2-1(黄昆-固体物理)-教案
《固体物理》课程教学大纲
《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；2．注意讲清本课程中的基本概念和基本理论，在保持课程的科学性及系统性的基础上，应突出重点、难点，并努力反映本学科的新成就，新动向；3．因学时有限，而内容较多，因此有一部分内容要求学生自学。
学生自学部位不占总学时，但仍然是大纲要求掌握内容。
学生自学部分，采用由教师提示，学生课后自学并提出问题，老师课后解答的方式；4．注重学生思考问题，培养学生思维和研究精神。
黄昆固体物理课件
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《固体物理·黄昆》第三章
氢键结合的情况可写成通式:
X－H…Y。 式中 X 、 Y 代表 F 、 O 、 N 等电负 性大而原子半径较小的非金属原 子， X 和 Y 可以是两种相同的元 素，也可以是两种不同的元素。 d F l H F H F
归纳起来，氢键形成的条件是：
A)有与电负性大（X）的原子相结合的氢原子；
B) 有一个电负性也很大，含有孤对电子并带有部分负 电荷的原子（Y）； C)X与Y的原子半径都要较小。
氯化钠型 —— NaCl、KCl、AgBr、PbS、MgO (配位数6) 氯化铯型 —— CsCl、 TlBr、 TlI（配位数8）
离子结合成分较大的半导体材料ZnS等（配位数4）
2. 离子晶体结合的性质
1) 系统内能的计算 晶体内能 : 1)所有离子库仑相互作用能(吸引作用)
2) 和重叠排斥能之和(排斥作用)
具体晶体的内聚能(晶格能)参见周期表,有一定的规律性: 惰性气体晶体<碱金属<过渡族金属(共价晶体)
两粒子间的相互作用 相互作用能.
f(r) 和u(r)分别表示相互 作用力和相互作用势 则:
u (r ) f (r ) r
U 排斥 r
f (r )
B rn
u (r )
pij A12= j'
12
12.13188
pij A6= j'
6
14.45392
物理意义:
晶体总的势能:
—— 非极性分子晶体的晶格常数、结合能和体变模量 晶格常数
平衡状态体变模量
晶体的结合能
分子晶体: 常温下是气态的物质如:Cl2,SO2,HCl, H2, O2, He, Ne, Ar, Xe等在低温下依靠范德瓦耳斯力结合成的晶体.
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。
232425(黄昆固体物理)教案
§ 2.3 金属性结合;§ 2.4 范德瓦耳斯结合;§2.5 元素和化合物晶体结合的规律性1. 教学目的和要求: 通过讲解使学生明白得并把握金属性结合和范德瓦耳斯结合；明白得元素和化合物晶体结合的规律性2．教学重点：金属性结合和范德瓦耳斯结合。
3．教学难点：范德瓦耳斯结合。
4．教学时刻：45分钟。
5．教学方式：PPT文档。
6．作业：学生课后温习。
一．金属性结合（1）金属性结合的概念第I族、第II族元素及过渡元素都是典型的金属晶体，它们的最外层电子一样为1~2个。
组成晶体时每一个原子的最外层电子为所有原子所共有，因此在结合成金属晶体时，失去了最外层（价）电子的原子实“沉醉”在由价电子组成的“电子云”中。
如图XCH002_004所示。
这种情形下，电子云和原子实之间存在库仑作用，体积越小电子云密度越高，库仑彼此作用的能愈低，表现为原子聚合起来的作用。
（2）金属晶体结合力金属晶体结合力：主若是原子实和电子云之间的静电库仑力，对晶体结构没有特殊的要求，只要求排列最紧密，如此势能最低，结合最稳固。
因此大多数金属具有面心立方结构，即立方密积或六角密积，配位数均为12。
立方密积（Cu、Ag、Au、Al）（面心立方结构）（配位数12）六角密积(Be、Mg、Zn、Cd)体心立方结构(Li、Na、K、Rb、Cs、Mo、W)（配位数8）良好的导电本领，结合能比前面两种晶体要低一些，过渡金属的结合能较大。
晶体的平稳是依托库仑作使劲和必然的排斥力而维持的。
