材料物理学教学大纲
“材料物理”教学大纲
“材料物理”课程教学大纲课程名称：材料物理(Material Physics)课程代码：20301700课程学分/学时：3 / 48先修课程：高等数学、大学物理、材料晶体化学、(结构化学)、材料学导论开课学院：材料与化学学院（03）开课学期：春季课程教学目的：1.使学生从微观的成分、结构、缺陷以及电子、原子（离子）运动出发，认知、探讨材料的宏观性质。
2.使学生掌握材料物理的基本概念、基本知识、基本理论、基本思维方法3.学会从微观本质出发去研究材料宏观性质的思路；4.定性掌握根据微观成分、结构、缺陷设计材料性能的思路。
本课程适用于材料类本科专业主修，也适用于物理、化学、宝石学类专业本科生、研究生修读。
课程内容提要:0 绪论材料物理在材料科学与工程学科中的地位，材料物理的研究内容、研究方法，材料物理与其它学科分支的关系，材料物理与后续课程的关系。
1 统计物理基础理解宏观态与微观态的关系，掌握经典粒子、费米子、玻色子的概念及异同，理解微观粒子全同性、非定域性、定域性、可辨性，理解近独立粒子系统、粒子相空间、统计假设、微观状态数(热力学概率)。
理解玻耳兹曼统计、费米统计、玻色统计的基本原理及异同。
掌握玻耳兹曼分布函数、费米分布函数、玻色分布函数及三者的关系，掌握量子态密度、费米能级含义。
掌握粒子在有势场中的玻耳兹曼分布。
2 材料的点缺陷掌握亚晶格、晶格缺陷的概念，熟练掌握点缺陷的Kröger-Vink符号、缺陷浓度的含义、缺陷反应的书写规则。
掌握点缺陷的种类及其形成方式：本征的肖特基缺陷、弗伦克尔缺陷、反结构缺陷，非化学计量的阴离子缺位型、阳离子缺位型、间隙阴离子型、间隙阳离子型缺陷，掺杂的替位杂质缺陷、间隙杂质缺陷。
掌握施主掺杂及施主能级、受主掺杂及受主能级。
理解电子陷阱，掌握点缺陷的局域能级。
理解质量作用定律应用于缺陷反应的条件，掌握本征点缺陷热力学平衡的推导，学会分析单因素点缺陷平衡，掌握点缺陷浓度与温度、非化学计量、气氛、掺杂的关系。
材料物理导论课程教学大纲
材料物理导论课程教学大纲一、课程说明（一）课程名称、所属专业、课程性质、学分；课程名称：材料物理导论所属专业：材料物理课程性质：专业基础课学分：4（二）课程简介、目标与任务；课程简介：材料物理导论是材料科学专业的主干基础课，它着重阐述固体的结构、组成粒子间的相互作用以及粒子的运动规律，并在此基础上阐明固体的基本性质及其应用的原理。
目标与任务：通过本课程的学习，使学生们学习和掌握固体的基本结构和固体宏观性质的微观本质，使学生们掌握研究固体物理的基本方法和理论。
使学生们掌握晶体结构、晶体结合、声子、自由电子和能带理论等相关知识。
着重培养学生对基本物理概念、物理模型和物理过程的理解。
（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；先修课程为量子力学、热力学与统计物理。
后续课程包括材料科学基础、材料学等。
（四）教材与主要参考书。
