的微观机理第八章重点：磁性的木质铁氧体的磁性与机构五、实践环节(1)参观物理系功能材料实验室，了解材料科学的发展动态。
材料物理学教学大纲
材料物理学教学大纲一、引言1. 教学目的和意义本教学大纲旨在介绍材料物理学的基本概念、原理和实践应用，为学生提供全面的材料物理学知识基础和实验技能，以培养学生的科学研究能力和创新意识。
2. 教学内容和结构本教学大纲将涵盖材料物理学的相关主题，包括晶体结构和缺陷、材料力学性能、材料的电学和磁学性质、材料的热学性质以及材料的光学性质等。
同时，课程将注重理论学习与实践应用的结合，通过实验操作和实践案例的学习，提高学生的实验技能和问题解决能力。
3. 教学目标和要求通过本课程的学习，学生应达到以下目标和要求：- 具备材料物理学基本概念的理解和掌握；- 熟悉材料物理学的实验技术和实践应用；- 具备分析和解决材料物理学问题的能力；- 培养学生的创新思维和科学研究能力；- 培养学生的团队合作和沟通交流能力。
二、教学内容1. 晶体结构和缺陷- 晶体结构的基本概念和分类- 晶体缺陷的种类和性质- 材料的结晶方式和晶体生长控制技术 - 晶体缺陷对材料性能的影响2. 材料力学性能- 材料的力学特性：弹性、塑性、破裂等 - 应力和变形的关系及其应用- 材料的硬度和韧性测量方法- 材料的疲劳和断裂行为3. 材料的电学和磁学性质- 材料的导电和绝缘特性- 材料的电磁特性和电磁波传播- 材料的磁性和磁场的作用- 超导材料和磁性材料的应用4. 材料的热学性质- 材料的热传导和导热材料- 材料的热膨胀和热应力- 材料的相变和热处理技术- 材料的热电效应和热力学性质5. 材料的光学性质- 材料的折射和反射特性- 材料的色散和吸收特性- 材料的光学纤维和光电子器件- 材料的光学薄膜和表面处理技术三、教学方法和手段1. 授课教师将采用讲授的方式介绍材料物理学的相关理论知识和实践应用，结合具体案例和实验结果进行说明和分析。
2. 实验操作配备实验室和相关实验设备，教师将组织学生进行实验操作和案例研究，培养学生的实验技能和问题解决能力。
3. 讨论和研讨教师将组织学生进行小组讨论和研讨，引导学生深入探讨材料物理学的前沿知识和研究领域，培养学生的科学研究能力和创新意识。
“材料物理”教学大纲
“材料物理”课程教学大纲课程名称：材料物理(Material Physics)课程代码：20301700课程学分/学时：3 / 48先修课程：高等数学、大学物理、材料晶体化学、(结构化学)、材料学导论开课学院：材料与化学学院（03）开课学期：春季课程教学目的：1.使学生从微观的成分、结构、缺陷以及电子、原子（离子）运动出发，认知、探讨材料的宏观性质。
2.使学生掌握材料物理的基本概念、基本知识、基本理论、基本思维方法3.学会从微观本质出发去研究材料宏观性质的思路；4.定性掌握根据微观成分、结构、缺陷设计材料性能的思路。
本课程适用于材料类本科专业主修，也适用于物理、化学、宝石学类专业本科生、研究生修读。
课程内容提要:0 绪论材料物理在材料科学与工程学科中的地位，材料物理的研究内容、研究方法，材料物理与其它学科分支的关系，材料物理与后续课程的关系。
1 统计物理基础理解宏观态与微观态的关系，掌握经典粒子、费米子、玻色子的概念及异同，理解微观粒子全同性、非定域性、定域性、可辨性，理解近独立粒子系统、粒子相空间、统计假设、微观状态数(热力学概率)。
理解玻耳兹曼统计、费米统计、玻色统计的基本原理及异同。
掌握玻耳兹曼分布函数、费米分布函数、玻色分布函数及三者的关系，掌握量子态密度、费米能级含义。
掌握粒子在有势场中的玻耳兹曼分布。
