《固体物理》课程教学大纲

《固体物理》教学大纲课程名称：固体物理英文名称：SolidStatePhysics课程编号：F047091641学分：3总学时/课内实践学时：48/0课程性质：必修课程开课单位：数理科学与工程学院适应对象：应用物理学专业课程简介固体物理是物理学的重要分支，主要研究固体的微观结构、运动状态、物理性质及其相互关系。开设目的在于使学生系统掌握固体中电子等粒子的运动规律以及能带的计算方法，掌握固体材料的常规性质和研究方法，了解固体物理领域新进展。本课程的主要内容包括：1、固体物理基本概念及固体结合方式。2、晶体结构布拉伐格子及倒格子描述方法。3、晶格振动简谐近似及能带理论。教学方式为讲授法及讨论法为主，考核方式为平时作业结合期末闭卷考试。固体物理课程是联结基础理论与实际应用的桥梁，其特点是面向新材料、新技术，学科交叉融合知识丰富，知识更新速度快。在教学中，应通过介绍当下前沿学术文献，以及结合固体物理科学前辈事迹等形式，培养学生的科学家精神与爱国情怀。Solidstatephysicsisanimportantbranchofphysics,whichmainlystudiesthemicrostructure,motionstate,physicalpropertiesandtheirmutualrelationsofsolids.Thepurposeofthecourseistoenablestudentstosystematicallymasterthemotionlawofparticlessuchaselectronsinsolidsandthecalculationmethodofenergyband,mastertheconventionalpropertiesandresearchmethodsofsolidmaterials,andunderstandthenewprogressinthefieldofsolidphysics.Themaincontentsofthiscourseinclude:1.Basicconceptsofsolidstatephysicsandthewayofsolidstatecombination.2.CrystalstructureBravalatticeandinvertedlatticedescriptionmethod.3.Harmonicapproximationoflatticevibrationandbandtheory.Theteachingmethodismainlylecturinganddiscussionmethod,andtheassessmentmethodispeacetimehomeworkcombinedwithfinalclosedpaperexamination.Solidstatephysicscourseisabridgeconnectingbasictheoryandpracticalapplication.Itischaracterizedbynewmaterialsandnewtechnologies,richknowledgeofinterdisciplinaryintegration,andfastknowledgeupdate.Inteaching,itisnecessarytocultivatestudents'scientistspiritandpatrioticfeelingsbyintroducingthecurrentadvancedacademicliteratureandcombiningthedeedsofpredecessorsinsolidstatephysics.课程目标1、强化科学伦理教育，注重科学思维方法训练和科学精神培养，提高学生分析问题和解决问题的的能力，激发学生科技报国的家国情怀和使命担当。2、了解固体的结构及其组成粒子之间相互作用与运动规律，了解固体物理领域的新进展，拓展学生视野，丰富跨学科知识储备。3、使学生深入理解固体物理基本概念，有清晰的物理学思维，能够熟练掌握基本的物理方法，并具有综合运用所学知识分析问题和解决问题的能力，为以后课程打下坚实的基础。1.Strengthenscientificethicseducation,focusontrainingscientificthinkingmethodsandcultivatingscientificspirit,improvestudents'abilitytoanalyzeandsolveproblems,andstimulatetheirpatriotismandmissionofservingthecountrythroughscienceandtechnology.2.Understandthestructureofsolidsandtheinteractionsandmotionlawsbetweentheirconstituentparticles,learnaboutnewdevelopmentsinthefieldofsolidphysics,broadenstudents'horizons,andenrichinterdisciplinaryknowledgereserves.3.Enablestudentstohaveadeepunderstandingofthebasicconceptsofsolid-statephysics,clearphysicsthinking,proficientmasteryofbasicphysicsmethods,andtheabilitytocomprehensivelyapplylearnedknowledgetoanalyzeandsolveproblems,layingasolidfoundationforfuturecourses.三、课程目标与毕业要求对应关系本课程的课程目标对应用物理学专业毕业要求指标点的支撑情况如表1所示：表1课程目标与毕业要求对应关系毕业要求指标点课程目标毕业要求1：掌握较坚实的物理学与光电技术等方面的基础理论、基本实验方法和应用技能2毕业要求2：具备利用物理学、数学、计算机信息技术和光电技术等基础理论进行分析与解决实际问题的能力；3毕业要求3：具有初步的辩证唯物主义观点，牢固树立热爱祖国、振兴中华民族的使命感。1毕业要求4：具有广博的知识贮备、更新知识的能力并能够建立合理的知识结构，具有创新能力。2毕业要求5：具有一定的实验设计和归纳、整理、分析实验结果，撰写实验报告、实习报告和毕业论文的能力以及初步学术交流的能力；3课程教学安排课程共有5项教学内容，具体安排如下。表2：课程教学安排表序号教学内容思政元素课堂教学学时实验/实践教学学时学时小计1固体物理绪论职业教育和爱国教育222晶体结构——12123固体的结合——10104晶格振动科学家精神培养12125能带理论求真务实，精益求精1212合计4848教学安排1、固体物理绪论教学要求：了解固体物理的发展历程，掌握固体物理的研究对象；掌握晶体、非晶体、准晶体的定义及区别；熟悉石墨烯、碳纳米管等新兴的固体材料特性。教学内容：①固体物理的发展史；②固体物理的研究对象；③固体物理的未来发展方向。重点难点：①重点：固体物理的发展史。②难点：晶体、非晶体、准晶体的定义及区别；晶体的长程有序性、各向异性。思政元素：简述目前我国芯片产业与世界先进水平之间存在的差距，引入海思麒麟芯片的巨大突破，鼓励当代大学生努力学习钻研，弘扬爱国精神，积极为我国高端制造领域做出贡献。2、晶体结构教学要求：了解晶体结构的周期性和对称性，掌握布拉伐格子和倒格子的描述方法，掌握三维晶格的十四种晶格和七大晶系的分类依据和具体结构。教学内容：①晶体的周期性；②倒格子；③晶体的对称性；④晶体结构实例。重点难点：①重点：掌握晶体结构的特点，理解空间点阵概念，理解倒易点阵，掌握晶向及晶面指数。②难点：32个晶体学点群；14个布拉维格子；X射线衍射。3、固体的结合教学要求：了解固体的不同结合方式，掌握各种结合方式的结合机理和具体实例，掌握固体微观结构和宏观性质的内在联系。教学内容：①离子性结合；②共价结合；③金属性结合；④范德瓦尔斯结合；⑤元素和化合物晶体结合的规律性。重点难点：①重点：晶体的四种结合方式：离子结合，共价结合，金属结合，范德瓦耳斯结合。②难点：离子晶体的几何结构；分子晶体、金属及氢键晶体。4、晶格振动教学要求：了解简正近似与简正坐标，掌握一维单原子链、一维双原子链的振动，理解格波的量子理论，掌握爱因斯坦模型，德拜模型。教学内容：①简谐近似和简正坐标；②一维单原子链；③一维双原子链；④三维晶格的振动；⑤离子晶体的长光学波；⑥确定晶格振动谱的实验方法。重点难点：①重点：一维单原子链，一维双原子链的振动，声子的产生和定义，爱因斯坦模型及德拜模型的出发点和局限性。②难点：格波的量子理论，格波的模式数。思政元素：简述黄昆教授在我国固体物理研究领域的贡献，以及“黄昆方程”案例，了解中国先辈的奋斗精神和爱国精神，鼓励学生向先辈学习，培养学生的科学家精神，激发学生爱国情怀。5、能带理论教学要求：了解能带理论的发展史，掌握布洛赫电子和布洛赫定理，熟练掌握能带的计算方法以及图示方法。教学内容：①布洛赫定理及能带；②近自由电子近似；③紧束缚近似；④能带结构的计算；⑤费米面和能态密度。重点难点：①重点：布洛赫定理；能带及其图示；能隙；能带结构的近似计算方法；布里渊区；费米面的构造；能态密度。②难点：能隙和布拉格反射；能带结构的近似计算方法；费米面的构造。思政元素：以能带理论的“三大近似”、周期场中电子运动的“两个模型”为切入点，带学生了解科学家们如何一步步地通过科学近似手段，将复杂的多体问题最终转变为特殊的单体问题，并且又通过“微扰理论”从不同的角度来更加精确地还原事实的真相，让学生感受到科学探索的严谨性，培养学生求真务实，精益求精的科学精神。课内实践教学内容及要求无课程考核与评价表4：成绩评定方式表考核环节分值考核/评价细则分组讨