固体物理 电子教案 1.2晶体结构
固体物理电子教案黄昆
固体物理电子教案黄昆教案章节：第一章引言教学目标：1. 了解固体物理的基本概念和研究内容。
2. 掌握固体物理的基本研究方法和手段。
3. 理解固体物理的重要性和在现代科技中的应用。
教学内容：1. 固体物理的基本概念和研究内容：固体物质的性质、晶体结构、电子态等。
2. 固体物理的基本研究方法：实验方法、理论方法和计算方法。
3. 固体物理的重要性和在现代科技中的应用：半导体器件、超导材料、磁性材料等。
教学活动：1. 引入固体物理的概念，引导学生思考固体物质的性质和特点。
2. 通过示例和图片，介绍晶体结构的基本类型和特点。
3. 讲解电子态的概念，引导学生了解固体中电子的分布和行为。
4. 介绍固体物理的基本研究方法，如实验方法、理论方法和计算方法。
5. 通过实际案例，展示固体物理在现代科技中的应用和重要性。
教学评估：1. 进行课堂提问，检查学生对固体物理基本概念的理解。
2. 布置课后作业，要求学生掌握晶体结构的基本类型和特点。
3. 进行小组讨论，让学生展示对固体物理研究方法的理解。
教案章节：第二章晶体结构1. 掌握晶体结构的基本概念和分类。
2. 了解晶体结构的空间点阵和晶胞参数。
3. 理解晶体结构的物理性质和电子态。
教学内容：1. 晶体结构的基本概念：晶体的定义、晶体的特点。
2. 晶体结构的分类：离子晶体、共价晶体、金属晶体、分子晶体。
3. 晶体结构的空间点阵：点阵的定义、点阵的类型。
4. 晶胞参数：晶胞的定义、晶胞的类型。
5. 晶体结构的物理性质和电子态：电性质、热性质、光学性质等。
教学活动：1. 通过示例和图片，引入晶体结构的概念，引导学生了解晶体的特点。
2. 讲解晶体结构的分类，让学生掌握不同类型晶体的特点。
3. 介绍晶体结构的空间点阵，引导学生了解点阵的定义和类型。
4. 讲解晶胞参数的概念，让学生掌握晶胞的定义和类型。
5. 通过示例和图片，介绍晶体结构的物理性质和电子态，引导学生理解其重要性。
教学评估：1. 进行课堂提问，检查学生对晶体结构基本概念的理解。
固体物理1-2
a、六角密排晶体结构
Be、Mn、Zn具有六角密排晶格结构
b、面心立方晶体结构
Cu、Ag、Al具有面心立方晶格结构
配位数 配位数
一个原子周围最近邻的原子数，称为该 晶体的配位数，可以用来表征晶体中原 配位数 子的排列的紧密程度。 紧密程度 最紧密的堆积称为密堆积，密堆积对应 最大的配位数。 不论是六角密积还是立方密积，晶体的 配位数都是12。 简单立方的配位数？ 简单立方 体心立方的配位数？ 体心立方
固体物理
Solid State Physics
§1.2 密堆积 §1.2
一、简立方晶体结构
原子球的正方堆积 简单立方结构单元 简单立方堆积
二、体心立方晶体结构
体心立方堆积
体心立方结构单元
具有体心立方结构的金属如碱金属：Li、Na、K、Rb、C构
晶体由全同的一种粒子构成，将粒子看成小圆 全同的一种粒子 球，则这些小圆球最紧密的堆积称为密堆积。 密堆积
12-2固体物理第一章
布拉菲格子（简单晶格） 全同原子构成的晶体结构称为布拉菲晶格子。
例、
c
b
c
b
a
简单立方晶格
a
体心立方晶格
c b
c
a
底心立方晶格
b
a
面心立方晶格
c b
a
底心立方晶格原子的全同性
复式格子(complex crystal lattice)
原子
1.1.2 体心立方晶体结构（bcc）
(bcc: body-centered cubic)
1.1.3 面心立方晶体结构（fcc）、六角密堆积结构（hcp)
密堆积结构 将原子看成同种等大刚球，在同一平面上，一个球最多与六个
球相切，形成密排面，密排面按最紧密方式叠起来形成的三维结 构称为密堆积。
体积，
a1 a2 a3 a3
晶胞与原胞
晶胞含1个格点，体积，
a3
体心立方晶格 晶胞基矢，
a ai , b aj , c ak
a1 a2
a3
a b c
c
晶格常数，
a b c a
a
a2
a1
1.1.2 常见晶体结构的基矢、原胞、晶胞、晶格常数
简单立方晶格 晶胞基矢， 原胞基矢，
a ai b aj
c
a1 ai a2 aj a3 ak
c ak a b c
b
a
晶格常数，
a b c a
a1 a2 a3 a1 a2 a3 a
a3 a2
a1
a3 a 2 a1
固体物理教案第3次课
第 3 次 课教学目的：掌握原胞、基矢和布拉伐格子的基本概念；掌握简立方、面心立方、体心立方晶格原胞特点以及基矢的表示； 理解复式晶格结构及其表示教学内容：§1.2 晶格的周期性重点难点：简立方、面心立方、体心立方晶格原胞特点以及基矢的表示；复式晶格结构及其表示§1.2 晶格的周期性1 晶格周期性的描述 — 原胞和基矢—— 晶格的共同特点是具有周期性，可以用原胞和基矢来描述 （1）原胞：一个晶格中最小重复单元（体积最小）如图XCH001_011所示。
（2） 基矢：原胞的边矢量。
三维格子的重复单元是平行六面体，是重复单元的边长矢量（3） 单胞（结晶学元胞）：为了反映晶格的对称性，常取最小重复单元的几倍作为重复单元。
特点：单胞的边在晶轴方向，边长等于该方向上的一个周期。
