【教学大纲】材料物理导论

《材料物理导论》课程教学大纲课程名称：材料物理导论课程类别：专业主干课适用专业：材料化学考核方式：考试总学时、学分：64学时4学分其中实验学时：0学时一、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、探讨材料宏观性质2使学生掌握村料物理的基本概念、基本知识、基本理论、基本思维方法3学会从微观微观成本质出发去研究材料宏观性质的思路;4定性掌握根据分、结构、缺陷设计材料性能的思路二、课程教学要求材料物理导论是材料专业基本课程，在掌握先修课程的基础上，尽量结合实验教学，才能达到教学效果。三、先修课程高等数学、大学物理、材料晶体化学、(结构化学)、材料物理化学四、课程教学重、难点掌握材料的力学、热学、电学、磁学和光学的基本原理。五、课程教学方法与教学手段讲课结合PPT和实验教学。六、课程教学内容第一章材料的力学（8学时）1．教学内容(1)本章是本书重要的基础性内容,主要阐述与材料多种力学性能有关的物理定义和数学表达式及其微观机理。包括:应力、应变,弹性形变、黏性形变,杨氏模量、剪切模量、体积模量、泊松比,材料的塑性、蠕变与黏弹性,Maxwell模型和Voigt模型,材料的断裂与机械强度、材料的脆性断裂与韧性断裂,材料的硬度,古典量子论、量子力学的假设、薛定谔方程、量子力学的应用、隧道效应,以及材料的力学与显微结构关系专题2．重、难点提示(1)材料量子力学的假设。第二章材料的热学（8学时）1．教学内容(1)本章是本书重要的基础性内容,主要阐述与材料多种热学性能有关的物理定义和数学表达式及其微观机理。包括:热力学概要、统计力学概要、热力学与统计力学的关系,材料的热容量、晶格的热振动、声子、热容量的经验定律、热容量的经典理论、热容量的量子理论、实际材料的热容量,材料的热膨胀、材料热膨胀的微观机理,材料的热传导、材料热传导的微观机理,材料的热稳定性、材料的热应力断裂、材料的热应力损伤、实际材料的热稳定性,以及集成电路用导热材料专题。2．重、难点提示(1)热容理论的理解。第三章材料的电学（10学时）1．教学内容(1)本章是本书最重要的基础性内容,主要阐述与材料多种电学性能有关的物理定义和数学表达式及其微观机理。包括:欧姆定律的微分形式,金属的自由电子论、金属的电导率,能带理论、布洛赫定理、准自由电子近似的电子能谱,导体、半导体与介电体的区别,材料的电导、电子型电导、施主与受主、杂质能级、电子与空穴、杂质的补偿、半金属、电子浓度、电子迁移率、电导率、电子散射,离子型电导、电解效应、离子浓度、离子迁移率、实际材料的电导率,材料的介电性、电介质的极化、材料的电极化、电子极化、离子极化、偶极子转向极化、莫索提内电场、克劳休斯方程、德拜方程、自发极化、电滞现象、铁电体,材料的电损耗、Maxwell-Wagner夹层极化、复合介质关系式,材料的电击穿、抗电强度、固体介质的电击穿理论、局部放电现象,材料的超导电性、超导电现象、迈斯纳效应、约瑟夫逊效应,以及高温超导材料专题和LED发光显示材料专题。2．重、难点提示(1)载流子和自由电子理论和能带理论。第四章材料的磁学（12学时）1．教学内容(1)本章可在前面三章基础上进行比照阅读,主要阐述与材料多种磁学性能有关的物理定义和数学表达式及其微观机理。包括:材料的磁现象、磁导率、磁化率,材料磁性的微观机理、磁偶极子、Bohr磁子、轨道磁矩、自旋磁矩,抗磁性、顺磁性、反铁磁性、铁磁性、亚铁磁性,材料磁性的热力学关系,材料的抗磁性理论,材料的顺磁性理论,晶体场理论与轨道角动量猝灭,材料的铁磁性理论、分子场理论、材料的反铁磁性和亚铁磁性理论,铁磁材料的相互作用能,磁畴的形成及其稳定状态,材料的磁性能指标、材料的磁导率和磁能积、材料的磁损耗与品质因子、材料的磁性频谱、材料磁性能的稳定性,铁氧体磁性材料,以及稀土永磁材料进展专题。2．重、难点提示(1)磁性的微观机理；第五章材料的光学（8学时）1．教学内容(1)本章可在前面四章基础上进行比照阅读,主要阐述材料的多种光学性能有关的物理定义和数学表达式及其微观机理。包括:光的折射与反射、光的吸收、光的色散与散射、材料的透光性和颜色,发光及其材料、激光及其材料,光的传输、光学纤维材料、单模光纤、阶跃型多模光纤、渐变型多模光纤,材料的非线性极化、非线性光学材料,以及光纤通信材料专题和光波导技术及器件专题。2．重、难点提示(1)材料的颜色和光的传输。第六章材料的声学（8学时）1．教学内容(1)本章可在前面五章基础上进行比照阅读,主要阐述材料的多种声学性能有关的物理定义和数学表达式及其微观机理。包括:声波的产生、声波的传播、声阻抗,室内声学、吸声系数、混响时间、回声、声焦点,吸声材料、吸声结构,水中声学、水声材料,超声及其材料,微声及其材料,次声,以及压电材料专题和微波陶瓷专题。2．重、难点提示(1)声学性能有关的物理定义和数学表达式及其微观机理。第七章材料的功能转换（10学时）1．教学内容(1)本章可在前面六章介绍材料各自单独物理性能基础上进行综合阅读,主要阐述与材料的多种功能转换性能有关的物理定义和数学表达式及其微观机理。包括:Neumann法则,Heckmann图、主要效应、耦合效应、压电特性、热电效应,热弹行为,力一热一电性能的热力学,不同条件测量的系数关系,电光效应,光弹效应,折射率椭球,功能转换材料,压电材料热释电材料、光电材料、热电材料、电光材料、磁光材料、声光材料,以及复合智能材料专题。2．重、难点提示(1)材料的多种功能转换性能有关的物理定义和数学表达式及其微观机理。七、学时分配章目教学内容教学环节理论教学学时实验教学学时一材料的力学8二材料的热学8三材料的电学10四材料的磁学12五材料的光学8六材料的声学8七材料的功能转换10总计64八、课程考核方式1。考核方式：笔试2。成绩构成考试成绩九、选用教材和参考书目［1］《固体物理导论》（版次），c基泰尔编，北京：科学出版社，2005；［2］《材料物理数学基础》（1版），王疆瑛编，华东理工大学出版社，