3-3-讲稿-第三章-固体物理2004.12.2.ppt-...
《固体物理学教案》课件
《固体物理学教案》PPT课件一、教案简介本教案旨在帮助学生了解和掌握固体物理学的基本概念、原理和应用。
通过本课程的学习，学生将能够理解固体物质的结构、性质以及其宏观表现，为进一步研究相关领域打下坚实基础。
二、教学目标1. 了解固体物理学的基本概念和研究方法。
2. 掌握晶体结构、电子分布、能带结构等基本内容。
3. 理解固体物理学的宏观性质及其微观解释。
4. 熟悉固体物理学在材料科学、凝聚态物理等领域的应用。
三、教学内容1. 固体物理学概述固体物理学的基本概念固体物理学的研究方法2. 晶体结构晶体的基本概念晶体的分类与空间群晶体的生长与制备3. 电子分布与能带结构电子分布的基本理论能带结构的类型及特点能带的调控与应用4. 固体物理学的宏观性质导电性、热导性、光学性质磁性、超导性、半导体性质力学性质与缺陷化学5. 固体物理学在实际应用中的案例分析材料科学与固体物理学凝聚态物理与固体物理学纳米技术、量子计算等领域中的应用四、教学方法1. 采用PPT课件进行讲解，结合实物图片、动画等直观展示，提高学生的学习兴趣和理解能力。
2. 通过案例分析、讨论等形式，激发学生的思考和创新能力。
3. 布置适量的课后习题，巩固所学知识，提高学生的实际应用能力。
五、教学评价1. 课后习题完成情况：评价学生对固体物理学基本概念和原理的掌握程度。
2. 课堂讨论参与度：评价学生在讨论中的表现，包括思考问题、表达能力等。
3. PPT课件制作与讲解：评价学生对固体物理学知识的理解和运用能力。
4. 期末考试：全面测试学生对固体物理学知识的掌握和应用能力。
六、教案设计6. 晶体的基本性质晶体粒子的排列与周期性晶体的对称性晶体的力学性质晶体的热性质7. 电子态与能带理论电子在晶体中的分布能带理论的基本概念能带的类型与特性能带结构与材料性质的关系8. 固体能谱学X射线衍射与晶体学电子显微学光学光谱学核磁共振谱学9. 磁性材料磁性的基本类型磁畴与磁化过程磁性材料的性质磁性材料的应用10. 结论与展望固体物理学的发展历程当前固体物理学的研究热点固体物理学在未来的发展趋势固体物理学对人类社会的贡献七、教学策略6. 通过实物模型和显微镜观察晶体结构，增强学生对晶体对称性和排列规律的理解。
固体物理基础复习讲义章课件
固体物理基础复习讲义章
19
晶面指数与晶面间距 关系分析
(1)通常，低指数的面间距 较大，而高指数的晶面间 距则较小
(2)晶面间距愈大该晶面上的原子排列愈密集 晶面间距愈小，该晶面上的原子排列愈稀疏
固体物理基础复习讲义章
20
体心立方和面心立方晶格结构在(100),(110),(111)面上的原子排列
面心立方结构（fcc）: ABCABC 如：Ca，Cu, Al 体心立方结构（bcc）：如：Li, Na, K, Ba 简单立方结构（sc） 金刚石结构：如：金刚石，Si, Ge
晶体结构的基本特征： 原子在三维空间呈周期性排列
固体物理基础复习讲义章
2
二、布拉菲晶格
基元:放置在格点上的原子或原子团称为基元是一个 格点所代表的物理实体 。
晶胞体积是原胞体积的n倍（n是
该结构每个晶胞所含格点数）
面心立方结构晶胞体积=a3
固体物理基础复习讲义章
15
四 晶面与密勒指数
1、晶面的概念 布拉伐格子的格点还可看成分列在平行等距 的平面系上，格点在每个平面上的分布是相同的， 这种平面称为晶面。整个晶格可以看作无数互相 平行等距分布的全同的晶面构成，而晶格的所有 格点都处于这族晶面上。
固体物理基础复习讲义章
7
R
、 R•的从 所端任 以点一就又格是称点格为出点晶发R，格，全平平部移移矢量后端R，，R点必组然成得布出拉另菲一晶格格点。，
固体物理基础复习讲义章
8
三、原胞，晶胞 一个晶格中体积最小的周期性结构单元称原胞。
a2
a1
a2
a1
a2
a2
a1
a2
a1
a1
原胞及基矢的选取——不唯一
《固体物理基础概论》PPT课件
组成晶态固体的粒子在空间周期性排列,具 有长程序,它的对称性是破缺的。
