固体物理教学大纲2018

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《固体物理》课程教学大纲

课程名称：固体物理课程类别：专业必修课

适用专业：物理学考核方式：考试

总学时、学分：56 学时 3.5 学分其中实验学时：0 学时

一、课程性质、教学目标

固体物理学是应用物理和物理类专业的一门基础课程，是继四大力学之后的一门基础且关键的课程。主要内容是固体的结构及组成粒子（原子、离子、电子等）之间的相互作用与运动规律，阐明固体的性能、用途以及其与微观图像的联系，以晶格振动、固态电子论和固体的能带理论为主要内容。

课程教学目标为：

课程教学目标1：通过固体物理学的整个教学过程，使学生理解晶体微观结构和宏观性质的联系。

课程教学目标2：熟悉固体无论晶格结构，基本键和作用，晶格振动的物理图像，固体电子论和能带理论等基本概念和物理图像。

课程教学目标3：了解固体物理领域的一些新进展，为以后的专业课和研究生阶段学习打好基础。

课程教学目标与毕业要求对应的矩阵关系

注：以关联度标识，课程与某个毕业要求的关联度可根据该课程对相应毕业要求的支撑强度来定性估计，H表示关联度高；M表示关联度中；L表示关联度低。

二、课程教学要求

本课程教学的基本结构要求：本课程以晶体结构、晶体结合、晶格振动、能带理论、金属和半导体电子理论、外场中晶体电子的运动规律为基本结构，内容有晶格周期性、晶格的对称性、晶体四种结合方式、简谐振动、声子、晶格振动的热容理论、晶格振动模式密度、布洛赫定理、弱周期场近似、紧束缚近似、能态密度、准经典运动、回旋共振、德哈斯-范阿尔芬效应、电子热容等。

执行本大纲应注意的问题：

1.注意本课程与量子力学和热统的紧密联系，尤其是注意量子力学课程进度；

固体物理教学大纲课程名称固体物理课程性质专业必修课

固体物理教学⼤纲课程名称固体物理课程性质专业必修课《固体物理》教学⼤纲

⼀、课程名称：固体物理

⼆、课程性质：专业必修课

三、课程教学⽬的：

（⼀）课程⽬标：

通过固体物理学课程的学习，使学⽣树⽴起晶体内原⼦、电⼦等微观粒⼦运动的物理图像及其有关模型，掌握晶体内微观粒⼦的运动规律及其与晶体宏观性能的物理联系，深刻理解晶体宏观性能的微观物理本质，为进⼀步学习和研究固体物理学各种专门问题及相关领域的内容建⽴初步的理论基础。

（⼆）教学⽬标：

第⼀章晶体结构

【教学⽬标】

通过本章的教学，使学⽣了解晶格结构的实例、⾮晶态和准晶态的特征；理解和掌握晶体结构的周期性特征及其描述⽅法；理解和掌握晶体结构的对称性特征及其描述⽅法；理解和掌握倒格⼦的定义及其与正格⼦的关系；熟悉有关晶体结构的基本分析与计算。借助于多媒体展⽰，使学⽣建⽴起晶体结构特征的直观图像。

第⼆章晶体的结合

【教学⽬标】

通过本章的教学，使学⽣了解晶体结合⼒的⼀般性质；掌握晶体的结合类型与特征；理解元素和化合物晶体结合的规律性；掌握离⼦晶体的结合能、体积弹性模量的计算；掌握范德⽡⽿斯晶体的结合能、体积弹性模量的计算。在教学中，能够使学⽣认识到吸引与排斥的⽭盾的差别和对⽴统⼀是认识与理解固体的结合规律与性质的关键，培养学⽣的辩证思维能⼒。

第三章晶格振动与晶体的热学性质

【教学⽬标】

通过本章的教学，能够使学⽣理解简谐近似、格波概念、声⼦概念；理解玻恩-卡曼边界条件；了解三维格波的⼀般规律、晶格振动的⾮简谐效应；了解确定晶格振动谱的实验⽅法；掌握⼀维单原⼦、双原⼦晶格振动的格波解与⾊散关系；掌握晶格振动模式密度的计算⽅法；理解晶格热容量的量⼦理论、掌握爱因斯坦模型与德拜模型；理解格林爱森近似、掌握晶格状态⽅程。结合例题分析和习题训练，提⾼学⽣分析问题和解决问题的能⼒。

