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。

了解：属于较低要求。对于要求了解的内容，应该知道所涉及问题的现象和有关实验，并能对它们进行定性解释，还应知道与问题直接有关的物理量和公式等的物理意义。

三、课程教学内容

绪论：了解固体的分类和固体物理学的研究内容；了解固体物理学的发展历史；了解固体物理学的研究方法。

第一章晶体结构

1．该章的基本要求与基本知识点

（1）理解空间点阵和布拉菲格子的概念、密堆积和配位数的概念、倒格子的概念、X射线衍射分析晶体结构的方法、原子散射因子和几何结构因子的概念。（2）掌握确定晶向指数和米勒指数的方法；掌握晶面间距的计算方法。（3）了解晶格对称性、晶体表面的几何结构、非晶态材料的结构和准晶态。

2．教学重点和难点：重点：空间点阵和布拉菲格子的概念、密堆积和配位数的概念、倒格子的概念。难点：布拉菲格子的概念、倒格子的概念。

3. 实验：无实验要求。

4. 上机：无上机安排。

5. 习题课安排：本章无习题课安排。

第二章.固体的结合

1．该章的基本要求与基本知识点：

（1）理解离子性结合、金属性结合。（2）掌握共价结合。（3）了解范德瓦尔斯结合和元素和化合物晶体结合的规律性。

2．教学重点和难点：重点：离子性结合、金属性结合、共价结合。难点：离子性结合、金属性结合、共价结合。

3. 实验：无实验要求。

4. 上机：无上机安排。

5. 习题课安排：本章无习题课安排。

第三章.晶格振动与晶体的热学性质

1．该章的基本要求与基本知识点：

（1）理解晶格振动的量子化和声子的概念、长波近似的概念、固体比热的概念。（2）掌握一维单原子链的振动的规律、一维双原子链的振动的规律。（3）了解三维晶格的振动的规律、确定振动谱的实验方法。

2．教学重点和难点：重点：一维单原子链的振动的规律、一维双原子链的振动的规律、晶格振动的量子化和声子的概念、长波近似的概念、固体比热的概念。难点：一维双原子链的振动的规律、晶格振动的量子化和声子的概念、长波近似的概念、固体比热的概念。

3. 实验：无实验要求。

4. 上机：无上机安排。

5. 习题课安排：一节习题课，主要对（前三章）复习总结。

第四章：能带理论

1．该章的基本要求与基本知识点：

（1）理解克龙尼克－潘纳模型、简并微扰法散射波较强的情况、简并微扰法散射波较强的情况、晶体中电子运动的速度和加速度的概念、三维情况的布洛赫定理、布里渊区的概念、能态密度和费米面的概念、紧束缚近似方法。（2）掌握布洛赫定理、金属、半导体和绝缘体区别的规律。（3）了解金属的能带结构、半导体的能带结构、晶体能带结构对称性的规律、研究能带结构的实验方法。

2．教学重点和难点：重点：布洛赫定理、金属、半导体和绝缘体区别的规律、克龙尼克－潘纳模型、简并微扰法。难点：布洛赫定理、金属、半导体和绝缘体区别的规律、克龙尼克－潘纳模型、简并微扰法。

3. 实验：无实验要求。

4. 上机：无上机安排。

5. 习题课安排：无习题课安排。

第五章：晶体中电子在电场和磁场中运动

1．该章的基本要求与基本知识点：

（1）理解准经典运动、恒定电场作用下电子的运动、恒定磁场作用下电子的运动。（2）掌握确导体、绝缘体和半导体的能带论解释。（3）了解回旋共振。

2．教学重点和难点：重点：导体、绝缘体和半导体的能带论解释。难点：导体、

绝缘体和半导体的能带论解释、恒定电场作用下电子的运动、恒定磁场作用下电子的运动。

3. 实验：无实验要求。

4. 上机：无上机安排。

5. 习题课安排：本章无习题课安排。

第六章. 金属电子论

1．该章的基本要求与基本知识点：

（1）理解电子气的费米能量和热容量的概念、电子在电场中的运动的规律、功函数和接触电势差的概念。（2）掌握费米统计和波尔兹曼方程。（3）了解金属的经典电子气理论、电子气的基态性质。

2．教学重点和难点：重点：费米统计、波尔兹曼方程、电子气的费米能量和热容量的概念、功函数和接触电势差的概念。难点: 费米统计、波尔兹曼方程、电子气的费米能量和热容量的概念。

3. 实验：无实验要求。

4. 上机：无上机安排。

5. 习题课安排：本章无习题课安排。

第七章：半导体电子论

1．该章的基本要求与基本知识点：

（1）理解半导体的基本能带结构、半导体中的杂质、半导体中的电子和费米统计分布、电导和霍尔效应。（2）掌握PN结、金属—绝缘体—半导体系统和MOS 反型层。（3）了解非平衡载流子、异质结、非晶态半导体。

2．教学重点和难点：重点：半导体的基本能带结构、半导体中的杂质、PN结、金属—绝缘体—半导体系统和MOS反型层。难点：半导体的基本能带结构、半导体中的杂质、半导体中的电子和费米统计分布、电导和霍尔效应、PN结、金属—绝缘体—半导体系统和MOS反型层。

3. 实验：无实验要求。

4. 上机：无上机安排。

5. 习题课安排：一节习题课，四、五、六、七章复习总结。

第八章. 固体的磁性