排斥来自两个方面(a) 但体积减小，电子云的密度增大，电子的动能将增加(b) 当原子实彼此接近到必然的距离时，它们的电子云发生显著的重叠，将产生强烈的排斥作用。
金属性结合对原子的排列没有特殊的要求，这使得容易造成原子排列的不标准性，使其具有专门大的范性。
二．范德瓦耳斯结合（1）范德瓦耳斯结合的概念元素周期表中第VIII族（惰性）元素在低温下所结合成的晶体，是典型的非极性分子晶体。
黄昆 固体物理 讲义 第二章
第二章 固体的结合晶体结合的类型 晶体结合的物理本质固体结合的基本形式与固体材料的结构、物理和化学性质有密切联系 § 2.1 离子性结合元素周期表中第I 族碱金属元素（Li 、Na 、K 、Rb 、Cs ）与第VII 族的卤素元素（F 、Cl 、Br 、I ）化合物（如 NaCl ， CsCl ，晶体结构如图XCH001_009_01和XCH001_010所示）所组成的晶体是典型的离子晶体，半导体材料如CdS 、ZnS 等亦可以看成是离子晶体。
1. 离子晶体结合的特点以CsCl 为例，在凝聚成固体时，Cs 原子失去价电子，Cl 获得了电子，形成离子键。
以离子为结合单元，正负离子的电子分布高度局域在离子实的附近，形成稳定的球对称性的电子壳层结构；,,,Na K Rb Cs Ne Ar Kr Xe FClBrI++++−−−−⇒⇒⇒⇒离子晶体的模型：可以把正、负离子作为一个刚球来处理；离子晶体的结合力：正、负离子之间靠库仑吸引力作用而相互靠近，当靠近到一定程度时，由于泡利不相容原理，两个离子的闭合壳层的电子云的交迭会产生强大的排斥力。
当排斥力和吸引力相互平衡时，形成稳定的离子晶体； 一种离子的最近邻离子为异性离子；离子晶体的配位数最多只能是8（例如CsCl 晶体）；由于离子晶体结合的稳定性导致了它的导电性能差、熔点高、硬度高和膨胀系数小；大多数离子晶体对可见光是透明的，在远红外区有一特征吸收峰。
氯化钠型(NaCl 、KCl 、AgBr 、PbS 、MgO)(配位数6) 氯化铯型(CsCl 、 TlBr 、 TlI)（配位数8）离子结合成分较大的半导体材料ZnS 等（配位数4） 2. 离子晶体结合的性质 1）系统内能的计算晶体内能为所有离子之间的相互吸引库仑能和重叠排斥能之和。
以NaCl 晶体为例，r 为相邻正负离子的距离，一个正离子的平均库仑能：∑++−++321321,,2/122322222102)(4)1('21n n n n n n r n r n r n q πε ——遍及所有正负离子，因子1/2—库仑作用为两个离子所共有，一个离子的库伦能为相互作用能的一半。
第一章-晶体结构-《固体物理学》黄昆-韩汝琦PPT课件
属 导 体 学介 晶 体 导 态 态 体关
物体物
质 物 发 体 电 光 光联
理物理
物 理 光 物 子 电 谱物
理
理
理学 子
理
学
表介纳
面观米
物物物
理理理
01_00_绪论 —— 固体物理_黄昆
四 固体物理的研究方法
固体物理是一门实验性学科 —— 为阐明固体表现出的现 象与内在本质的联系，建立和发展关于固体的微观理论
01_00_绪论 —— 固体物理_黄昆
Crystal Structure of YBaCuO
01_00_绪论 —— 固体物理_黄昆
Shape of Snow Crystal
01_00_绪论 —— 固体物理_黄昆
05 /16
Be2O3 Crystal and Glass of Be2O3
01_00_绪论 —— 固体物理_黄昆
2. 金属的研究 —— 抽象出电子公有化的概念，再用单电 子近似的方法建立能带理论
3. 物质的铁磁性 —— 研究了电子与声子的相互作用，阐 明低温磁化强度随温度变化的规律
4. 超导的理论 —— 研究电子和声子的相互作用，形成库 柏电子对，库柏对的凝聚表现为超导电相变
01_00_绪论 —— 固体物理_黄昆
—— 十九世纪中叶，布拉伐发展了空间点阵学说 概括了晶格周期性的特征
01_00_绪论 ——立了经典金属自由电子 论，对固体认识进入一个新的阶段