2 材料的点缺陷掌握亚晶格、晶格缺陷的概念，熟练掌握点缺陷的Kröger-Vink符号、缺陷浓度的含义、缺陷反应的书写规则。
掌握点缺陷的种类及其形成方式：本征的肖特基缺陷、弗伦克尔缺陷、反结构缺陷，非化学计量的阴离子缺位型、阳离子缺位型、间隙阴离子型、间隙阳离子型缺陷，掺杂的替位杂质缺陷、间隙杂质缺陷。
掌握施主掺杂及施主能级、受主掺杂及受主能级。
理解电子陷阱，掌握点缺陷的局域能级。
理解质量作用定律应用于缺陷反应的条件，掌握本征点缺陷热力学平衡的推导，学会分析单因素点缺陷平衡，掌握点缺陷浓度与温度、非化学计量、气氛、掺杂的关系。
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《材料物理》课程教学大纲一、课程名称（中英文）中文名称：材料物理英文名称：Physics of Materials二、课程代码及性质课程代码:0801142课程性质:专业基础课、专业必修课三、学时与学分总学时：40（理论学时：40学时；实践学时：0学时）学分：2.5四、先修课程大学物理、材料科学基础五、授课对象本课程面向材料科学与工程专业、功能材料专业学生开设。
六、课程教学目的（对学生知识、能力、素质培养的贡献和作用）本课程的教学目的:1、掌握材料物理（能带论、晶格振动、材料磁性）的基本理论,具备解决和分析问题的能力；2、掌握功能材料的物理（电学、热学、磁学、光学）现象与本质规律，培养学生开发新型功能材料的能力；3、了解功能材料的发展趋势和动态,培养学生学习新知识的能力。
七、教学重点与难点：教学重点：影响材料物理性质的基本理论。
晶体结合、能带论、晶格振动与热学性质、材料的磁性教学难点：能带论、材料的磁性、材料的介电性、超导电性八、教学方法与手段：教学方法：(1)以课堂讲授为主,阐述该课程的基本内容,保证主要教学内容的完成;(2)从材料的物理性质及物理现象为引导、探讨产生光、电、磁的材料物理本质，掌握重要的理论。
教学手段：(1)运用现代教学工具,在课堂上通过PPT讲授方式,实现图文并茂,形象直观;(2)强调研究思路的创新过程，注重理论与实践相结合。
每一个基本理论学习介绍后再增加介绍其带来新功能材料与器件的研究突破，引导学生的学习兴趣。
九、教学内容与学时安排（1）总体安排教学内容与学时的总体安排，如表2所示。
（2）具体内容各章节的具体内容如下：绪论（2h）第一章晶体结构（4h）1.1 晶格的周期性1.2晶格的对称性1.3 倒格子1.4 准晶第二章晶体结合 (4h)2.1晶体结合的普遍描述2.2 晶体结合的基本类型及特性2.3 晶体结合类型与原子的负电性第三章能带理论 (8h)3.1 经典电子论3.2 布洛赫定理3.3能带论3.4费米-狄拉克分布3.5应用举例第四章晶格振动与热学性质 (6h)4.1 一维晶格振动4.2 三维晶格振动4.3晶格振动的长波分析4.4 晶格热容4.5晶格的热膨胀4.6晶体的热传导第五章材料的导电性 (6h)5.1 金属材料的导电性5.2半导体材料的导电性5.3固体电解质材料的导电性5.4材料的超导电性第六固体的磁性 (6h)6.1材料的磁现象6.2材料磁性的物理本质6.3 抗磁性6.4顺磁性6.5金属材料的抗磁性与顺磁性6.6铁磁性6.7磁畴与技术磁化6.8反铁磁性和亚铁磁性6.9 磁性材料应用第七章材料的光学性能与介电性能 (4h) 7.1 活跃的材料材料的光学与介电性7.2 材料的极化7.3 材料的压电性7.4 介电常数与电容7.5 耗散与介电损耗 7.6 折射与反射 7.7吸收、透射与散射 7.7激光与激光材料7.8光的传输与光纤材料（3）各章节的课后思考题（作业）及讨论要求 思考题（课后作业）：第1章思考题与作业题：1、对于六角密积结构，固体物理学原胞基矢为j i a a a 2321+=j i a a a 2322+-=k a c =31）原胞体积 2）试求倒格子基矢。