代表单胞三个边的矢量称为单胞的基矢。
基矢： 表示单胞的基矢。
在一些情况下，单胞就是原胞，而在一些情况下，单胞不是原胞。
简单立方晶格 — 单胞是原胞321,,a a a c b a,,面心立方晶格 — 单胞不是原胞例如面心立方晶格，如图XCH001_013所示。
原胞基矢：——原胞的体积：单胞基矢：——单胞的体积： 2 简单晶格简单晶格中，某一个原胞只包含一个原子，所有的原子在几何位置和化学性质上是完全等价的。
碱金属具有体心立方晶格结构；Au 、Ag 和Cu 具有面心立方晶格结构，它们均为简单晶格。
1）简单立方晶格（Simple Cube ）原胞为简单立方晶格的立方单元。
基矢： 如图XCH001_012所示原胞体积： —— 原胞中只包含一个原子晶胞中，顶角的原子可视为8个立方单元所共有,故8×1/8=1。
2）面心立方晶格 （fcc ）如图XCH001_013所示，八个顶角上各有一个原子，六个面的中心有6个原子故称面心立方。
由立方体的顶点到三个近邻的面心引三个基矢 ，,,a ai b aj c ak ===123()2()2()2aa j k aa k i aa i j =+=+=+332141)(aa a a V =⨯⋅=3)(a c b a V =⨯⋅=ka a j a a i a a===321,,3321)(a a a a V =⨯⋅= 321,,a a a基矢：原胞体积：—— 原胞中只包含一个原子晶胞8×1/8＋6×1/2＝4，体积为a 3，故原胞只含一个原子。
固体物理教案
第一章 晶体结构
注意： 注意： 气体、液体、 气体、液体、玻璃体等的均匀性 源于原子分布的统计规律
第一章 晶体结构
6、晶体的对称性： 晶体的对称性： 由于内部质点有规则排列而形成的特殊 性质。 性质。 对称：物体中相同部分的有规律地重复 对称： 晶体的理想外形、内部结构、 晶体的理想外形、内部结构、物理化学 性质均有其特殊的对称性。 性质均有其特殊的对称性。
第一章 晶体结构
如果晶体不是由同一种原子构成， 如果晶体不是由同一种原子构成，那么相 应小球的体积不等， 应小球的体积不等，从而不可能形成密积 结构，因此配位数一定小于12。 结构，因此配位数一定小于12。 考虑到周期性和对称性的特点，晶体不可 考虑到周期性和对称性的特点， 能具有配位数11、10， 能具有配位数11、10，9，7。 晶体中最高的配位数是12， 晶体中最高的配位数是12，以下的配位数 依次是8 依次是8、6、4、3、2。
4 a 3 π( ) 3 2 = π ≈ 0.5236 ∴ η= 3 6 a
第一章 晶体结构
谢谢大家！ 谢谢大家！
为第二层原子中心的位置； 标记为B, 标记为B, C
第一章 晶体结构
1. 六方密堆积 如果把第三层的球放在第二层的3 如果把第三层的球放在第二层的3个相间的 空隙内， 空隙内，并且沿竖直方向观察使第三层球 与第一层球平行吻合。 与第一层球平行吻合。 第四层与第二层也满足平行吻合。 第四层与第二层也满足平行吻合。
第一章 晶体结构
1.2.3 配位数和最大配位数 晶体中原子排列的紧密程度， 晶体中原子排列的紧密程度，可以用原子周围 最近邻的原子数来表述，这个数称为配位数 配位数。 最近邻的原子数来表述，这个数称为配位数。 原子排列的愈紧密，配位数愈大。 原子排列的愈紧密，配位数愈大。 无论是六方密堆积还是立方密堆积， 无论是六方密堆积还是立方密堆积，每个球在 同一层内与6个球相切，又与上下层3个球相切， 同一层内与6个球相切，又与上下层3个球相切， 所以每个球最近邻的球数是12， 所以每个球最近邻的球数是12，即晶体结构中最 大的配位数为12。 大的配位数为12。
固体物理第一章晶体结构
第一章 晶体结构 美丽的晶体
§1.1 一些晶格的实例
*
晶格 —— 晶体中原子排列的具体形式。
1.元素晶体
一维
二维
二维密排堆积
二维正方堆积
*
三维
a. 简单立方晶格
（simple cubic, sc）
原子球在一个平面内呈现为正方排列
平面的原子层叠加起 来得到简单立方格子
一个碳原子和其它四个碳 原子构成一个正四面体
金刚石晶格结构的典型单元
金刚石结构的配位数：4
3
2
1
4
5
Diamond
*
Graphite
*
2. 化合物晶体
*
1) NaCl晶格结构 氯化钠由Na+和Cl－结合而成 —— 一种典型的离子晶体 Na+构成面心立方格子；Cl－也构成面心立方格子 典型晶体：NaCl、LiF、KBr
复式晶格包含多个等价原子，每类等价原子各构成一个简单晶格，这些简单晶格彼此相同。复式晶格是由等价原子的简单晶格嵌套而成。 SC + 双原子基元
a1
a2
二、基矢和原胞----描述周期性
1.晶格的原胞：晶格中最小的周期性单元。
2.基矢：原胞的边矢量，一般用 、 、 表示。
每个原胞中只包含一个格点。
晶胞的三个棱边矢量用 , , 表示称为轴矢（或晶胞基矢），其长度a，b，c ，称为晶格常数。
晶胞是晶格中最典型的周期性单元。能够同时反映晶格的周期性和对称性。
三、简单晶格的原胞
*