—— 描述晶体比热___杜隆－珀替定律 描述金属导热和导电性质的魏德曼－佛兰兹定律
—— 十九世纪末叶，费多洛夫，熊夫利、巴罗等独立地发 展了关于晶体微观几何结构的理论体系，为进一步研 究晶体结构的规律提供了理论依据
八年级物理上册2-1教学教案教学设计
第一节声音的产生与传播【教学目标】1．通过观察和实验，知道声音产生和传播的条件。
2．知道声音是由物体的振动产生的。
3．知道声音传播需要介质，声音在不同介质中传播的速度不同。
【过程与方法】1．通过观察和实验的方法，探究声音是如何产生的，声音是如何传播的。
2．通过学习，锻炼学生初步的观察能力和初步的研究问题的能力。
【情感、态度与价值观】1．通过教师、学生双边的教学活动，激发学生的学习兴趣和求知欲望，使学生乐于探索自然现象和日常生活中的物理学道理。
2．注意在活动中培养与其他同学合作的意识。
【重点】1．声音的产生是由于物体的振动。
2．声音传播需要介质，以及声是以波的形式传播的。
3．声速与介质的种类及温度有关。
【难点】1．声音在介质中以波的形式传播。
2．设计探究实验。
3．声现象的分析、解释。
【教学设计】一、创设情境，引入新课通过多媒体课件播放一些常见的声音，请学生思考这些声音都是由什么物体发出的，从而使学生产生疑问，活跃思维。
再通过“声波枪”创设情境，激发学生的学习兴趣，以顺利引入新课。
二、讲授新课1、声音的产生：（板书）（1）物理学研究问题最常用的方法是实验，首先我们通过实验研究声音是怎样产生的，实验同时思考物体发声时，有什么共同的特征。
（2）学生活动：提供给学生随纸屑、音叉、水等。
①用手指触摸喉头，同时发声----触觉感受发声物体的振动。
②敲击音叉，音叉振动，就会听到声音。
将音叉放在水中会看到有水珠跳起。
---可观察发声物体费振动。
（3）分组实验：①用手指触摸喉头发声，同时观察感受。
②敲击有碎纸屑的桌面，同时观察。
③敲击音叉，学生观察。
④敲击音叉然后放入水中，同时观察现象。
在学生观察、分析和归纳的基础上，课概括出：无论是固体、液体还是气体，发声时都在振动，所以一切发声的物体都在振动。
即声音是物体振动产生的。
声音是由物体的振动产生的（板书）结论：一切正在发声的物体都在振动，固体、液体和气体都可以振动发声。
黄昆版固体物理课件
第一章晶体结构§1-1 绪论固体物理与力学、电动力学、量子力学等学科不同，这些学科学习的是一种运动形式，而固体物理学习的则是一类物质，固体物理学习晶体的几何结构，学习形成晶体结构的原子的最普遍的运动形式，即晶格振动，学习晶体中的能量特征和运动，然后学习半导体物理超导电性等一些专题问题。
引入：固体是指在承受切应力时具有一定程度刚性的物质。
在相当长的时间里，人们研究的固体主要是晶体，晶体知识作为一门科学的出现，科学界公认是在17世纪中叶，距今已有300多年。
固体是由什么原子组成？它们是怎样排列和结合的？这种结构是如何形成的？一、固体物理的研究对象固体物理是研究固体的微观结构，组成固体的粒子(原子、离子、电子)之间相互作用与运动规律，并在此基础之上阐明固体的宏观性质和应用的学科。
它分为：晶体、非晶体和准晶体三类。
1、晶体：原子按一定的周期排列成规则的固体(即，长程有序) 例如：天然的岩盐、水晶以及人工的半导体锗、硅单晶都是晶体。
——图XCH001_055 和图XCH001_0001_03 是CaCO3和雪花结晶的结构——图XCH001_055 是高温超导体YBaCuO晶体的结构2、非晶体：原子的排列没有明确的周期性（短程有序），如：玻璃、橡胶、塑料。
——图XCH001_036_01 和图XCH001_036_02 分别是Be2O3单晶和非晶结构。
3、准晶体：介于晶体和非晶体之间的新的状态——称为准晶态。
理想晶体：内在结构完全规则的固体，又叫做完整晶体；实际晶体：固体中或多或少地存在有不规则性，在规则（排列）的背景中尚存在微量不规则性的晶体——近乎完整的晶体。
二固体物理的研究方法固体物理主要是一门实验性学科。
为了阐明所揭示出来的现象之间内在的本质联系，需要建立和发展关于固体的微观理论。