教材：C. 基泰尔《固体物理导论》主要参考书：1．黄昆、韩汝琪《固体物理学》2．胡安、章维益《固体物理学》3．黄昆《固体物理学》4．孙会元《固体物理基础》5．方俊鑫、陆栋《固体物理学》二、课程内容与安排第一章晶体结构第一节绪论第二节原子的周期性阵列第三节点阵的基本类型第四节晶向、晶面指数系统第五节简单晶体结构第二章晶体衍射和倒易点阵第一节晶体衍射第二节散射波振幅第三节布里渊区第四节实验衍射方法第五节结构基元的傅立叶分析第三章晶体结合第一节晶体结合的基本形式第二节惰性气体的晶体第三节离子晶体第四章声子I－晶格振动第一节一维单原子链振动第二节一维双原子链振动第三节三维晶格振动第四节格波量子-声子第五节声子动量第五节声子对中子的非弹性散射第五章声子II－热学性质第一节晶格热容第二节非谐晶体相互作用第三节晶格的热传导第六章自由电子费米气体第一节金属自由电子论的物理模型第二节能级和态密度第三节自由电子气体的热容第四节电导和欧姆定律第五节电子在电磁场中的运动第六节金属热导率第七章能带I第一节近自由电子模型第二节布洛赫定理第三节电子在周期势场中的波动方程第四节能带的图示法第五节能带与导电性第八章能带II第一节准经典近似与运动方程第二节空穴第三节有效质量第九章费米面和金属第一节费米面构图第二节紧束缚近似第三节费米面研究的实验方法（一）教学方法与学时分配课堂讲授，18周，共72学时。
材料物理课程教学大纲
《材料物理》课程教学大纲一、《材料物理》课程说明（一）课程代码：（二）课程英文名称：Material Physics（三）开课对象：材料物理学专业（四）课程性质：《材料物理》是材料学专业的一门基础必修课，本课程的任务是通过各种教学环节，使学生通过学习掌握金属物理、半导体物理、磁学、电介质物理等多学科基础理论。
（五）教学目的：通过材料物理的教学，使获得材料学科完整而充实的知识，对近代物理学的全貌有一个基本的和概括的了解，毕业后可适应材料研究与开发工作。
（六）教学内容：本课程共分为四个部分。
第一部分介绍了自由电子理论、能带理论、现代电子理论及材料的物理性质。
第二部分讨论了材料结构、组织变化与控制及材料的力学性质。
第三部分涉及材料表面界面结果、行为和低维材料。
第四部分介绍硅酸盐聚集态的结构、扩散、相变的动力学。
（七）教学时数教学时数：72 学时学分数： 4 学分（八）教学方式以黑板讲授为主要形势的课堂教学（九）考核方式和成绩记载说明考核方式为考试。
严格考核学生出勤情况，达到学籍管理规定的旷课量取消考试资格。
综合成绩根据平时成绩和期末成绩评定，平时成绩占40% ，期末成绩占60%。
二、讲授大纲与各章的基本要求第一章材料的电子理论教学要点：通过本章的教学使学生初步了解自由电子理论，掌握原子间的结合与电子，包括离子键、共价键、范德华键、金属键等基本概念。
理解金属的自由电子理论、自由电子近似的德鲁特－劳伦兹模型。
1、使学生掌握原子间德结合、原子结合成晶体的键和类型。
2、使学生掌握离子键、共价键、范德华键、金属键之间的区别。
3、掌握魏德曼－弗朗兹比率4、掌握单电子问题实质是讨论电子在平均势场中的动能。
教学时数：4学时教学内容：第一节原子间的结合与电子一、离子键二、共价键三、范德华键四、金属键第二节自由电子近似考核要求：1、原子间的结合与电子1.1离子键（识记）1.2共价键（识记）1.3范德华键（识记）1.4金属键（识记）2、自由电子近似2.1 玻恩－卡曼边界条件（领会）2.2 晶体中形成的能带（领会）2.3 电子在平均势场中的动能（领会）第二章能带理论教学要点：通过本章的教学使学生初步了解能带理论。
材料物理学教学大纲
材料物理学教学大纲一、引言1. 教学目的和意义本教学大纲旨在介绍材料物理学的基本概念、原理和实践应用，为学生提供全面的材料物理学知识基础和实验技能，以培养学生的科学研究能力和创新意识。
2. 教学内容和结构本教学大纲将涵盖材料物理学的相关主题，包括晶体结构和缺陷、材料力学性能、材料的电学和磁学性质、材料的热学性质以及材料的光学性质等。