下面对结晶学中属于立方晶系的简立方、体心立方和面心立方晶格的固体物理原胞进行分析。 sc 晶胞： 基矢 体积 原胞： 基矢 体积
*
固体物理-第一章2
原胞的基本平移矢量，简称基矢。 简称基矢 基矢。
1.原胞的分类 (1)固体物理学原胞(简称原胞) (1)固体物理学原胞(简称原胞) 固体物理学原胞 原胞 构造：取一格点为顶点， 构造：取一格点为顶点，由此点向近邻的三个格点作三个 不共面的矢量，以此三个矢量为边作平行六面体即为固体物理 不共面的矢量，以此三个矢量为边作平行六面体即为固体物理 学原胞。 学原胞。 特点：格点只在平行六面体的顶角上， 特点：格点只在平行六面体的顶角上，面上和内部均无格 只在平行六面体的顶角上
v = a⋅ b×c = n
( )
(3)维格纳--塞茨原胞 (3)维格纳--塞茨原胞 维格纳-构造：以一个格点为原点， 构造：以一个格点为原点，作原点与其它格点连接的中 垂面(或中垂线) 由这些中垂面(或中垂线) 垂面(或中垂线)，由这些中垂面(或中垂线)所围成的最小体积 (或面积)即为W-- 原胞。 或面积)即为 --S原胞。 -- 原胞 特点：它是晶体体积的最小重复单元，每个原胞只包含 特点：它是晶体体积的最小重复单元，每个原胞只包含1 个格点。其体积与固体物理学原胞体积相同。 个格点。其体积与固体物理学原胞体积相同。
-的坐标为 Cl
1 1 1 + ) ， Na 的坐标为 (000)。 2 2 2
(c)氯化铯结构 c)氯化铯结构
Cl −
Cs +
氯化铯结构是由两个简立方子晶格沿体对角线位移1/2的 氯化铯结构是由两个简立方子晶格沿体对角线位移 的 长度套构而成。 Cl-和Cs+分别组成简立方格子，其布拉维晶 分别组成简立方格子， 长度套构而成。 格为简立方， 格为简立方，氯化铯结构属简立方。 简立方 每个固体物理学原胞包含1个格点 每个结晶学原胞包含1 个格点， 每个固体物理学原胞包含 个格点，每个结晶学原胞包含 个格点。基元由一个Cl-和一个 +组成。 格点。基元由一个 和一个Cs 组成。
贵州大学固体物理学教案
贵州大学固体物理学教案第一章：固体物理学概述1.1 固体物理学的基本概念固体的定义与分类晶体的基本特征晶体的空间点阵与布拉格子1.2 固体物理学的研究方法实验方法：X射线衍射、电子显微镜、光谱学等理论方法：周期性边界条件、平面波展开、密度泛函理论等1.3 固体物理学的历史与发展固态电子学的兴起晶体生长的技术发展新型材料的发现与应用第二章：晶体的结构与性质2.1 晶体的点阵结构点阵类型的定义与特点晶胞的参数与坐标描述晶体的对称性分析2.2 晶体的物理性质热膨胀与导热性弹性与硬度电性质与磁性质2.3 晶体的电子结构能带理论的基本概念电子在晶体中的散射与迁移半导体与半金属的特性第三章：金属物理学3.1 金属的电子结构自由电子模型与费米面电子与晶格振动的合作效应电子的输运性质3.2 金属的晶体结构金属晶体的常见类型晶界的特性与分类多晶体与微观缺陷3.3 金属的相变与合金相变的类型与特点合金的性能与设计纳米结构材料的应用第四章：半导体物理学4.1 半导体的电子结构能带结构的类型与特点载流子的产生与复合半导体的掺杂效应4.2 半导体的导电性质霍尔效应与载流子迁移率光电导性与光吸收半导体器件的应用4.3 半导体材料与应用硅与锗的特性与应用化合物半导体材料新型半导体材料的研究方向第五章：超导物理学5.1 超导现象的发现与发展超导的定义与实验发现超导体的临界温度与临界磁场超导体的微观机制5.2 超导材料的性质与应用交流超导电缆与磁体超导量子干涉器高温超导材料的发现与应用前景5.3 高温超导材料的合成与表征高温超导材料的合成方法材料的结构表征技术材料的热电性质测量第六章：固体的磁性质与自旋电子学6.1 固体的磁性基础电子的自旋与磁矩磁性材料的类型与特点磁性的宏观表现：磁化、磁化率、磁滞回环6.2 磁性材料的微观机制顺磁性、抗磁性、铁磁性、反铁磁性磁畴与磁畴壁磁性材料的晶体结构与磁性关系6.3 自旋电子学及其应用自旋极化与自旋注入磁隧道结与自旋转移矩自旋电子学器件与新型存储技术第七章：固体的光学性质7.1 固体的能带结构与光吸收能带结构与光吸收的关系直接跃迁与间接跃迁带隙与半导体的发光性质7.2 固体的发光性质与LED技术发光二极管（LED）的工作原理半导体激光器有机发光二极管（OLED）7.3 非线性光学与光子晶体非线性光学效应与器件光子晶体的基本概念与特性光子晶体在光通信中的应用第八章：固体的电性质与器件8.1 固体的电导性与电阻器电导性的微观机制金属的电导性与电阻器半导体的电导性与二极管8.2 固体的晶体管与集成电路晶体管的工作原理集成电路的设计与制造微电子技术与纳米电子学8.3 新型纳米电子器件纳米线与纳米带器件单分子电子器件量子点与量子线器件第九章：固体的热性质与热力学9.1 固体的热传导性质热传导的微观机制热导率的测量与影响因素热绝缘材料与热开关9.2 热力学第一定律与第二定律热力学基本方程与状态方程熵与无序度的物理意义热力学循环与效率9.3 固体热力学应用实例热电材料与热电器件热泵与制冷技术热力学在能源转换中的应用第十章：固体物理学的前沿领域10.1 新型纳米材料一维纳米材料：纳米线、纳米管二维纳米材料：石墨烯、过渡金属硫化物三维纳米材料：纳米颗粒、纳米结构10.2 新型超导材料高温超导材料的发现与发展铁基超导材料的特性与应用拓扑绝缘体与量子相变10.3 量子计算与量子通信量子比特与量子电路量子纠错与量子保护量子通信的实验进展与未来挑战10.4 固态器件的模拟与设计计算机模拟方法与软件工具基于第一性原理的电子结构计算器件设计与优化的一般方法重点和难点解析重点一：晶体的基本特征与点阵结构晶体具有长程有序、周期性重复的点阵结构。