固体（晶体）是一个很复杂的客体，每一立方米中包含10个原子、电子，而且它们之间的相互作用相当强．固体的宏观性质就是如此大量有约23的粒子之间的相互作用和集体运动的总表现。
《固体物理学教案》课件
《固体物理学教案》PPT课件教案章节：第一章固体物理学概述教学目标：1. 了解固体物理学的基本概念和研究内容。
2. 掌握固体物理学的发展历程和应用领域。
3. 理解固体物理学与其它学科的联系和区别。
教学内容：1. 固体物理学的基本概念：固体、晶体、电子、原子、分子等。
2. 固体物理学的研究内容：结构、性质、制备和应用等。
3. 固体物理学的发展历程：从经典固体物理学到现代固体物理学。
4. 固体物理学的应用领域：材料科学、凝聚态物理、纳米技术等。
5. 固体物理学与其它学科的联系和区别：与物理学、化学、材料科学等的关系。
教学方法：1. 讲解：教师通过PPT课件讲解固体物理学的基本概念和研究内容。
2. 讨论：学生分组讨论固体物理学的发展历程和应用领域。
3. 案例分析：教师展示固体物理学在实际应用中的案例，学生进行分析。
4. 互动提问：教师提问，学生回答，巩固所学知识。
教学评估：1. 课堂问答：检查学生对固体物理学基本概念的理解。
2. 小组讨论：评估学生在讨论中的参与度和理解程度。
3. 案例分析报告：评估学生对固体物理学应用领域的理解和分析能力。
教案章节：第二章晶体的结构教学目标：1. 了解晶体的基本概念和分类。
2. 掌握晶体的点阵结构和空间群理论。
3. 理解晶体生长和晶体缺陷的基本原理。
教学内容：1. 晶体的基本概念：晶体、晶格、晶胞等。
2. 晶体的分类：离子晶体、共价晶体、金属晶体、分子晶体等。
3. 晶体的点阵结构：点阵、基矢、倒格子等。
4. 空间群理论：点群、空间群、晶体对称性等。
5. 晶体生长：晶体生长的原理和过程。
6. 晶体缺陷：点缺陷、线缺陷、面缺陷等。
教学方法：1. 讲解：教师通过PPT课件讲解晶体的基本概念和分类。
2. 模型展示：教师展示晶体模型，学生观察和理解晶体结构。
3. 数学推导：学生跟随教师学习点阵结构和空间群理论的数学推导。
4. 互动提问：教师提问，学生回答，巩固所学知识。
教学评估：1. 课堂问答：检查学生对晶体基本概念的理解。
黄昆版《固体物理》课件第二章
§2.5 共价结合
一、共价键的形成
2 2 H A A VA A A A 2m
2 2 H B B VB B B B 2m
VA、VB: 作用在电子上的库仑势
A和 B: A、B两原子的能级
A、B：归一化原子波函数
黄昆版固体物理课件第二章
第二章 晶体的结合
§2.1 晶体结合的基本类型
§2.2 晶体中粒子相互作用的一般讨论 §2.3 离子晶体的结合能 §2.4 分子晶体的结合能 §2.5 共价结合
§2.1 晶体结合的基本类型
电负性：原子束缚电子的能力（得失电子的难易程度）
离子结合 共价结合 晶体结合的基本类型 （粒子的电负性） 金属结合 分子结合
（平衡时）
0
晶体体积：V = Nv = Nr3 N：晶体中粒子的总数 v：平均每个粒子所占的体积
：体积因子，与晶体结构有关
r：最近邻两粒子间距离 若已知粒子相互作用的具体形式，还可确定几个待 定系数，这样即可将晶体相互作用能的表达式完全确定 下来。
§2.3 离子晶体的结合能
一、AB型离子晶体的结合能
2 2 H i i i VAi VBi i i i 2m
i＝1, 2
分子轨道：＝c(A+B) , 设 B > A c: 归一化因子， : B原子波函数对分子轨道贡献的权重 因子。若A、B为同种原子，则＝±1。
2 2 VA VB c A B c A B 2m
分子晶体是稳定结构的原子或分子之间靠瞬时电偶极矩结合。
典型晶体：惰气 结合力：Van der Waals键
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-内蒙古工业大学