固体物理教学大纲

课程编号：011908 总学分：3学分

固体物理

（Solid-State Physics）

课程性质：学科大类基础课

适用专业：应用物理学专业

学时分配：课程总学时：48学时。其中：理论课学时：46学时（含演示学时）；实验学时：0学时；上机学时：0学时；习题课学时：2学时。

先行、后续课程情况：先行课：高等数学、热力学与统计物理,；后续课：量子力学,原子物理。

教材：《固体物理学》，黄昆，韩汝琦，高等教育出版社

参考书目：《固体物理学》，陆栋，上海科学技术出版社

《固体物理基础》，阎守胜，北京大学出版社

《固体物理简明教程》，蒋平，徐至中，复旦大学出版社

一、课程的目的与任务

固体物理学是应用物理和物理类各专业的一门必修基础课程，是继四大力学之后的一门基础且关键的课程，它的主要内容是研究固体的结构及组成粒子（原子、离子、电子等）之间的相互作用与运动规律，阐明固体的性能和用途，尤其以固态电子论和固体的能带理论为主要内容。

通过固体物理学的整个教学过程，使学生理解晶体结构的基本描述，固体电子论和能带理论，以及实际晶体中的缺陷、杂质、表面和界面对材料性质的影响等，掌握周期性结构的固体材料的常规性质和研究方法，了解固体物理领域的一些新进展，为以后的专业课学习打好基础。

二、课程的基本要求

教学内容的基本要求分三级：掌握、理解、了解。

掌握：属于较高要求。对于要求掌握的内容（包括定理、定律、原理等的内容、物理意义及适用条件）都应比较透彻明了，并能熟练地用以分析和计算有关问题，对于能由基本定律导出的定理要求会推导。

理解：属于一般要求。对于要求理解的内容（包括定理、定律、原理等的内容、物理意义及适用条件）都应明了，并能用以分析和计算有关问题。对于能由基本定律导出的定理不要求会推导。

固体物理教学大纲

《固体物理》教学大纲

课程名称：《固体物理》

英文名称：Solid Physics；

课程性质：专业教育必修课

课程编号：E131021

所属系部：光电工程学院

周学时：3学时

总学时：45学时

学分：3学分

教学对象（本课程适合的专业和年级）：

物理学专业（本科）三年级学生

预备知识：

理论力学，量子力学，统计力学, 数理方法

课程在教学计划中的地位作用：

固体物理是物理相关专业的必修专业课，它几乎综合了大学低年级的所有理论为基础，试图用学过的理论去解决一些较为实际的物理问题，所以说固体物理是一门综合性较强的物理学科，是对学过的所有相关课程进行检验，应用的“试验田”。

教学方法：

以讲授为主，注意培养学生建立物理模型，解决实际问题的能力。

教学方法：启发探究法，案例分析法，物理模型法

课程教材：

王矜奉编著.固体物理教程.济南：山东大学出版社, 2003年

参考书目：

[1]黄昆原著韩汝琦改编.固体物理学.北京：高等教育出版社, 1988年.

[2]陈长乐编.固体物理学.西安：西北工业大学出版社出版, 2000年.

[3]方俊鑫编.固体物理学（上、下册）.上海：上海科学技术出版社, 1981年.

考核形式：考试

编写日期：2012年8月制定

课程内容及学时分配：

第一章晶体的结构

1．教学内容：

晶体的共性；密堆积；布喇菲空间点阵原胞、晶胞；晶列晶面指数；倒格空间；晶体的对称性；晶格结构的分类。

2．教学基本要求：

（1）理解单晶、准晶和非晶材料原子排列在结构上的差别；

（2）掌握原胞、基矢的概念，清楚晶面和晶向的表示，了解对称性和点阵的基本类型；

固体物理学教学大纲

《固体物理学》教学大纲

（适用于本科物理学专业）

课程编码：140613040

学时：64学分：4

开课学期：第七学期

课程类型：专业必修课

先修课程：理论力学，电动力学，热力学与统计物理，量子力学

教学手段：多媒体

一、教学目的与任务：

本课程是物理学专业本科生的专业选修课。通过本课程的学习，使学生了解固体物理学发展的基本情况，以及固体物理学对于近代物理和近代科技的发展起的作用，培养学生的科学素质和科学精神；了解固体物理所研究的基本内容和固体物理研究前沿领域的概况，培养学生的现代意识和科学远见；掌握固体物理学的基本概念和基本规律，培养掌握科学知识的方法；掌握应用固体物理学理论分析和处理问题的手段和方法，培养科学研究的方法。