2、矢量a ，b ，c 构成简单正交系。
证明晶面族)(hkl 的面间距为222)()()(1cl b k a h d hkl ++=3、用钯靶αK X 射线投射到NaCl 晶体上，测得其一级反射的掠射角为5.9°，已知NaCl 晶胞中Na ＋与Cl －的距离为2.82×10-10m ，晶体密度为2.16g/cm 3。
求：（1） X 射线的波长； （2） 阿伏加德罗常数。
4.一个物体或体系的对称性高低如何判断？有何物理意义？一个正八面体（见图1.）有哪些对称操作？图1 正八面体5、证明倒格矢K h 与正格中晶面族(h 1h 2h 3)垂直.332211h b h b h b h K ++=第2章思考题（作业题）：1、计算NaCl 晶胞从（1,1,1）扩至（2,2,2）的马德龙常数2、.有一晶体，在平衡时的体积为0V ，原子之间总的相互作用能为0U ，如果原子间相互作用能由下式给出：nmrrr u βα+-=)(，试证明弹性模量可由[])9/(00V mn U 给出。
提示：原子间总结合能为)//)(2/()(n m r r N r U βα+-=，体积3ANr V =。
3、.上题表示的相互作用能公式中，若2=m ，10=n ，且两原子构成稳定分子时间距为10103-⨯m ，离解能为4eV ，试计算α和β之值。
4、如果NaCl 结构中离子的电荷增加一倍，晶体的结合能及离子间的平衡距离将发生多大的变化？5、NaCl 晶体的体弹模量为2.4×1010Pa ，在2×109Pa 的气压作用下，晶体中两相邻离子间的距离将缩小百分之几？6、计算GaAs 和氧化铝\氮化铝中离子键的比例。
7、对线型离子晶体，在一条直线链上交替地载有电荷±q 的2N 个离子，最近邻之间的排斥势能为n rb 。
（1）试证在平衡间距下)11(42ln 2)(0020nr Nq r U --=πε（2）令晶体被压缩，使)1(00δ-→r r ，试证在晶体被压缩单位长度的过程中，（外力）所做功的主项为2)2/1(δC ，其中0242ln )1(r q n C πε-=8. 原子结合成晶体时，原子的价电子将重新分布，从而产生不同的结合力。
分析各类晶体中决定结合类型的主要结合力。
第3章思考题：1.布洛赫电子论作了哪些基本近似？它与金属自由电子论相比有哪些改进？ 2、能带论的出发点是什么？为什么固体可分为导体、半导体和绝缘体？3、.一维周期场中电子的波函数)(x k ψ应当满足布洛赫定理。
若晶格常数为a ，电子的波函数为（1）x a x k πψsin)(=；（2）x ai x k πψ3cos )(=；4、.证明正方格子第一布里渊区的角隅处的一个自由电子的动能，比该区侧面中点处的电子动能大1倍。
对三维简单立方晶格，其相应的倍数是多少？5、.一矩形晶格，原胞边长m a 10102-⨯=，m b 10104-⨯=。
（1）画出倒格子图；（2）画出第一布里渊区和第二布里渊区； 6..已知一维晶体的电子能带可写成：)2cos 81cos 87()(22ka ka mak E +-= 。
式中a 是晶格常数。
试求（1）能带的宽度；（2）电子在波矢k 的状态时的速度； （3）能带底部和顶部电子的有效质量。
第4章 思考题（作业题）1．晶格振动对晶体起哪些影响作用？2．采用周期性边界条件的根据是什么？它揭示了振动状态的哪些特点？3. 分析简正坐标和简正振动在讨论晶格振动问题中所起的作用。