内蒙古工业大学教案2015/2016学年第二学期学院理学院系别物理系课程名称固体物理授课对象电科、材物本科主讲教师关玉琴职称副教授课程学时 64内蒙古工业大学教案(课程)23222123();();()222a i j k a i j k a i j k =-++=-+=-+不同原子或离子构成的晶体NaCl ，CsCl ，ZnS 等 ；师生互动：让学生思考晶体结构的一些实例，例如简单立方、体心立方等。
板书设计：课件的制作体现了上课的过程，内容采用动画形式，字体为宋体晶面：在布拉伐格子中作一簇平行的平面，这些相互平行、等间距的平面可以将所有的格点23() a a a ⋅⨯；31()a a a⋅⨯；12() a a a ⋅⨯；倒格矢：1122n b n b n b=++二、倒格子与正格子间的关系正格子原胞体积反比于倒格子原胞体积；正格子中一簇晶面()h h h和G由倒格矢垂直平分面相互围成的区域。
教学方法：多媒体教学任何晶体的宏观对称性只能有以下十种对称素1,2,3,4,1122n b n b =+ 教学方法：多媒体教学 辅助手段：板书、利用图片讲解样的球称为反射球。
=2COπλ2πλd不同，因此，不同原子具有不同的散射因子；子所引起的散射波的总振幅也是散射方向的函数，也因原子而异。
概念：原胞内所有原子的散射波，在所考虑方向上的振幅与一个电子的散射波的振幅之比。
第 8 次课 2学时，并说明面指数简单的晶面，其面密度比较大，容易解理。
22+k b l c)()第 9 次课 2学时第 10 次课 2学时第 11 次课 2学时蒙古工业大学教案(课次),12i i j μ=+∑内蒙古工业大学教案(课次)第 14 次课 2学时第 15 次课 2学时11W b W =0W =；2.高频电场下晶体的介电极化： ——()()()q Absorb q q Emit ωωω⇒⎨⎩n q G ±二、光子与晶格的非弹性散射 光子与长声学波声子相互作用：光子的布里渊散射； 第 16 次课 2学时/2/)(j B j B k T jk T B ek T e ωωω-j ω时：B C ；j ω时：0C 个原子构成的晶体，所有的原子以相同的频率）爱因斯坦热熔函数：00/200/()()(B B k T B k T B B e f k T k T e ωωωω=-j ω时：3V B C Nk ≅，与杜隆 —j ω时：020)B k T B C e k T ωω-，与实验结果不相符。
济南大学固体物理(黄昆)课件能带理论.ppt
i 2 l 1
N1 = 1
cos 2 l1
l1 是任意整数
ix i 2l1
又e cosx cos2l1
2 il 1
又 e cos x i sin xe
ix
e cos 2 l 1 N 1
e 1
1 e
l1 2i N1
2 e
l2 2i N2
3 e
l3 2i N3
其中 l1 , l2 , l3 为整数 如果引入矢量:
l l l 3 2 k 1 b b b 1 2 3 N N N 1 2 3
T r a f r a a T T f r
T T T T
2 m 2 2 2 m 22 2 2 2 2 h rr h r 证明：T r ff f r Hf r TT T VV r TT Hf r r r Hf r V r r 2 2 2 2 m 2 2 m 2 m h h r a r a 2 2 h V r a f 2 2 2 2 V r a 2 h 2 r a h r r a f a rr aa a V r 2 m r r VV a f r a a 2 m a f r 2 m 2 m 2 m 2 2 2 2 2 22 2 2 2 2 2 h h r r r h h rr f r T rr f VV r TT r V r f r V r T f r 2m m 2 V r T f 2 m 2 m 2 m HT HT f f r r HT r f f r HT TT H H HT HT T Hf
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。
济南大学-固体物理黄昆课件-第二