同时，课程将注重理论学习与实践应用的结合，通过实验操作和实践案例的学习，提高学生的实验技能和问题解决能力。
3. 教学目标和要求通过本课程的学习，学生应达到以下目标和要求：- 具备材料物理学基本概念的理解和掌握；- 熟悉材料物理学的实验技术和实践应用；- 具备分析和解决材料物理学问题的能力；- 培养学生的创新思维和科学研究能力；- 培养学生的团队合作和沟通交流能力。
二、教学内容1. 晶体结构和缺陷- 晶体结构的基本概念和分类- 晶体缺陷的种类和性质- 材料的结晶方式和晶体生长控制技术 - 晶体缺陷对材料性能的影响2. 材料力学性能- 材料的力学特性：弹性、塑性、破裂等 - 应力和变形的关系及其应用- 材料的硬度和韧性测量方法- 材料的疲劳和断裂行为3. 材料的电学和磁学性质- 材料的导电和绝缘特性- 材料的电磁特性和电磁波传播- 材料的磁性和磁场的作用- 超导材料和磁性材料的应用4. 材料的热学性质- 材料的热传导和导热材料- 材料的热膨胀和热应力- 材料的相变和热处理技术- 材料的热电效应和热力学性质5. 材料的光学性质- 材料的折射和反射特性- 材料的色散和吸收特性- 材料的光学纤维和光电子器件- 材料的光学薄膜和表面处理技术三、教学方法和手段1. 授课教师将采用讲授的方式介绍材料物理学的相关理论知识和实践应用，结合具体案例和实验结果进行说明和分析。
2. 实验操作配备实验室和相关实验设备，教师将组织学生进行实验操作和案例研究，培养学生的实验技能和问题解决能力。
3. 讨论和研讨教师将组织学生进行小组讨论和研讨，引导学生深入探讨材料物理学的前沿知识和研究领域，培养学生的科学研究能力和创新意识。
材料物理综合实验教学大纲
材料物理综合实验教学大纲材料物理综合实验教学大纲材料物理是一门研究材料性质和行为的学科，它涉及到材料的结构、性能、制备和应用等方面。
而材料物理综合实验则是培养学生实践能力、观察力和分析能力的重要途径。
为了更好地进行材料物理综合实验教学，制定一份完善的教学大纲是非常必要的。
一、实验目的与意义材料物理综合实验的目的是通过实践操作，让学生深入了解材料的基本性质和特征，培养学生的实验技能和科学素养。
通过实验，学生可以掌握材料的制备和测试方法，了解材料的结构与性能之间的关系，为材料的研究和应用奠定基础。
二、实验内容1. 材料的制备与表征实验：学生将学习不同材料的制备方法，如溶液法、固相法等，并通过实验手段对制备的材料进行表征，如X射线衍射、扫描电子显微镜等。
通过实验，学生将深入了解材料的结构和形貌。
2. 材料性能测试实验：学生将学习不同材料的性能测试方法，如力学性能测试、热学性能测试等。
通过实验，学生可以对材料的力学、热学、电学等性能进行测试和分析，了解材料的性能特点。
3. 材料应用实验：学生将学习材料的应用实验，如材料的耐腐蚀性测试、材料的光学性能测试等。
通过实验，学生可以了解材料在不同领域的应用情况，培养学生的创新思维和应用能力。
三、实验教学方法1. 理论与实践相结合：在实验教学中，要注重理论知识与实践操作的结合。
在进行实验前，要对实验原理和操作方法进行讲解，使学生能够理解实验的目的和方法。
在实验过程中，要引导学生动手操作，亲自进行实验，培养学生的实践能力。
2. 小组合作学习：实验教学可以采用小组合作学习的方式进行。
学生可以分成小组，共同完成实验任务。
通过小组合作学习，可以培养学生的团队合作精神和交流能力。