非晶体与晶体相反，其组成粒子在空间的 分布是完全无序或仅仅具有短程序,具有高度 的对称性。
准晶介于晶体和非晶体之间，粒子在空间 分布有序，但不具有周期性，仅仅具有长程的 取向序。
固体物理的研究对象以晶体为主。
准晶
2 . 固体物理学的基本任务：是企图从微观上 去解释固体材料的宏观物性，并阐明其规律。
到了期末，接近考试了，此时介绍晶体结合 、晶体缺陷等学生材内容和学时分配 第一章 金属自由电子费米气体模型(10学时) 第二章 晶体的结构 (19学时) 第三章 能带论 (23学时) 第四章 晶格振动 (10学时) 第五章 输运现象 (5学时) 第六章 晶体的结合、晶体缺陷和相图(5学时)
曼彻斯特大学最近公布的波纹式的石墨烯薄片示意图
Ultra-Thin Material
超导磁悬浮
Magnetic Domains by Magneto-optical Effect
包钴氧化铁 钡铁氧体
铁合金
CrO2
m
计算机的硬盘
计算机的硬盘
2007年诺贝尔 物理学奖---巨 磁电阻效应 （GMR)
4.基泰尔（C.Kittel 5th edition）著，杨顺华等 译，固体物理导论，科学出版社，1979
5.方可,胡述楠,张文彬 主编;固体物理学,重庆大 学出版社,1993
6.陈金福 主编 固体物理学—学习参考书 高等 教育出版社,1986 7.
8.阎守胜. 2000. 固体物理基础. 北京：北京大学 出版社
7.教学要求
1) 掌握金属自由电子模型的内容并学会利用该模型对 金属的电、热、光等物性进行分析； 2) 掌握晶体的结构特点、晶格的特征、晶体对称性 和分类、倒格子以及X射线衍射；
《固体物理基础教学课件》第3章
n1 n
平衡位置 非平衡位置
a 3
3-1 原子作用力的处理：简谐近似
忽略高阶项，简谐近似考虑原子 V 振动，相邻原子间相互作用势能
v(a)12(ddr2v2)a2
相邻原子间作用力
O
a
r
f ddv, (d dr2v2)a
只考虑相邻原子的作用，第n个原
第2n+1个M原子的方程 M d2 dt2 2n1(22n12n22n)
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 第2n个m原子的方程 mdd 2t22n(22n2n12n1)
解也具有平面波 的形式
两种原子振动的 振幅（m取A， M取B）一般来说 是不同的
a 13
3-2 声学波与光学波
色散关系有不同的两种
2(m m M M ) 11(m 4 m M M )2sin2aq12
a 2
3-1 一维单原子链模型
一维单原子链：最简单的晶格模型
晶格具有周期性，晶格的振动具有波的形式 —— 格波
格波的研究方法：
计算原子之间的相互作用力 根据牛顿定律写出原子运动方程，并求解方程
一维单原子链模型：
平衡时相邻原子间距为a （即原胞体积为a）
原子质量为m 原子限制在沿链方向运动
声子
0.1
1 100 10000
a 11
3-2 一维双原子链模型
一维双原子链模型 声学波与光学波 声学波与光学波的长波极限 长光学波的特性
a 12
3-2 一维双原子链模型
两种原子m和M (M > m) 构成一维复式格子 M原子位于2n-1, 2n+1, 2n+3 … m原子位于2n, 2n+2, 2n+4… 晶格常数、同种原子间的距离：2a
《固体物理教案》课件2
《固体物理教案》PPT课件一、教案概述本教案旨在通过PPT课件的形式，为学生提供固体物理的基本概念、性质和原理，帮助学生了解固体物理在现代科学技术领域中的应用。
本教案适用于大学物理专业或材料科学专业的学生，共计十五个章节。
二、教学目标1. 了解固体的基本概念和分类。
2. 掌握晶体的结构特点和性质。
3. 理解固体物理的基本原理，如能带理论。
4. 熟悉固体物理在现代科学技术领域中的应用。