① 数学定义：W = EN–Eo Eo 是绝对零度时晶体的总能量 EN 是组成晶体的N个自由原子的总能量 ∣W ∣→把晶体分离成自由原子所需要的能量
★ 把原子体系在分散状态的能量算作零； ★ 不考虑晶体的热效应（0K）;
★晶体内能U 只是晶体体积V 或原子间距r 的函数
平衡条件下： W U V0 U r0
氯化钠晶体中没有氯化钠分子
NaCl只是代表氯化钠晶体中钠离子的个 数和氯离子的个数为1:1
红球表示铯离子(Cs+) 黄球表示氯离子(Cl-)
铯离子与氯离子通过离子键相结合 每个Cs+与和它紧邻的8个Cl-相连 每个Cl-与和它紧邻的8个Cs+相连
Cs+和Cl-在三维空间交替出现，并延长形成CsCl晶体 氯化铯晶体中没有氯化铯分子;
供一个电子，它们具有相反的自旋。 这样一对为两原子所共有的自旋相反配 对的电子结构 → 共价键
②本质：由量子力学中的交换现象而产生的交换能
以氢分子为例作定性说明：
两个氢原子各有一个1s态的电子 → 自旋可取两个可 能方向之一！
当两个氢原子接近时 ※ 如果两电子自旋方向相同：泡利不相容原理使两个
原于互相排斥 →不能形成分子
无极性(原子正负电荷重心重合)
b)价电子已用于形成共价键的具有稳定电子结构的分子 — NH3, SO2, HCl → 在低温下形成分子晶体有极性 (正负电荷重心不重合)
2·比较：
离子晶体: 原子变成正、负离子（私有化） 共价晶体: 价电子形成共价键结构（共有化） 金属晶体: 价电子转变为共有化电子（公有化）
甲酸二聚分子结构
O…H – O O – H…O
C-H
O
3·性质：氢键具有饱和性和方向性
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第二章固体的结合
本章的主要内容：阐明原子是依靠怎样的相互作用而结合成为固体的。
教学重点：晶体结合的基本类型。
教学难点：晶体结合的物理本质。
教学时数：3学时。
讲授方式：PPT文档。
§ 2.1 离子性结合
1. 教学目的和要求: 通过讲解使学生理解并掌握离子性结合成为晶
体的本质。
2．教学重点：离子晶体结合的特点及性质。
3．教学难点：离子晶体结合的基本物理量：内能、晶格常数、体变模量和结合能的计算。
4．讲授时间：45分钟。
5．讲授方式：PPT文档。
6．作业：2.1，2.2，2.3。
一．离子晶体概述
元素周期表中第I族碱金属元素（Li、Na、K、Rb、Cs）与第VII族的卤素元素（F、Cl、Br、I）化合物（如NaCl，CsCl，晶体结构如图XCH001_009_01和XCH001_010所示）所组成的晶体是典型的离子晶体，半导体材料如CdS、ZnS等亦可以看成是离子晶体。
二．离子晶体结合的特点
以CsCl 为例，在凝聚成固体时，Cs 原子失去价电子，Cl 获得了电子，形成离子键。
以离子为结合单元，正负离子的电子分布高度局域在离子实的附近，形成稳定的球对称性的电子壳层结构；
Xe I
Cs Kr Br
Rb Ar Cl
K Ne F
Na ⇒⇒⇒⇒-
+
-
+-
+-
+,
,
,
（1）离子晶体的模型：可以把正、负离子作为一个刚球来处理；
离子晶体的结合力：正、负离子之间靠库仑吸引力作用而相互靠近，当靠近到一定程度时，由于泡利不相容原理，两个离子的闭合壳层的电子云的交迭会产生强大的排斥力。
当排斥力和吸引力相互平衡时，形成稳定的离子晶体；
（2）一种离子的最近邻离子为异性离子；
（3）离子晶体的配位数最多只能是8（例如CsCl 晶体）；
（4）由于离子晶体结合的稳定性导致了它的导电性能差、熔点高、硬度高和膨胀系数小； （5）大多数离子晶体对可见光是透明的，在远红外区有一特征吸收峰。
举例：
氯化钠型(NaCl 、KCl 、AgBr 、PbS 、MgO)(配位数6)
氯化铯型(CsCl 、 TlBr 、 TlI)（配位数8）
离子结合成分较大的半导体材料ZnS 等（配位数4）
三. 离子晶体结合的性质
1）系统内能的计算
晶体内能为所有离子之间的相互吸引库仑能和重叠排斥能之和。