3. 实验结果分析与讨论：在实验结束后，要对实验结果进行分析和讨论。
学生可以通过实验结果，总结实验中的规律和问题，培养学生的分析能力和创新思维。
四、实验安全与环境保护在进行材料物理综合实验时，要注意实验的安全性和环境保护。
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《材料物理学》课程教学大纲
一、课程基本信息
课程编号：13103102
课程类别：专业核心课程
适应专业：材料物理
课程总的教学时数：64学时
课程总学分：3 学分
课程简介：
材料物理是介于物理学与材料学之间的一门边缘学科，它旨在利用物理学中的一些学科的成果来阐明材料中的种种规律和转变过程。
本课程试图从物理学的角度来说明物质的微观结构、组织形貌、原子电子运动状况以及它们与材料性能和成分之间的关系, 即突出了物理学的主干,从物理学的一些基本概念、基本原理、基本定律出发, 并建立相应的物理模型, 阐述材料本身的结构、性质和它们在各种外界条件下发生的变化及其变化规律。
本书课程内容丰富、涉及面广、实用性强。
主要介绍金属结构理论；缺陷物理；材料强化；导电物理基础；材料的介电行为；铁电物理；磁性物理；材料的相变；非晶态物理；低维材料结构。
授课教材：《材料物理》王国梅、万发荣主编，武汉理工大学出版社，2004
参考书目：
[1]《材料物理学概论》，李言荣、恽正中主编，清华大学出版社，2001年。
[2]《材料物理导论》，熊兆贤主编，科学出版社，2002年。
[3]《材料物理导论》，徐毓龙主编，电子科技大学出版社，1995年。
二、课程教育目标
材料物理学是材料学中一门重要的基础课程，通过这门课程的教学，达到以下目标：（1）要求学生能够掌握典型固体材料的结构、物理现象、性质、形成机制和应用，了解材料的制备技术和发展状况；
（2）要求学生能够掌握材料物理的基本概念，基本理论和方法技术。
三、教学内容与要求
第一章概论2学时
第二章材料结构理论
教学重点：晶体学中的一些基本概念和初步计算方法
教学难点：材料结构的实验表征方法
教学时数：6学时
教学内容：概述，原子结合与结合键，晶体结构与晶体学，准晶、非晶和液晶，材料结构的实验研究
教学方式：课堂讲授
教学要求：
（1）了解材料中原子的结合方式：离子键、共价键、极化键、金属键。
（2）掌握晶体学中的一些基本概念和初步计算方法。
（3）了解准晶、非晶、液晶的概念。
（4）熟悉材料结构的实验表征方法。
第三章缺陷物理
教学重点：点缺陷的概念、分类及其对材料物理性能的影响
教学难点：面缺陷
教学时数：6学时
教学内容：缺陷物理概述，点缺陷，原子扩散理论，离子晶体中的点缺陷及其导电性，位错，面缺陷
教学方式：课堂讲授
教学要求：
（1）掌握点缺陷的概念、分类及其对材料物理性能的影响。
（2）了解材料中原子的扩散现象和扩散机制。
（3）了解离子晶体中的点缺陷及其导电性。
（4）掌握位错概念及其对晶体性质的影响。
（5）了解面缺陷和晶界能。
第五章导电物理
教学重点：金属材料和半导体材料的导电机制，能带理论
教学难点：半导体的物理效应
教学时数：8学时
教学内容：导电物理概述，材料的导电性能，半导体与p-n结，半导体的物理效应，半导体陶瓷的缺陷化学理论基础，能带理论的应用
教学方式：课堂讲授
教学要求：
（1）掌握金属材料和半导体材料的导电机制。
（2）了解材料的导电性能与材料的结构的关系。
（3）了解一些功能材料如p-n结和晶体管。