三、教学内容第一章：固体的基本概念1.1 固体的定义与特点1.2 固体的分类1.3 晶体与非晶体的区别第二章：晶体的结构2.1 晶体的基本单元2.2 晶体的空间点阵2.3 晶体的空间群第三章：晶体的性质3.1 晶体生长的基本原理3.2 晶体的物理性质3.3 晶体的电性质第四章：固体物理的基本原理4.1 能带理论4.2 电子在能带中的运动4.3 固体的能带结构第五章：固体物理在现代科学技术领域中的应用5.1 半导体器件5.2 超导材料5.3 纳米材料四、教学方法1. 采用PPT课件进行讲解，结合实物图片和动画，增强学生的直观感受。
2. 通过案例分析，让学生了解固体物理在实际应用中的重要性。
3. 布置课后习题，巩固所学知识。
五、教学评估1. 课后习题的完成情况。
2. 学生对课堂内容的参与度和提问。
3. 学生对固体物理实际应用案例的分析能力。
六、教案概述本部分教案将继续以PPT课件的形式，深入探讨晶体的生长、物理性质、电性质等内容，并引入能带理论，为学生提供固体物理的系统知识。
通过本部分内容的学习，学生将能够掌握固体物理的基本原理，并了解其在现代科学技术领域中的应用。
七、教学内容第六章：晶体的生长7.1 晶体生长的基本原理7.2 晶体的生长方法7.3 晶体生长的实验操作第七章：晶体的物理性质8.1 晶体的热性质8.2 晶体的光学性质8.3 晶体的磁性质第八章：晶体的电性质9.1 晶体的导电性9.2 晶体的半导体性质9.3 晶体的超导性质第九章：能带理论10.1 能带理论的基本概念10.2 电子在能带中的运动10.3 能带结构与材料性质的关系第十章：固体物理在现代科学技术领域中的应用11.1 半导体器件的应用11.2 超导材料的应用11.3 纳米材料的应用八、教学方法1. 采用PPT课件进行讲解，结合实物图片和动画，增强学生的直观感受。
《固体》人教版高三物理选修3-3PPT课件
二、单晶体和多晶体
（一）单晶体和多晶体的区别: 1．单晶体：一个物体就是一个完整的晶体．
例如：雪花、食盐小颗粒、单晶硅、单晶锗等．
2．多晶体：整个物体是由许多杂乱无章地排列着的小晶体组成。其中的小晶体 叫做晶粒．
（1）多晶体没有规则的几何形状．
（2）不显示各向异性．（每一晶粒内部都是各向异性的）．
人教版高中物理选修3-3
第九章 固体、液体和物态变化
第1节 固体
MENTAL HEALTH COUNSELING PPT
一、 晶体和非晶体
1、生活中常见的固体:
玻璃
食盐
白糖
一、 晶体和非晶体
（一）、固体分为两类： 1.晶体：具有规则的几何形状。
常见的晶体有：石英、云母、明矾、食盐、硫酸铜、糖、味精等。
石墨质地松软，粉状润 滑剂，制作铅笔心． 金刚石有很大的硬度， 可以用来切割玻璃
课堂小结
1．固体可分为晶体和非晶体两大类 .
2 ．晶体和非晶体的差别. 熔点：晶体具有固定的熔点，非晶体没有 外形:晶体具有规则的几何形状，非晶体则没有规则的几何形状 物理性质：晶体各向异性,非晶体各向同性
3．多晶体和非晶体的差别 多晶体和非晶体都没有规则的几何形状 多晶体有一定的熔点，非晶体没有一定的熔点 多晶体和非晶体的一些物理性质都表现为各向同性 4.固体材料在生活，生产，科学，研究等方面的应用
（三）、晶体和非晶体间的转化
天然水晶和石英玻璃的
成分都是sio2 思考 你能想到什么？
(1)一种物质可能以晶体和非晶体两种不同的形态出现，一种物质是晶体还是非晶体并不是绝对的． (2)许多非晶体在一定的条件下可以转化为晶体． (3)在冷却得足够快和冷却到足够低的温度时，几乎所有的材料都能成为非晶体．
(完整版)固体物理课件ppt完全版
布拉伐格子 + 基元 = 晶体结构
③ 格矢量：若在布拉伐格子中取格点为原点，它至其
他格点的矢量 Rl 称为格矢量。可表示为
Rl
l1a1
l2a2
l3a3
，
a1,
a2 ,
a3为
一组基矢
注意事项：
1）一个布拉伐格子基矢的取法不是唯一的
2
4x
·
1
3
二维布拉伐格子几种可能的基矢和原胞取法 2）不同的基矢一般形成不同的布拉伐格子
2·堆积方式：AB AB AB……，上、下两个底面为A
层，中间的三个原子为 B 层
3·原胞：
a, 1
a 2
