《结构与物性》课程教学大纲

《结构与物性》教学大纲课程名称：结构与物性英文名称：StructureandProperties课程编号：F047091662学分：3.5学分总学时/课内实践学时：56学时课程性质：选修课程开课单位：数理科学与工程学院物理系基层教学组织适应对象：应用物理学专业课程简介本课程是应用物理学专业的一门基础选修课，其任务是使学生掌握微观物质运动的基本规律，获得原子、分子及晶体结构的基本理论、基础知识，了解物质的结构与性能关系，了解研究分子和晶体结构的近代物理方法的基本原理，为后修课程原子物理、量子力学、固体物理的学习打下必要的基础。通过本课程的学习，培养学生能从物质结构与物质性质(性能)相互关系的基本规律出发，分析和解决问题，引导学生养成严谨、活跃、创新的思维方式和学习方法。Thiscourseisabasicoptionalcourseofappliedphysicsmajor.Itstaskistoenablestudentstomasterthebasiclawsofthemotionofmicroscopicmatter,acquirethebasictheoriesandknowledgeofthestructureofatoms,moleculesandcrystals,understandtherelationshipbetweenthestructureandpropertiesofthematter,andunderstandthebasicprinciplesofmodernphysicalmethodsforstudyingthestructureofmoleculesandcrystals.Itlaysanecessaryfoundationforthefollow-upcoursessuchasatomicphysics,quantummechanicsandsolidstatephysics.Throughthestudyofthiscourse,studentsaretrainedtoanalyzeandsolveproblemsbasedonthebasiclawoftherelationshipbetweenmaterialstructureandproperties(performance),andstudentsareguidedtodeveloprigorous,activeandinnovativewaysofthinkingandlearningmethods.课程目标强化科学伦理教育，通过理论与科研实践的结合培养学生分析问题和解决问题的能力，使学生具备良好的科研素养和科学的世界观，激发学生科技报国的家国情怀和使命担当。了解量子力学基本假设，掌握一维势箱粒子薛定谔方程求解。研究原子、双原子及多原子分子的结构和性质及分子光谱，探讨分子对称性和性质之间的联系。熟悉计算化学方法，能应用计算软件计算分析分子的结构和性质。1.Strengthenscienceethicseducation,cultivatestudents'abilitytoanalyzeandsolveproblemsthroughthecombinationoftheoryandscientificresearchpractice,makestudentshavegoodscientificresearchaccomplishmentandscientificworldoutlook,andinspirestudents'feelingsandmissionofservingthecountrybyscienceandtechnology.2.Understandthebasicassumptionsofquantummechanics,masterthesolutionofone-dimensionalpotentialboxparticleSchrodingerequation.Thestructure,propertiesandmolecularspectraofatomic,diatomicandpolyatomicmoleculesarestudied,andtherelationshipbetweenmolecularsymmetryandpropertiesisdiscussed.3.Familiarwithcomputationalchemistrymethods,abletoapplycomputationalsoftwaretocalculateandanalyzethestructureandpropertiesofmolecules.三、课程目标与毕业要求对应关系表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量子力学初步2毕业要求1，2，3原子的结构和性质1，2毕业要求1，2，3双原子分子结构与分子光谱1，2毕业要求1，2，3分子对称性和群论1，2，3毕业要求1，2多原子分子的结构和性质1，2毕业要求1，3计算化学简介1，3毕业要求1，3计算软件使用1，2，3课程教学安排课程共有7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课程综述；量子力学基础62原子的结构和性质63双原子分子结构与分子光谱4+24分子对称性和群论4+25多原子分子的结构和性质6+26计算化学简介27MS、Gaussian、ATK、VASP等软件计算实例16+48总结2合计56教学安排第一部分课程综述；第一章量子力学基础1.1微观粒子运动特征；1.2量子力学基本假设；1.3薛定谔方程及解；1.4一维势箱的应用1.5一维势箱模型推广到三维模型重点：微观粒子波粒二象性和测不准原理；一维和三维势箱粒子薛定谔方程及解难点：微观粒子的波粒二象性和测不准原理；一维和三维势箱粒子薛定谔方程及解教学要求：了解《结构与物性》课程特点，授课内容综述概况，基本的学习方法；了解黑体辐射能量密度分布；微观粒子波粒二象性；测不准原理；了解量子力学基本假设；一维势箱粒子薛定谔方程及解；了解一维势箱应用第二部分原子结构和性质2.1单电子原子与离子2.2量子数和波函数的物理意义2.3多电子原子结构与原子轨道2.4原子光谱重点：掌握单电子原子的薛定谔方程，并求解单电子原子波函数，量子数和波函数的物理意义和原子光谱难点：掌握单电子原子的薛定谔方程，并求解单电子原子波函数，量子数和波函数的物理意义和原子光谱教学要求：掌握单电子原子的薛定谔方程，了解分离变量法，求解单电子原子波函数，了解多电子原子结构与原子轨道；理解量子数和波函数的物理意义，了解多电子原子光谱第三部分双原子分子结构与分子光谱3.1H2+的结构和分子轨道理论3.2H2分子的结构和价键理论3.3双原子分子结构3.4分子光谱和双原子分子结构测定重点：H2分子结构及价键理论；双原子分子结构及分子光谱难点：H2分子结构及价键理论；双原子分子结构及分子光谱教学要求：了解H2+结构和分子轨道理论；H2分子结构；双原子分子及分子光谱和双原子分子结构测定第四部分分子对称性和群论4.1对称性基本概念；4.2对称元素的组合；4.3对称操作的集合与分子点群；4.4分子对称性与分子性质重点：对称操作的组合和分子点群，对称操作及矩阵表示难点：对称操作的组合和分子点群，对称操作及矩阵表示教学要求：了解分子对称性，了解对称操作及矩阵表示，了解对称操作的组合、群的乘法表和分子点群；了解分子对称性与分子的偶极矩和旋光性质第五部分多原子分子的结构和性质5.1价电子对互斥理论5.2杂化轨道理论5.3离域分子轨道理论5.4休克尔分子轨道法5.5离域π键和共轭效应重点：掌握离域分子轨道理论，掌握休克尔轨道法的应用，理解离域π键和共轭效应难点：掌握离域分子轨道理论，掌握休克尔轨道法的应用，理解离域π键和共轭效应教学要求：理解价电子对互斥理论；掌握杂化轨道理论和离域分子轨道理论；理解休克尔分子轨道法并应用；理解离域π键和共轭效应，了解分子轨道对称性和反应机理第六部分计算化学简介1从头算(abinitio)方法2半经验分子轨道法3包含电子相关的分子轨道理论4密度泛函理论(DFT)5大型计算机程序的使用重点：了解计算化学的各种方法难点：了解计算化学的各种方法教学要求：了解计算化学的各种方法软件计算实例重点：掌握使用不同的计算软件。难点：掌握使用不同的计算软件。教学要求：查看软件使用手册，并使用计算软件建模计算。五、课内实践教学内容及要求无六、课程考核与评价表4：成绩评定方式表考核环节分值考核/评价细则平时作业30根据全部作业的得分再按30%计入总成绩