（4）了解材料中光电的相互联系及其应用。
第六章电介质物理
教学重点：电介质理论，电介质的极化响应及行为，电介质的电荷转移、电导、损耗及击穿等特性
教学难点：静电场中的电介质行为
教学时数：10学时
教学内容：电介质概述，静电场中的电介质行为，变动电场中的电介质行为及损耗，极化驰豫，动态介电系数，固体电介质的电导与击穿
教学方式：课堂讲授
教学要求：
（1）掌握电介质的极化响应及行为。
（2）掌握电介质的电荷转移、电导、损耗及击穿等特性。
（3）了解电介质的概念、分类及四大基本常数。
（4）掌握电介质理论。
第七章铁电物理
教学重点：铁电物理学的一些基本概念，铁电体的电畴和电滞回线
教学难点：铁电体的电畴和电滞回线
教学时数：8学时
教学内容：铁电物理的一般性质，铁电体的电畴和电滞回线，铁电相变与晶体的结构变化，铁电体物理效应，铁电物理效应的实验研究
教学方式：课堂讲授
教学要求：
（1）掌握铁电物理学的一些基本概念。
（2）了解自发极化产生的机制、铁电相变与晶体结构的变化。
（3）了解极化状态在各种外界条件下的变化，即各种物理效应：介电响应、压电、热释电、电致伸缩、光学效应等。
（4）掌握铁电体的电畴和电滞回线。
第八章磁性物理
教学重点：物质磁性的来源、原子磁矩的计算和材料中原子磁矩的计算规则，磁性分类、顺磁性和抗磁性概念及居里－外斯定理
教学难点：磁畴与磁畴结构
教学时数：10学时
教学内容：磁性物理概述，原子和离子固有的磁矩，物质的抗磁性和顺磁性，铁磁性的分子场理论，亚铁磁性的分子场理论，铁磁体中的磁晶各向异性、磁致伸缩，磁
畴与磁畴结构
教学方式：课堂讲授
教学要求：
（1）掌握物质磁性的来源、原子磁矩的计算和材料中原子磁矩的计算规则。
（2）掌握磁性分类、顺磁性和抗磁性概念及居里－外斯定理。
（3）了解铁磁性的分子场理论和亚铁磁性的超交换理论。
（4）了解铁磁性物质内部的能量和磁畴的形成。
第九章材料的相变
教学重点：相变的基本类型，有序-无序相变，朗道相变理论
教学难点：朗道相变理论
教学时数：6学时
教学内容：概述，相变的基本类型，马氏体相变，有序无序相变，朗道相变理论概要，相变微观理论简介，相变的实验研究
教学方式：课堂讲授
教学要求：
（1）掌握相变的基本类型和划分的依据
（2）了解马氏体相变和朗道相变理论
（3）了解相变微观理论。
第十章非晶态物理基础
教学重点：非晶态固体的结构，非晶态半导体
教学难点：非晶态半导体
教学时数：4学时
教学内容：概述，非晶态固体的结构，非晶态固体结构模型，非晶态固体的形成，非晶态半导体
教学方式：课堂讲授
教学要求：
（1）掌握非晶态固体的结构特点以及非晶态半导体的电子态和能带模型
（2）知道非晶态固体的形成
（3）了解非晶态半导体的电导
第十二章低微材料结构
教学重点：薄膜的结构和缺陷，薄膜的表面和界面
教学难点：界面结构和界面特性、电接触
教学时数：4学时
教学内容：薄膜的形成，薄膜的结构和缺陷，薄膜的表面和界面，薄膜的尺寸效应薄膜和基片的附着
教学方式：课堂讲授
教学要求：
（1）掌握薄膜形成的理论基础，掌握薄膜的尺寸效应
（2）知道附着机理和附着的基本概念
（3）了解薄膜的内应力
四、作业
该课程原则上每次课都布置作业，除了教材中的习题，也可以补充一些典型习题。
五、考核方式与成绩评定
考核方式：考试。
成绩评定：总评成绩= 平时成绩（30%）+期末考试（70%），其中平时成绩是平时作业与出勤情况，视具体情况而定。
执笔人：
责任人：
2013年8月。