在密排面内，互成1200角，a3
沿垂直
密排面的方向构成的菱形柱体 → 原胞
B A
六角密排晶格的堆积方式
A
a
B c
六角密排晶格结构的典型单元
a3
a1
a2
六角密排晶格结构的原胞
4·注意: A 层中的原子≠ B 层中的原子 → 复式晶格
bγ a
b a
b a
b a
简六体心底正简单三面心正单方底心单心交 立斜交斜 方 简单立方体心正交面立方简四体心四方简单正交简单菱方简单单斜单方
二 、原胞
所有晶格的共同特点 — 具有周期性（平移对称性）
描
用原胞和基矢来描述
述
方
位置坐标描述
式
1、 定义：
原胞：一个晶格最小的周期性单元，也称为固体物理 学原胞
a1, a2 , a3 为晶格基矢
复式晶格：
l1, l2 , l3 为一组整数
每个原子的位置坐标：r l1a1 l2a2 l3a3
教科版高中物理选修3-3课件第三章2
(3)微粒在各自的平衡位置附近做微小的振 动．当外界干扰强烈或温度变化时，结构也 发生变化，周期性被破坏，晶体也可以转为 非晶体． 2.物理性质 晶体的微观结构决定其宏观物理性质，改变 物质的微观结构从而改变物质的属性，
如碳原子可以组成性质差别很大的石墨和金 刚石，有些晶体和非晶体在一定条件下可以 相互转化． 特别提醒 晶体、非晶体的区分关键是看有 无确定的熔点，单晶体与多晶体的区分关键 是看有无规则外形及物理性质是各向异性还 是各向同性．
变式训练 3.在自动恒温装置中，某种半导体材料的电 阻率与温度的关系如图3－1－5所示,这种材 料具有发热和控温双重功能,回答下列问题:
图3－1－5
主要用作指示灯，如家用电器上的电源指示 灯． 说明ⅰ.一般发光二极管工作电流为10 mA左 右，但约在3 mA时就能发光．发光二极管用 作显示电路中有没有电流，这比用小灯泡要 省电，而且要灵敏． ⅱ.不同的发光二极管可以发出不同颜色的 光.应用时常用不同的颜色表示不同的意义
例3 一光敏电阻和一用电器串联后接在一 电源上，如图3－1－4所示，当电路中的光 敏电阻受到光照射时，用电器________正常 工作，当光敏电阻不受光照射时，阻值 ________，电流________，用电器________ 工作．
图3－1－1
3.同一物质物理性质可能不同：有的物质在
不同条件下能够生成不同的晶体．那是因为
组成它们的微粒能够按照不同规则在空间分
布．如碳原子如
果按图3－1－2甲
那样排列,就成为
石墨,而按图乙那 样排列,就成为金刚石．
图3－1－2
五、半导体 1.半导体的特性 (1)固体按导电性能可分三类 ①导体：有些物质(例如金、银、铜、铝等) 导电性能好． ②绝缘体：有些物质(例如陶瓷、云母、塑 料、橡胶等)导电性能很差．
《固体》人教版高三物理选修3-3PPT课件
一、 晶体和非晶体
（二）、晶体和非晶体的区别: 1、熔点：晶体具有一定的熔点，非晶体没有一定的熔点。
2、外形上：晶体具有规则的几何形状，非晶体没有规则的几何形状。
3、物理性质上: 晶体的物理性质与方向有关（这种特性叫各向异性） 非晶体的物理性质在各个方向是相同的（这种特性叫各向同性）
一、 晶体和非晶体
可爱的大熊猫
大熊猫是一种活泼可爱的珍稀动物。①它有黑 白相间的皮毛，圆圆的脸上嵌着一对大大的黑色眼 圈和闪闪发光的小眼睛。头顶上有着两只黑茸茸的 耳朵，四肢黑乎乎的。它的尾巴短小，身体圆圆的、 胖乎乎的，真是憨态可掬。①
①描写生动，写出 了熊猫的外形特点。
习作范例
大熊猫生活在竹林茂盛的高山峡谷之中。它天生是个近 视眼，靠灵敏的听觉和嗅觉来寻找食物。
人教版高中物理选修3-3
第九章 固体、液体和物态变化
感谢各位的聆听
MENTAL HEALTH COUNSELING PPT
讲解人：XXX 时间：20XX.5.25
《国宝大熊猫》
语文精品课件 三年级下册
授课老师：某某 | 授课时间：20XX.XX
某某小学
课文导读
是猫不捕鼠， 墨镜不离眼， 要问最爱啥， 最爱鲜竹叶。
二、单晶体和多晶体
（一）单晶体和多晶体的区别: 1．单晶体：一个物体就是一个完整的晶体．