二、课程的基本内容：

1.晶体的结构

2.固体的结合

3.晶格振动与晶体的热学性质

4.能带理论

5.晶体中电子在电场和磁场中的运动

6.金属电子论

三、课程的教学要求：

（1）掌握晶体的空间点阵，晶体基矢的表达，倒易点阵，晶面、晶向的概念以及正点阵和倒易点阵的关系。

（2）掌握晶体的结合类型和结合性质。

（3）掌握一维晶体振动模式的色散关系，晶格振动的量子化、声子的概念。爱因斯坦模型和德拜模型解释固体的比热性质。

（4）掌握自由电子气的概念，自由电子气的费密能量，布洛赫波以及自由电子模型。

（5）掌握布里渊区的概念以及近自由电子近似和紧束缚近似方法计算能带的理论。

（6）了解晶体的对称操作类型，了解非谐效应，确定振动谱的实验方法以及晶格的自由能。

（7）了解金属中电子气的热容量，金属、半导体、绝缘体以及空穴的概念。

固体物理课程教学大纲

一、课程目标

本课程旨在帮助学生全面理解和掌握固体物理学的基本概念、原理和方法，培养学生在实际问题中运用固体物理知识进行分析和解决问题的能力。

二、课程内容

1. 固体物理学的基本概念

1.1 固体物质的结构特点

1.2 离子晶体、金属晶体和共价晶体的结构及其特征

1.3 各种晶格结构的几何和物理性质

2. 固体物理的热学性质

2.1 热传导及固体的热导率

2.2 固体的热膨胀及其应用

2.3 热容与固体热力学性质

2.4 固体的热导电和热辐射现象及其应用

3. 固体物理的电学性质

3.1 电导率与导体的性质

3.2 半导体物理学基础

3.3 超导体的基本原理和应用

3.4 介电材料的特性和应用

4. 固体物理的光学性质

4.1 固体的吸收、散射和透射

4.2 衍射和干涉现象及其应用

4.3 光导纤维和光波导的原理和应用

5. 固体物理的量子力学性质

5.1 电子能带理论和晶体中的能带结构

5.2 固体中的声子和声子态密度

5.3 固体中的磁性和费米液体理论

6. 固体物理的其他专题

6.1 固体中的输运现象与能带理论

6.2 固体材料的结构调控与性能优化

6.3 纳米材料与纳米结构的物理特性

6.4 固体物理在材料科学和工程中的应用

三、教学方法

1. 理论授课：通过演示、图例和实例解释固体物理学的基本概念和原理，让学生掌握科学的基本理论知识。

2. 实验教学：设计相关的实验，让学生亲自操作、观察和分析实验

现象，培养学生实验动手和思维的能力。

3. 讨论与互动：组织学生讨论、合作和演示，提升学生的团队合作

和表达能力。

4. 综合案例分析：引导学生关注固体物理学在实际问题中的应用，

固体物理教学大纲

《固体物理》课程教学大纲

一、课程基本信息

课程编号:13103104

课程类别:专业核心课程

适应专业:材料物理

总学时:64学时

总学分:3学分

课程简介:

固体物理学是研究固体的结构及其组成粒子之间相互作用与运动规律的学科,也是材料物理的重要基础课程。固体物理学研究的对象是由大量粒子组成的复杂系统。这些大量粒子之间存在着复杂的相互作用,但同时也包含了丰富的物理现象。对于这种复杂的系统,人们必须作近似处理,找出描述某种现象的物理本质。这对学生的抽象、假设、创造力的培养是非常重要的。

授课教材:《固体物理学》,黄昆、韩汝琦,高等教育出版社,1988,1996年获国家科学技术进步二等奖、全国第二届优秀教材特奖

参考书目:

[1]《固体物理引论》,基特耳著、万纾民等译,人民教育出版社,1962年。

[2]《固体物理学》,H.E.Hall,刘志远等译,高等教育出版社,1983年。

[3]《固体物理学》,谢希德等,上海科学技术出版社,1961年。

[4]《固体物理学》,顾秉林、王喜坤,清华大学出版社,1989年。

[5]《固体物理》,徐毓龙、阎西林,西安电子科技大学出版社,1990年。

[6]《固体物理学》,陈长乐,西北工业大学出版社出版,2000年。

二、课程教育目标

固体物理学是物理学中的重要分支,本课程是材料物理学的基础理论课,是物理专业及其相近专业非常重要的基础课、必修课。课程强调对固体物理学的科学方法、物理图象的理解。学生通过本课程的学习要求掌握固体物理学的基本概念、基本模型和方法,了解它们在各类技术中的应用,为进一步学习专业课,为毕业后从事科研和高新技术工作打下坚实的基础。

固体物理学课程教学大纲

《固体物理学》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；

《固体物理学》是物理学院的主干基础课之一，是针对微电子专业的本科生开设于二年级的第二学期的专业基础课，4个学分，课堂讲授72学时。

（二）课程简介、目标与任务；

固体物理学是研究固体物质的物理性质、微观结构、构成物质的各种粒子的运动形态，及其相互关系的科学。它是物理学中内容极丰富、应用极广泛的分支学科，同时也是微电子专业本科生学习《半导体物理学》、《半导体材料》和《固体电子器件》等后续课程的基础。