《固体物理教案》课件
《固体物理教案》课件第一章：固体物理概述1.1 固体物理简介介绍固体物理的基本概念和研究内容强调固体物理在材料科学和工程领域的重要性1.2 固体的基本性质介绍固体的分类和晶体结构讲解固体的弹性、塑性、硬度和导电性等基本性质1.3 固体材料的制备和characterization介绍固体材料的制备方法，如熔融、蒸发、溅射等讲解固体材料的表征技术，如X射线衍射、电子显微镜等第二章：晶体结构与晶体缺陷2.1 晶体结构的基本概念介绍晶体的定义和特征讲解晶体的点阵结构和空间群理论2.2 常见晶体结构介绍金属晶体、离子晶体、共价晶体和分子晶体的结构特点举例讲解不同晶体结构的代表性材料2.3 晶体缺陷介绍晶体缺陷的类型和性质讲解晶体缺陷对材料性能的影响第三章：固体的电子性质3.1 电子分布与能带理论介绍电子分布的基本概念讲解能带理论的基本原理和应用3.2 半导体的电子性质介绍半导体的能带结构和导电机制讲解半导体的掺杂和器件应用3.3 金属的电子性质介绍金属的能带结构和导电机制讲解金属的电子迁移率和电子束效应等性质第四章：固体的热性质4.1 热传导的基本概念介绍热传导的定义和方式讲解热传导的微观机制4.2 热膨胀和热容介绍热膨胀和热容的概念讲解热膨胀系数和热容的计算方法4.3 超导现象介绍超导现象的发现和基本原理讲解超导体的特性和应用第五章：固体材料的力学性质5.1 弹性和塑性介绍弹性和塑性的定义和区别讲解弹性模量和塑性变形的微观机制5.2 硬度和磨损介绍硬度的概念和测量方法讲解磨损的机制和防止方法5.3 断裂和强度介绍断裂的类型和强度概念讲解断裂韧性和疲劳强度的计算方法第六章：固体的磁性质6.1 磁性的基本概念介绍磁性的定义和分类讲解磁化强度、磁化率和磁化曲线等基本概念6.2 晶体磁性介绍顺磁性、抗磁性和铁磁性等晶体磁性的基本特性讲解磁晶场的概念和磁畴结构的形成6.3 磁性材料及其应用介绍软磁性材料和硬磁性材料的特点和应用讲解磁性材料在电机、传感器和存储器等领域的应用第七章：固体的光学性质7.1 光的传播与折射介绍光的传播原理和折射定律讲解光在不同介质中的传播特性7.2 光的吸收与发射介绍光的吸收和发射现象讲解能级跃迁和量子亏损等基本概念7.3 固体的发光性质介绍固体的发光机制和分类讲解LED和激光器等固体发光器件的原理和应用第八章：固体的电性质8.1 电导率和电阻率介绍电导率和电阻率的定义和计算方法讲解电子散射和载流子浓度的关系8.2 半导体器件介绍半导体器件的基本原理和分类讲解晶体管、二极管和光电器件等半导体器件的结构和特性8.3 介电材料介绍介电材料的分类和介电常数的概念讲解介电材料的电容和绝缘性能等特性第九章：固体的声性质9.1 声波的基本概念介绍声波的定义和传播原理讲解声速和声波的衰减等基本特性9.2 固体的声学性质介绍固体的声速和声波的传播特性讲解声波在固体中的散射和衰减现象9.3 声波的应用介绍声波在通信、医学和材料检测等领域的应用讲解声波传感器和声波换能器等器件的原理和应用第十章：固体物理实验技术10.1 固体物理实验基本方法介绍固体物理实验的基本技术和设备讲解样品制备、表征和测量等实验方法10.2 实验数据分析方法介绍实验数据的误差分析和信号处理方法讲解数据拟合和参数估计等数据分析技术10.3 固体物理实验案例分析分析固体物理实验的实际案例讲解实验结果的物理意义和应用价值重点和难点解析1. 固体物理的基本概念和研究内容，以及其在材料科学和工程领域的重要性。
《固体物理教案》课件
《固体物理教案》PPT课件第一章：引言1.1 固体物理的重要性介绍固体物理在科学技术领域中的应用，如半导体器件、磁性材料等。
强调固体物理对于现代科技发展的关键性作用。
1.2 固体物理的基本概念定义固体物理的研究对象和方法。
介绍晶体的基本特征和分类。
1.3 教案安排简介本教案的整体结构和内容安排。
第二章：晶体结构2.1 晶体的基本概念解释晶体的定义和特点。
强调晶体结构在固体物理中的核心地位。
2.2 晶体的点阵结构介绍点阵的基本概念和分类。
讲解点阵的周期性和空间群的概念。
2.3 晶体的空间结构介绍晶体的空间结构描述方法。
讲解晶体中原子的排列方式和空间群的对称性。
第三章：晶体物理性质3.1 晶体物理性质的基本概念介绍晶体物理性质的分类和特点。
强调晶体物理性质与晶体结构的关系。
3.2 晶体介电性质讲解晶体的介电性质及其与晶体结构的关系。
介绍介电材料的制备和应用。
3.3 晶体磁性质讲解晶体的磁性质及其与晶体结构的关系。
介绍磁材料的制备和应用。
第四章：固体能带理论4.1 能带理论的基本概念介绍能带理论的起源和发展。
强调能带理论在固体物理中的重要性。
