固体物理教学大纲

1、固体物理（Solid-StatePhysics）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，

2、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，

3、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

4、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。实验：无实验要求。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

5、子性结合、金属性结合、共价结合。实验：无实验要求。上机：无上机安排。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。实验：无实验要求。上

6、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

7、别的规律、克龙尼克潘纳模型、简并微扰法。实验：无实验要求。上机：无上机安排。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。实验：无实验要求。上机：无上机安排。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

8、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。实验：无实验要求。上机：无上机安排。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、金属一绝缘体一半导体系统和MOS反型层。（3）了解非平

9、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、金属一绝缘体一半导体系统和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、金属一绝缘体一半导体系统和MOS反型层。实验：无实验要求。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1该章的基本要求与基本知识点：（1）理解原子的磁性、固体的磁性、铁磁性和分子场理论。（2）掌握电子泡利自璇顺磁性和朗道抗磁性。（3）了解自发磁化的局域电子模型、自璇波、磁畴、反铁磁性和亚铁磁性。2教学重点和难点：

10、重点：电子泡利自璇顺磁性和朗道抗磁性。难点：电子泡利自璇顺磁性和朗道抗磁性。实验：无实验要求。上机：无上机安排。习题课安排：本章无习题课安排。第九章.固体中的光吸收1该章的基本要求与基本知识点：（1）理解固体中的光吸收过程。（2）掌握无。（3）了解固体光学常数间的基本关系、半导体的带间光吸收、激光子吸收、自由载流子光吸收。2教学重点和难点：重点：固体中的光吸收过程。难点：固体中的光吸收过程。实验：无实验要求。上机：无上机安排。习题课安排：本章无习题课安排。第十章超导电的基本现象和基本规律1该章的基本要求与基本知识点：（1）理解超导转变和热力学、第二类超导体。（2）掌握什么是超导体及其基本电磁学

11、性质。（3）了解伦敦电磁学方程、金兹堡朗道方程、单粒子隧道效应和约瑟夫森效应。2教学重点和难点：重点：超导体及其基本电磁学性质。难点：超导体的基本电磁学性质。实验：无实验要求。上机：无上机安排。习题课安排：本章无习题课安排。第十一章固体中的元激发1该章的基本要求与基本知识点：（1）理解（2）掌握（3）了解元激发、声子、准电子和等离激元。2教学重点和难点：重点：无。难点：元激发概念、声子概念。3.实验：无实验要求。4.上机：无上机安排。习题课安排：本章无习题课安排。第十二章晶体中的缺陷和扩散1该章的基本要求与基本知识点：（1）理解固体中原子的扩散规律、紧半导体中杂质的作用。（2）掌握位错的概念。

12、（3）了解晶体中的缺陷的类型、热缺陷的概念、离子晶体的导电规律。2教学重点和难点：重点：位错的概念。难点：热缺陷的概念。3.实验：无实验要求。4.上机：无上机安排。习题课安排：本章无习题课安排。第十三章相图1该章的基本要求与基本知识点：（1）理解准晶态相变、三项平衡并存、共晶和包晶的转变、有限和连续固溶体。（2）掌握固体相图概念。（3）了解固溶体的混合熵和自由能。2教学重点和难点：重点：固体相图概念。难点：共晶和包晶的转变。3.实验：无实验要求。4.上机：无上机安排。习题课安排：本章无习题课安排。四、课程学时数安排课程学时数安排内容课堂讲授习题课实验上机小计课外学时绪论11第一章晶体结构1111第二章固体的结合44第三章晶格振动与晶体的热学性质88第四章能带理论9110第五章晶体中电子在电44制订人：教研室主任：教