以NaCl 晶体为例，r 为相邻正负离子的距离，一个正离子的平均库仑能：
∑
++-++3
21321,,2
/122
32
2
22
2
102
)
(4)
1('
2
1n n n n n n r n r n r n q πε
321,,n n n 遍及所有正负离子，因子1/2—库仑作用为两个离子所共有，一个离子的库伦能为
相互作用能的一半。
一个负离子的平均库仑能：
∑
++-++3
21321,,2
/1223
2
22
2
21
02
)
(4)
1('
2
1n n n n n n r n r n r n q πε
321,,n n n 遍及所有正负离子，因子1/2—库仑作用为两个离子所共有，一个离子的库伦能为
相互作用能的一半。
一个原胞有两个离子，其原胞的能量：
∑
++-++3
21321,,2
/1223
2
22
2
21
02
)
(4)
1('
n n n n n n r n r n r n q πε
即
r
q
n n n r
q
n n n n n n 02
,,2
/1232
22
102
4)()
1('
43
21321πεαπε-
=++-∑
++Σ++
∑
++-=
-++3
21321,,2
/1232
22
1)
()
1('
n n n n n n n n n α
α:马德隆常数，完全取决于晶体的结构。
几种常见的晶体晶格的马德隆常数
相邻两个离子因电子云有显著重叠时的排斥能：0
/r r be
-n
r
b or
在NaCl 晶体中只考虑近邻离子的排斥作用，每个原胞的平均排斥能：n
r
b 6
晶体中有N 个原胞，系统的内能：]6
4[02
n
r
b r
q
N U +-
=πε
α][n
r
B r
A N +
-
=
2
,64q
A B b απε=-
=
2）平衡时晶体的体积和晶格常数
原子形成晶体以后，系统具有更低的能量。
如果分散周期性排列的原子构成的系统，其内能为零，形成晶体时内能降低，放出能量W ，称W 为结合能。
－W 就是结合成晶体后系统的内能。
不考虑热效应，外界作功等于系统内能增量，即 dU pdV =-， dV
dU p -=
在一般条件下00≈=-
p dV
dU
晶体只受大气压的作用，对晶体体积的影响很小，由此可以确定晶体平衡时的体积和晶格常数。
离子晶体的内能：][n
r
B r A N U +-
=
图XCH002_001和图XCH002_002是原子之间的作用力和势能曲线。
平衡位置，吸引力与排斥力相互抵消，原子的相互作用势能最小，体系的内能最低。
（1）晶格常数：
令
00
==r r dr
dU ，010
20
=+
-
+n r
nB r
A ，11
0)(
-=n A
nB r
NaCl 晶体为面心立方晶格，原胞体积
3
4
1a 301(2)4
r =
3
02r =
对于NaCl 晶体相邻正负离子之间的距离为相邻正粒子之间距离的二分之一： r0=a/2
（2）平衡时NaCl 晶体体积： 3
002Nr V =
3）晶体的体变模量和结合能 体变模量：V
dV dp K /-=
，将dV
dU p -
=代入得到)(2
2
dV
U d V
K =
平衡状态下：0)(2
2
V dV
U d V
K =，将][n
r
B r
A N U +
-
=和3
02Nr V =代入
得到 ])1(2[18120
30
+++
-
=
n r
B n n r
A r K
利用
00
==r r dr
dU 得到的： 01
2
=+
-
+n r nB r A 和0
2
4πε
αq
A -
=
（1）体变模量 40
2184)1(r
q n K ⨯-=
πε
α
依据实验测得的晶格常数和体变模量，从上式可以确定排斥力中的参数n 。
晶体的结合能：)(0r U W -= 将][n
r
B r A N U +-
=、01
2
=+
-
+n r nB r A 和0
2
4πε
αq
A -
=代入
（2）晶体的结合能 )11(40
02n
r q
N W -
=
πεα，根据不同晶体确定的n ，可以计算结合能。