4.2 紧束缚模型讲解紧束缚模型的基本原理和应用。
介绍紧束缚模型的数学表达式和计算方法。
4.3 平面紧束缚模型讲解平面紧束缚模型的基本原理和应用。
介绍平面紧束缚模型的数学表达式和计算方法。
第五章：半导体器件5.1 半导体器件的基本概念介绍半导体器件的定义和特点。
强调半导体器件在现代电子技术中的重要性。
5.2 半导体二极管讲解半导体二极管的工作原理和特性。
介绍半导体二极管的制备和应用。
5.3 半导体晶体管讲解半导体晶体管的工作原理和特性。
介绍半导体晶体管的制备和应用。
第六章：超导物理6.1 超导现象的基本概念介绍超导现象的发现和超导材料的特点。
强调超导物理在凝聚态物理中的重要性。
6.2 超导微观理论讲解超导微观理论的基本原理，如BCS理论。
介绍超导材料的制备和应用。
固体物理电子教案黄昆
固体物理电子教案黄昆第一章：引言1.1 固体物理的基本概念介绍固体的定义和特点讨论固体的分类和结构1.2 固体物理的发展历程回顾固体物理的发展简史介绍固体物理的重要科学家和贡献1.3 固体物理的研究方法介绍固体物理的研究方法和手段讨论实验技术和理论模型第二章：晶体结构2.1 晶体的基本概念介绍晶体的定义和特点讨论晶体的分类和空间群2.2 晶体的点阵结构介绍点阵的定义和类型讨论晶体的点阵参数和坐标描述2.3 晶体的空间结构介绍晶体的空间结构类型讨论晶体的空间群和空间点阵的对应关系第三章：固体物理的电子结构3.1 电子的基本概念介绍电子的定义和性质讨论电子的亚层和轨道3.2 电子的能级和态密度介绍电子能级的概念和计算方法讨论态密度和能带结构3.3 电子的输运性质介绍电子输运的基本概念讨论电子输运的微观机制和宏观表现第四章：固体物理的能带理论4.1 能带理论的基本概念介绍能带理论的定义和意义讨论能带结构的类型和特征4.2 紧束缚近似和自由电子近似介绍紧束缚近似和自由电子近似的方法和应用讨论紧束缚近似和自由电子近似的结果和限制4.3 能带结构的计算和分析介绍能带结构的计算方法和技术讨论能带结构的结果和分析方法第五章：固体物理的实验技术5.1 实验技术的基本概念介绍固体物理实验技术的方法和手段讨论实验技术的原理和应用5.2 X射线衍射技术介绍X射线衍射技术的原理和应用讨论X射线衍射技术的实验操作和数据处理5.3 电子显微技术介绍电子显微技术的原理和应用讨论电子显微技术的实验操作和图像分析第六章：固体物理的电子光谱6.1 电子光谱的基本概念介绍电子光谱的定义和分类讨论电子光谱的实验测量和理论分析6.2 光电子能谱（PES）介绍光电子能谱的原理和应用讨论光电子能谱的实验操作和数据解析6.3 吸收光谱和发射光谱介绍吸收光谱和发射光谱的原理和特点讨论吸收光谱和发射光谱的应用和分析方法第七章：固体物理的电子性质7.1 电子迁移性和导电性介绍电子迁移性和导电性的定义和测量讨论电子迁移性和导电性的影响因素和机制7.2 电子的散射和碰撞介绍电子散射和碰撞的概念和类型讨论电子散射和碰撞对电子输运性质的影响7.3 电子的关联和相互作用介绍电子关联和相互作用的的概念和机制讨论电子关联和相互作用对固体物理性质的影响第八章：固体物理的半导体材料8.1 半导体的基本概念介绍半导体的定义和特点讨论半导体的分类和制备方法8.2 半导体的能带结构介绍半导体能带结构的类型和特征讨论半导体的导电性质和应用8.3 半导体器件和集成电路介绍半导体器件和集成电路的基本原理和结构讨论半导体器件和集成电路的应用和发展趋势第九章：固体物理的超导材料9.1 超导体的基本概念介绍超导体的定义和特点讨论超导体的分类和制备方法9.2 超导体的能带结构和电子配对介绍超导体的能带结构和电子配对机制讨论超导体的临界温度和临界磁场9.3 超导体的应用和前景介绍超导体的应用领域和实例讨论超导体的前景和挑战第十章：固体物理的新材料探索10.1 新材料的基本概念介绍新材料的定义和特点讨论新材料的研究方法和手段10.2 新材料的制备和表征介绍新材料的制备方法和表征技术讨论新材料的性能和应用10.3 新材料的研究趋势和挑战介绍新材料研究的发展趋势和挑战讨论固体物理在新材料研究中的作用和意义重点解析本文教案主要介绍了固体物理的基本概念、晶体结构、电子结构、能带理论、实验技术、电子光谱、电子性质、半导体材料、超导材料以及新材料探索等内容。
固体物理教案晶体结构导电性和磁性
固体物理教案晶体结构导电性和磁性固体物理教案-晶体结构：导电性和磁性导语：本教案主要介绍固体物理中与晶体结构相关的两个重要性质，即导电性和磁性。
通过深入了解和学习晶体结构的相关理论和实验，能够帮助学生更好地理解固体电导和磁性的机制，并能够应用于实际的研究和应用领域。
一、晶体的结构与导电性1. 晶体结构的基本知识晶体是由原子、离子或分子按照一定的规律有序排列而成的固体。
晶体结构的了解对于理解导电性至关重要。
2. 自由电子理论自由电子理论是解释金属导电性的一种基本理论。
根据自由电子理论，金属中的电子能够自由地在晶格中运动，从而形成电流。
3. 能带理论能带理论用来解释固体中非金属的导电性。
根据能带理论，固体中的电子能够填充到分立的能级上，不同能级上的电子具有不同的能量和运动状态。
4. 杂质与导电性杂质是指在晶体中掺入一定量的其他元素，如硼或磷。