4. 声子是否为真实粒子？在热平衡条件下的晶体中说声子从一处跑到另一处有无意义？声子可以有多少种？为什么说声子是玻色子？5 分析德拜温度的物理意义；分析低温下晶格定容比热容C V ∝ T 3定律的物理模型。
6. 简单说明严格谐振动晶格不会热膨胀的原因。
7 设一维双原子链最近邻原了间的力常数交错地分别为β和10β，两种原子质量相等并且最近邻间距为a /2。
试求在q = 0和q = π/a 处的ω（a ），并大致画出色散关系曲线。
本题可模拟双原子晶体（如H 2晶体等）。
8. 对于NaCl 晶体，已知其恢复力常数β=1.5×104dyn/cm 。
试求NaCl 晶体中格波光学支的最高频率和最低频率以及声学支的最高频率。
已知Na 和Cl 的原子量分别为23和35.5,每摩尔的原子数为6.024×1023。
9 对NaCl 晶体，测知其密度ρ=2.18g/cm 3,正负离子的平衡距离α=2.81×10-10m,格波光学支的最高频率为3.6×1013(rad/s),试以一维双原子晶链模型计算：（1）NaCl 的恢复力常数β；（2）长声学波的波速；（3）NaCl 的弹性模量。
已知Na 和Cl 的原子量分别为23和35.5,每摩尔的原子数为6.024×1023，且由弹性波理论得到波速υ=（弹性模量/介质密度）1/2=[E/ρ]1/2.10 已知NaCl 晶体平均每对离子的相互作用能为n r r q T U //)(2βα+-=其中马德隆常数75.1=α，9=n ，平衡离子间距m 1082.2100-⨯=r 。
（1）试求离子在平衡位置附近的振动频率。
（2）计算与该频率相当的电磁波的滤长，并与NaCl 红外吸收频率的测量值61μm 进行比较。
第5章 思考题（作业题）：1．试分析金属、半导体和绝缘体的导电机理 2．金属的导热性和导电性有什么联系？3．根据Wiedmann-Frans 定律计算Mg 在400℃的导热系数K ，已知Mg 在0℃的电阻率cm ⋅Ω⨯=-6104.4ρ，电阻温度系数/0051.0=α℃。
4．一块n 型硅半导体，其施主浓度315/10cm N D =，本征费米能级i E 在禁带正中，费米能级F E 在i E 之上eV 29.0处，设施主电离能eV E D 05.0=∆，试计算在K T 300=时，施主能级上的电子浓度。
5．一块n 型硅材料，掺有施主浓度315/105.1cm N D ⨯=，在室温（K T 300=）时本征载流子浓度312/103.1cm n i ⨯=，求此时该块半导体材料的多数载流子浓度和少数载流子浓度。
6．一硅半导体含有施主杂质浓度315/109cm N D ⨯=，和受主杂质浓度316/101.1cm N A ⨯=，求在K T 300=时（310/103.1cm n i ⨯=）的电子和空穴浓度以及费米能级位置。
7．设锗中施主的电离能01.0=∆D E eV ，在室温下导带底有效状态密度319/1004.1cm N c ⨯=，若以施主杂质电离90%作为强电离的标准，试计算在室温（K T 300=）时保持杂质饱和电离的施主杂质浓度范围。
8．设硅中施主杂质电离能eV E D 04.0=∆，施主杂质浓度316/10cm N D =，以施主杂质电离90%作为达到强电离的最低标准，试计算保持饱和杂质电离的温度范围。
9．实验得到一离子型电导材料的电导率与温度具有如下关系：TB A g 11+=σ （1）试求在测量温度范围内的电导活化能的表达式；（2）若已知K T 5001=时，191)(10--⋅Ω=cm σ；K T 10002=时，162)(10--⋅Ω=cm σ试计算出导活化能的数值。
第6章 思考题（作业题）：1．垂直板面方向磁化的大薄片磁性材料，去掉磁化场后的磁极化强度是20/1m Wb M J ==μ，试计算板中心的退磁场大小。