本课程以点阵及晶体对称性为主线，以周期结构中的波动问题贯穿固体物理的整个教学内容。掌握包括对点阵及晶体对称性的定义、表征和检测，以及在晶体中物质的运动规律。在掌握知识架构的同时，对固体物理中处理多体问题的方法及其局限性有所了解，并了解一些重要概念的实验探测。

（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；

先修课程要求：《力学》《量子物理》《热学》《热力学统计物理》

先修课与后续相关课程之间的逻辑关系和内容衔接：

《力学》中的处理物体运动的基本规律，尤其是振动与波动内容，是本课程第四章结合周期性晶体结构推演格波性质的基础。

《量子力学》或《量子物理》中的升降算符与谐振子的能量量子化，是提出声子（晶格振动的能量量子）的理论基础。

《量子力学》或《量子物理》中关于散射态的处理，如直角势垒和直角势阱的散射态，是学习电子声子散射和电子杂质散射的理论基础，也是学习电子在周期性势场下行为的基础。

《量子力学》或《量子物理》中关于束缚态的处理，是本课程第八章学习非本征半导体的理论基础。

【教学大纲】固体物理

《固体物理》课程教学大纲

I课程实施细则

一、教师信息

主要研究邻域：凝聚态物理。

二、课程基本信息

课程名称（中文）：固体物理

课程名称（英文）：Introduction to Solid State Physics

课程性质：□通识必修课□通识选修课□专业必修课■专业方向课

■专业拓展课□实践性环节

课程类别*：■学术知识类□方法技能类□研究探索类□实践体验类

课程代码：12103001 12300781

周学时：3总学时：48学分: 3

先修课程：数学物理方法、量子力学、热力学与统计物理、矢量分析和线性代数

授课对象：应用物理学、物理学（师范）本科三年级学生

三、课程简介

固体物理是物理系的一门专业限选课，它面向大三学生，是较为综合的课程。固体物理学是材料和器件物理的重要理论基础，在对物理学中的较为具体的问题进行研究的过程中，它发展起来一整套科学概念、理论模型和研究方法，这些不仅对于学生获取有关学科的基础知识，而且对于培养学生科学思维，训练学生解决具体问题的能力等方面都是非常有益的。主要内容包括：晶体结构、晶体结合、晶体振动和晶体的热学性质、能带理论、金属电子论等。

四、课程目标

通过本课程的学习, 使学生学习和掌握固体的基本结构和固体宏观性质的微观本质, 学习和掌握处理微观粒子运动的理论方法，掌握运用能带理论分析晶体中电

子性质的处理方法。

五、教学内容与进度安排

第一章晶体结构

教学内容

第1章晶体结构

1．1 晶体的宏观特性

1．2 空间点阵

1．3 晶格的周期性

1．4 密堆积与配位数

1．5 几种典型的晶体结构

1．6 晶向指数与晶面指数

《固体物理学》教学大纲

课程代码：NANA3012

课程名称：固体物理学

英文名称：Solid State Physics

课程性质：专业核心课

学分/学时：4/72

考核方式：闭卷考试

开课学期：5

适用专业：纳米器件技术

先修课程：量子力学，大学物理

后续课程：光电器件技术

开课单位：纳米学院

选用教材：《固体物理学》；作者：黄昆原著；韩汝琦改编；出版社：高等教育出版社

一、课程目标

通过本课程的理论教学和实验训练，使学生具备下列能力：

1.掌握固体物理学中的基本概念，能够在科学论文阅读和科学实验中辨识出其应用的固体物理学基本

概念。（支撑毕业要求指标点1-1）

2.能根据固体物理学中的基本概念和定理，对固体中常见的物理现象进行分析和定量化求解。（支撑

毕业要求指标点1-2）

3. 能根据固体物理学中的基本概念和定理，对固体状态的纳米材料的关键物理性能指标进行评价，进

而对纳米科技领域的复杂物理问题进行预测与模拟。（支撑毕业要求指标点2-1）

二、教学内容

主要包含四部分：固体的晶体结构及晶体结合；固体的晶格振动；固体的电子结构。

1. 固体的晶体结构的主要内容包括：布拉伐格子，晶体系统分类，晶面及晶向，倒格矢，布里渊区，X

光衍射，晶体的结合类型，不同类型的晶体结合中的力及势能特征等。

要求学生：（1）能理解并熟练掌握晶体结构及晶体结合的基本概念；（2）掌握晶面及晶向的相关计算，掌握晶体结合能的相关定理及公式的应用及计算；（3）掌握X光衍射的实验原理，会解释纳米结构的X光衍射图谱。

2. 固体的晶格振动的主要内容包括：一维单原子链的简谐振动，一维双原子链的简谐振动，声子，声