杂质的掺入可以改变晶体的导电性能，使非导体变为导体，这被称为掺杂。
二、晶体的结构与磁性1. 磁性的基本概念磁性是固体物理中的重要性质之一。
根据磁性的不同，物质可以分为顺磁性、抗磁性、铁磁性、亚铁磁性等。
2. 基本磁学原理根据磁学原理，物质的磁性与其原子的磁矩有关。
磁矩是由电子自旋和轨道运动引起的，用于描述物质的磁性特征。
3. 磁序与反磁序磁序是指晶体中磁性离子或原子的有序排列。
磁序可以产生宏观的磁性，如铁磁性和亚铁磁性。
反磁序是指磁性离子或原子的无序排列，导致磁性的相互抵消。
4. 磁晶体与磁畴结构磁晶体是指具有磁性的晶体。
磁畴结构是指磁晶体中被分割成一系列微小区域的磁畴。
结语：通过学习固体物理中晶体结构的导电性和磁性，我们能够更好地理解和应用这些知识。
在材料的选取、电子器件的设计和磁性材料的应用方面，这些知识都具有重要的指导意义。
希望同学们能够加深对固体物理的理解，并能在科研和工程实践中运用所学知识。
固体物理电子教案黄昆
固体物理电子教案黄昆一、教案概述本教案以黄昆所著《固体物理》为基础，共分为十五个章节。
本教案将按照教材的结构和内容，为学生提供全面、系统的固体物理知识，帮助学生掌握固体物理的基本概念、理论和方法，培养学生的科学思维能力和实践能力。
二、教学目标1. 理解固体物理的基本概念，如晶体、非晶体、电子气等。
2. 掌握固体物理的基本理论，如能带理论、声子理论等。
3. 学会运用固体物理的方法，如计算、实验等，解决实际问题。
4. 提高科学思维能力，培养实践能力和创新精神。
三、教学内容第一章固体物理引论1.1 固体的分类与结构1.2 晶体的基本性质1.3 晶体的生长与制备1.4 晶体学基础第二章晶体的电子结构2.1 电子的基本性质2.2 电子在晶体中的排布2.3 能带理论2.4 半导体与绝缘体的电子结构第三章晶体的力学性质3.1 弹性与塑性3.2 硬度与韧性3.3 晶体塑性变形的基本原理3.4 晶体缺陷与力学性能的关系第四章晶体的高温超导性质4.1 超导现象的发现4.2 超导体的基本性质4.3 高温超导体的发现与发展4.4 高温超导体的微观机制第五章半导体物理5.1 半导体的基本性质5.2 能带结构与掺杂5.3 载流子与迁移率5.4 半导体器件与应用四、教学方法1. 讲授：讲解基本概念、理论和方法，引导学生理解固体物理的基本知识。
2. 讨论：组织学生针对实际问题进行讨论，培养学生的科学思维能力。
3. 实验：安排相应的实验，让学生动手操作，培养实践能力。
4. 作业：布置适量作业，巩固所学知识，提高解题能力。
五、教学评价1. 平时成绩：考察学生的出勤、课堂表现、作业完成情况等。
2. 期中考试：测试学生对固体物理基本知识的掌握程度。
3. 课程设计：要求学生完成一项固体物理相关的课程设计，培养实践能力。
4. 期末考试：全面测试学生对本课程的掌握程度。
六、晶体生长与制备技术6.1 概述晶体的生长方法6.2 熔融法晶体生长6.3 溶液法晶体生长6.4 化学气相沉积法晶体生长6.5 晶体生长的控制因素与技术挑战七、晶体学基础与应用7.1 晶体学基本概念7.2 晶体的点群与空间群7.3 晶体对称性分析7.4 X射线晶体学基本原理7.5 晶体学的应用与发展八、电子的能带理论8.1 电子的基本性质8.2 电子在晶体中的排布与能带结构8.3 能带理论的基本原理8.4 能带工程与半导体设计8.5 高温超导体的能带理论解释九、晶体的光学性质9.1 光的传播与折射9.2 晶体光学的基本原理9.3 晶体的吸收、发射与散射9.4 晶体光学性质的应用9.5 先进光学材料的研究与发展十、晶体的电性质10.1 晶体中的电荷载流子10.2 载流子的迁移与电导10.3 半导体与绝缘体的电性质10.4 晶体器件的制备与性能10.5 新型电性质材料的研究方向十一、声子与晶体热性质11.1 声子的基本概念11.2 晶体中的声子传播11.3 晶体热容与热导率11.4 晶体热泵与热交换技术11.5 低维晶体材料的热性质研究十二、晶体的磁性质12.1 磁性的基本概念12.2 晶体磁性的微观机制12.3 磁性材料的分类与性能12.4 磁性材料的应用与发展12.5 自旋电子学与新型磁性器件十三、半导体物理与器件13.1 半导体的基本性质13.2 能带结构与掺杂效应13.3 载流子迁移率与扩散13.4 半导体器件的制备与性能13.5 新型半导体器件的研究方向十四、纳米晶体与材料14.1 纳米晶体的基本概念14.2 纳米晶体的制备方法14.3 纳米晶体材料的性能与应用14.4 纳米晶体材料的制备与性能调控14.5 纳米晶体在未来科技中的挑战与机遇十五、固体物理在现代科技中的应用15.1 固体物理在信息技术中的应用15.2 固体物理在能源领域的应用15.3 固体物理在环境科学与技术中的应用15.4 固体物理在生物医学领域的应用15.5 固体物理在先进制造与工业领域的应用十一、声子与晶体热性质11.1 声子的基本概念11.2 晶体中的声子传播11.3 晶体热容与热导率11.4 晶体热泵与热交换技术11.5 低维晶体材料的热性质研究十二、晶体的磁性质12.1 磁性的基本概念12.2 