例如：雪花、食盐小颗粒、单晶硅、单晶锗等．
2．多晶体：整个物体是由许多杂乱无章地排列着的小晶体组成。其中的小晶体 叫做晶粒．
（1）多晶体没有规则的几何形状．
（2）不显示各向异性．（每一晶粒内部都是各向异性的）．
大熊猫
课文精讲
本次习作内容是“介绍国宝大熊猫”。我们 可以围绕课本中所给的一些信息来介绍大熊猫， 还可以通过查资料补充大熊猫的其他内容，突 出大熊猫的特点。
人教版高中物理选修3-3固体名师公开课优质课件(28张)
的是
A．晶体可以变为非晶体，但非晶体不可以转变为晶 体
B．同种物质可以生成不同的晶体，它们的物理性质
不同，但化学性质相同
课 堂 互 动 · 突 破 考 点
C．具有各向同性的物体，可以断定它不是单晶体 D．具有特定熔点的物体，可以断定它一定是单晶体 【审题指导】 晶体与非晶体、单晶体与多晶体在 一些特点和性质上存在异同，熟记它们在几何外形和物 理性质上的差异以及它们的联系是解决这类问题的重要 方法。
综 合 训 练 · 能 力 提 升
课 堂 互 动 · 突 破 考 点
菜
单
物理·选修3-3
第九章
基 础 落 实 · 新 知 探 究
固体、液体和物态变化
①云母、石膏晶体在导热性上表现出显著的各向
异性——沿不同方向传热的快慢不同。 ②方铅矿石晶体在导电性上表现出显著的各向异
综 合 训 练 · 能 力 提 升
第九章
基 础 落 实 · 新 知 探 究
固体、液体和物态变化
第九章
课 堂 互 动 · 突 破 考 点
固体、液体和物态变化
综 合 训 练 · 能 力 提 升
菜
单
物理·选修3-3
第九章
基 础 落 实 · 新 知 探 究
固体、液体和物态变化
第1节 固体
课 堂 互 动 · 突 破 考 点
综 合 训 练 · 能 力 提 升
菜
单
物理·选修3-3
第九章
基 础 落 实 · 新 知 探 究
固体、液体和物态变化
解析
组成晶体的物质微粒可以是分子、原子或
离子。这些物质微粒也就是分子动理论所说的分子。
显然，组成晶体的物质微粒处在永不停息的无规则热
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U U T ( )V ， P ( )S S V .......... .......... .......... .........
就是谐振子
F k BT ln Z
P
d j dU 1 ( j / k B T ) dV 2 e 1 dV j
习题课---第三章 补充作业
2：为什么将W+和W-说成是光学波和声学波 。
首先看一看：W-说成是声学波
（1）
（2）对于（3-55）中
从而得到：
比较下面公式（3-32）和）3-59）： 连续介质波： 这 相 当 于
声学波：
再看一看：W-说成是光学波
光学在介质中 传播有关系式：
光学在介质中 传播有关系式：
问题的解决： 德拜提出了一个新的模型，其区别在于 德拜考虑了频率的分布。它是将晶体看作是 弹性介质来处理的。
P130D 的－－德拜温度的进一步讨 论自己看一看。
§3.10晶格的状态方程和热膨胀P
137
想一想： “热力学与统计物理”中麦克斯韦关系 将P,V,T, U,S,F等联系起来，如下的麦克斯 韦关系：
第三章 晶格振动与晶体的热学性质--3
§3.8 晶格热容的量子理论
1、热容 CV ：一般指定容比热为: C
V
E ( )V T
★ 热容包括两部分： （1）晶格热容：来源于晶格振动。 （2）电子热容：来源于电子的热运动，在低温 下，贡献小。
1.晶格热容(分三种模型处理,主要是频率
的变化 ):
.杜隆－珀替定律 P122--热容与频率无关； （2）.爱因斯坦量子假设（量子的热容量理论--频率不变化是常数） （3）.德拜理论－－频率是变化的。
E CV ( )V T
E CV ( )V T
(3)德拜理论
问题： 爱因斯坦把固体中各原子的振动看作是相互独立 的，即3N个振动频率是相同的，是一个相对简单的 假设。实际固体中原子相互作用很强。频率不完全 相同，有一个分布。