晶体磁性的微观机制12.3 磁性材料的分类与性能12.4 磁性材料的应用与发展12.5 自旋电子学与新型磁性器件十三、半导体物理与器件13.1 半导体的基本性质13.2 能带结构与掺杂效应13.3 载流子迁移率与扩散13.4 半导体器件的制备与性能13.5 新型半导体器件的研究方向十四、纳米晶体与材料14.1 纳米晶体的基本概念14.2 纳米晶体的制备方法14.3 纳米晶体材料的性能与应用14.4 纳米晶体材料的制备与性能调控14.5 纳米晶体在未来科技中的挑战与机遇十五、固体物理在现代科技中的应用15.1 固体物理在信息技术中的应用15.2 固体物理在能源领域的应用15.3 固体物理在环境科学与技术中的应用15.4 固体物理在生物医学领域的应用15.5 固体物理在先进制造与工业领域的应用重点和难点解析教案的重点在于让学生掌握固体物理的基本概念、理论和方法，以及了解固体物理在现代科技领域的应用。
固体物理电子教案
固体物理第一章晶体的结构1．1晶体的共性与密堆积1.1.1晶体的共性：长程有序，平移操作，周期性自限性晶面角守衡定律各向异性：结构各向异性、性质各向异性1.1.2密堆积：晶体是由实心的基石堆砌而成的设想虽然肤浅，但形象的直观的描述了晶体内部的规则排列这一特点，即为密堆积。
一个粒子的周围最近邻的粒子数，可以被用来描写晶体小粒子排列的紧密程度，这个数称为配位数．粒子排列愈紧密，配位数应该愈大．现在来考虑晶体中最大的配位数和可能的配位数。
二维原子球的正方堆积六角密积及立方密积在六角和立方两种密积电每个球在同一层内和6个球相邻，又和上下层的3个球相切，所以每个球最近邻的球数是12即配位数是12，这就是晶体结构中最大的配位数．如果球的大小不等，例如晶体由两种原子组成，则不可能组成密积结构，因而配位数必须小于12，但由于周期性和对称性的特点，晶体也不可能具有配位数11、10和9，所以次一配位数是8，为氯化铅型结构．晶体的配位数不可能是7，再次一个配位数是6，相应于氯化钠型结构．晶体的配位数也不可能是5，下一个配位数是4，为四面体．配位数是3的为层状结，构配位数是2的为链状结构．配位数是4，为四面体．配位数是3的为层状结，构配位数是2的为链状结构．作为例子，现在来看由于球的半径不等组成氯化银型或氮化钠型结构时．两种球半径的比．一氯化铯型设大球的半径是R,则立方体的边长为a＝2R，空间对角线为．若小球恰与大球相切，则小球的直径应等于-2R，即小球的半径为这时排列最紧密，结构最稳定．如果小球的半径r小于0.73R，则不能和大球相切，结构不稳定，以致不能存在，于是结构将取配位数较低的排列，即取配位数是6的排列．所以，当1＞(r／R)≥0.73时，两种球的排列为氯化铯型二氯化钠型当，结构为氯化钠型1．2布喇菲空间点阵原胞晶胞1.2.1布喇菲空间点阵晶体内部结构可以看成是由一些相同的点子在空间作规则的周期性无限分布，这些点子的总体称为布喇菲点阵。
固体物理优秀教案模板高中
固体物理优秀教案模板高中
主题：晶体结构
教学目标：
1. 理解晶体的定义和特征；
2. 了解晶体的分类和结构原理；
3. 掌握晶体的晶体学标记法；
4. 能够应用晶体学知识解决实际问题。
教学重点：
1. 晶体的定义和特征；
2. 晶体的分类和结构；
3. 晶体学标记法的应用。
教学难点：
1. 晶体结构的具体描述和理解；
2. 晶体学标记法的运用。
教学时间：2课时
教学过程：
一、导入（5分钟）
教师引入晶体结构的概念，让学生了解晶体的定义和特征，并引发学生对晶体结构的兴趣。
二、理论讲解（20分钟）
1. 晶体的定义和特征；
2. 晶体的分类和结构；
3. 晶体学标记法的应用。
三、实践操作（30分钟）
1. 学生分组，用实验仪器观察晶体的形态和结构；
2. 学生练习晶体学标记法的应用，解决实际晶体结构问题。
四、总结（5分钟）
教师总结本节课的重点内容，强化学生对晶体结构的理解，并指导学生在课后进行相关练习和实践。
五、作业布置
1. 练习题：请完成晶体学标记法的相关计算题目；
2. 实践任务：寻找并记录身边生活中的晶体结构。
教学资源：
1. 教科书《高中物理》；
2. 实验器材：显微镜、晶体样品；
3. 计算机和投影仪。
教学评价：
1. 在实践操作环节观察学生的操作和互动情况；
2. 课后布置的作业和练习题的完成情况。
教学反思：
根据本节课的教学情况和学生表现，及时调整教学内容和方法，激发学生对固体物理的兴趣和探索欲望，提高学生的学习效果。
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子各构成和格点相同的网格，称为子晶格，它们相对位移而 形成复式晶格。
简单晶格
复式晶格
1.2.2 原胞
在晶格中取一个格点为顶点，以三个不共面的方向上的周 期为边长形成的平行六面体作为重复单元，这个平行六面体沿
三个不同的方向进行周期性平移，就可以充满整个晶格，形成 晶体，这个平行六面体即为原胞，代表原胞三个边的矢量称为
即立方体边长为a, a ai ,b a j,c ak
布拉维原胞的体积: V a3
布拉维晶格(简单格)
(a)简立方
c b a
a1 ai a2 a j a3 ak
每个布拉维原胞包含1个格点。
固体物理学原胞的体积 Ω a3
(b)面心立方
ak
a1
a2 a j a3
ai
a
构造：取一格点为顶点，由此点向近邻的三个格点作三个
不共面的矢量，以此三个矢量为边作平行六面体即为固体物理 学原胞。
特点：格点只在平行六面体的顶角上，面上和内部均无格 点，平均每个固体物理学原胞包含1个格点。它反映了晶体结构
的周期性。
基矢：固体物理学原胞基矢通常用a1 , a2 , a3 表示。
体积为： Ω a1 a2 a3
(3)维格纳--塞茨原胞 构造：以一个格点为原点，作原点与其它格点连接的中
垂面(或中垂线)，由这些中垂面(或中垂线)所围成的最小体积 (或面积)即为W--S原胞。
特点：它是晶体体积的最小重复单元，每个原胞只包含1 个格点。其体积与固体物理学原胞体积相同。
2.几种晶格的实例 (1)一维原子链 一维单原子链
2
,
l
为整
3
数
(2)结晶学原胞（简称单胞）
构造：使三个基矢的方向尽可能地沿着空间对称轴的方
向，它具有明显的对称性和周期性。
特点：结晶学原胞不仅在平行六面体顶角上有格点，面上 及内部亦可有格点。其体积是固体物理学原胞体积的整数倍。
基矢：结晶学原胞的基矢一般用 a, b, c 表示。
体积为： v a b c n Ω
原胞的基本平移矢量，简称基矢。
在晶格中取一个格点为顶点，以三个不共面的方向上的周 期为边长形成的平行六面体作为重复单元，这个平行六面体沿
三个不同的方向进行周期性平移，就可以充满整个晶格，形成 晶体，这个平行六面体即为原胞，代表原胞三个边的矢量称为
原胞的基本平移矢量，简称基矢。
1.原胞的分类
(1)固体物理学原胞(简称原胞)
原胞内任一点的位矢表示为：
r x1a1 x2 a2 x3 a3 0 x1, x2 , x3 1
在任意两个原胞的相对应点上，晶体的物理性质相同。
r r R 其中R为某一格点的位矢,
Rl
l
1
a
1
l
2
a
2
l
3
a
3
l
1
,
l
也可以代表基元中任意的点子。
(a)
(b)
晶格+基元=晶体结构
2.布拉维晶格、简单晶格和复式晶格
(1)布拉维晶格
格点的总体称为布拉维晶格，这种格子的特点是每点周围 的情况完全相同。
(2)简单晶格和复式晶格
简单晶格：如果晶体由完全相同的一种原子组成，且每 个原子周围的情况完全相同，则这种原子所组成的网格称为
基元在空间周期性重复排列就形成晶体结构。
任何两个基元中相应原子周围的情况是相同的，而每一
个基元中不同原子周围情况则不相同。
(2)晶格
(a)
(b)
(c)
晶体的内部结构可以概括为是由一些相同的点子在空间有
规则地做周期性无限分布，通过这些点做三组不共面的平行直
线族，形成一些网格，称为晶格(或者说这些点在空间周期性
复排列而成的。
所有晶体的结构可以用晶格来描述，这种晶格的每个格点 上附有一群原子，这样的一个原子群称为基元，基元在空间周 期性重复排列就形成晶体结构。
1.基元、格点和晶格
(a)
(b)
(c)
(1)基元
在晶体中适当选取某些原子作为一个基本结构单元，这个
基本结构单元称为基元，基元是晶体结构中最小的重复单元，
a2 a i j k 2
a3 a i j k 2
平均每个布拉维原胞包含2个格点。
固体物理学原胞的体积 Ω a1 a2 a3 1 a3 2
复式格
(a)金刚石结构
cc 金刚石结构是由两个面心立方子晶格沿体对角线位移1/4 的长度套构而成,其布拉维晶格为面心立方。
排列形成的骨架称为晶格)。
用矢量 R n1a1 n2 a2 n3 a3 (n1, n2 , n3取整数)表示
格点的排列。
晶格是晶体结构周期性的数学抽象，它忽略了晶体结构的 具体内容，保留了晶体结构的周期性。
(3)格点 晶格中的点子代表着晶体结构中相同的位置，称为格点。
一个格点代表一个基元，它可以代表基元重心的位置，
a
x na x 0 x a
一维双原子链
b a
(2)二维
(a)
(b)
a2 a1
a4 a3
a6
a5
固体物理学原胞
a8 a7
维格纳--塞茨单胞
(3)三维
立方晶系 ab bc ca a b c
取 i , j ,k为坐标轴的单位矢量,
设晶格常量(布拉维原胞棱边的长度)为a,
金刚石结构属面心立方，每个结晶学原胞包含4个格点。
金刚石结构每个固体物理学原胞
包含1个格点,基元由两个碳原子组成,
位于（000）和
1 1 1 4 4 4
处。
(b)氯化钠结构
cc
氯化钠结构由两个面心立方子晶格沿体对角线位移1/2的 长度套构而成。
a1 j k 2
a 2 a i k 2 a a3 i j
2
平均每个布拉维原胞包含4个格点。
固体物理学原胞的体积 Ω a1 a2 a3 1 a3 4
(c)体心立方
ak
a1
a2 aj
ai
a3
a1 a i j k 2
第二节 晶体结构
本节主要内容: 1.2.1 晶体结构的周期性 1.2.2 原胞 1.2.3 密堆积、配位数和致密度
§1.2 晶体结构
(a)
(b)
(c)
(a)、(b)、(c)为二维晶体结构示意图，它们有何异同?
(a)
(b)
(c)
1.2.1 晶体结构的周期性
一个理想的晶体是由完全相同的结构单元在空间周期性重