《材料物理性能A》教学大纲

《材料物理性能A》教学大纲适用范围：202X版本科人才培养方案课程代码：03145101课程性质：专业必修课学分：2学分学时：32学时（理论32学时）先修课程：物理化学、材料科学基础A、工程材料学A等后续课程：毕业实习、毕业设计等适用专业：材料科学与工程开课单位：材料科学与工程学院一、课程说明《材料物理性能A》是材料科学与工程专业的一门专业必修课程。本课程主要传授材料科学与工程领域的材料物理性能专业知识，为学习其他有关课程及以后从事技术工作打下必要的基础。通过本课程的学习，使学生掌握材料物理性能的基本概念、物理本质、变化规律及性能指标的工程意义，掌握影响材料物理性能的因素及物理性能与其化学成分、组织结构间、外界环境等之间的关系。为控制、改善和提高材料物理性能，充分发挥材料物理性能潜力，正确使用材料，开发具有特定物理性能的新材料打下基础。提高学生的逻辑推理能力、总结归纳能力及自学新知识的能力。二、课程目标通过本课程的学习，使学生达到如下目标：课程目标1：掌握量子理论、能带理论基础，掌握材料的导电性和导电微观机制相关理论，掌握电介质极化与物理本质，掌握材料的热容、热膨胀、热传导、热电性等热学性能，掌握材料的光学效应，掌握材料磁性能的基本理论，掌握材料弹性的表征及物理本质、内耗及其产生机制；能够掌握材料物理性能的物理本质和微观机制，根据材料的成分、微观组织结构对材料各种物理性能的影响规律和机理进行分析。课程目标2：了解和掌握材料的导电、介电、热学、光学、磁学以及弹性和内耗等性能的分析方法，具备分析和解决工程材料的宏观物理性能与微观结构特征之间关系的能力，逐步具有利用材料物理性能相关知识解决材料研究实际问题的能力，拥有自主学习和终身学习的意识，有不断学习和适应发展的能力。课程目标3：理解材料常规物理性能测试方法有关的国家标准、行业标准、企业标准、法律法规以及相关知识产权、行业政策；了解各种物理性能的研究热点、发展趋势和前沿应用。提高学生对材料各种物理性能基础理论知识的认知和分析能力，具备理论知识的实际应用能力，培养科学求实精神，具有创新意识和较强的工程实践能力。三、课程目标与毕业要求《材料物理性能A》课程教学目标对材料科学与工程专业毕业要求的支撑见表1。表1课程教学目标与毕业要求关系毕业要求指标点课程目标支撑强度1.工程知识1.1能正确使用技术语言表达材料专业相关复杂工程问题。课程目标1：掌握量子理论、能带理论基础，掌握材料的导电性和导电微观机制相关理论，掌握电介质极化与物理本质，掌握材料的热容、热膨胀、热传导、热电性等热学性能，掌握材料的光学效应，掌握材料磁性能的基本理论，掌握材料弹性的表征及物理本质、内耗及其产生机制。H1.3掌握相关自然科学知识、工程基础知识和思维方法，并能将其应用于解决材料专业相关复杂工程问题。课程目标1：能够掌握材料物理性能的物理本质和微观机制，根据材料的成分、微观组织结构对材料各种物理性能的影响规律和机理进行分析。2.问题分析2.1能够应用工程科学的基本原理，识別和判断材料专业相关复杂工程问题的关键环节和参数。课程目标2：了解和掌握材料的导电、介电、热学、光学、磁学以及弹性和内耗等性能的分析方法，具备分析和解决工程材料的宏观物理性能与微观结构特征之间关系的能力，逐步具有利用材料物理性能相关知识解决材料研究实际问题的能力，拥有自主学习和终身学习的意识，有不断学习和适应发展的能力。H4.研究4.1能够对材料科学与工程相关的各类材料性能、物理和化学现象等进行研究和实验验证。课程目标3：理解材料常规物理性能测试方法有关的国家标准、行业标准、企业标准、法律法规以及相关知识产权、行业政策；了解各种物理性能的研究热点、发展趋势和前沿应用。提高学生对材料各种物理性能基础理论知识的认知和分析能力，具备理论知识的实际应用能力，培养科学求实精神，具有创新意识和较强的工程实践能力。M注：表中“H（高）、M（中）”表示课程与相关毕业要求的关联度。四、教学内容、基本要求与学时分配教学内容、基本要求与学时分配见表2。表2教学内容、基本要求与学时分配教学内容教学要求，教学重点难点理论学时对应的课程目标1．材料物理基础知识1.1量子力学基础1.2量子自由电子理论基础1.3能带理论基础教学要求：了解电子波动性的相关理论；了解和掌握金属费密―索末菲电子理论及相关物理学概念；了解和掌握晶体能带理论的基本知识。重点：微观粒子的运动特征、波函数、薛定谔方程、晶体电子中的薛定谔方程、自由电子的波函数和能量、k空间和能级密度、费米分布和费米能、周期势场中的电子状态和布洛赫定理、周期势场中电子的能量——近自由电子近似、原子能级的分裂——紧束缚近似。难点：晶体电子中的薛定谔方程、自由电子的波函数和能量、k空间和能级密度、费米分布和费米能。61、22.材料的导电性能2.1材料的导电性概述2.2金属材料的导电性2.3半导体材料的导电性2.4离子导电性教学要求：了解和掌握材料导电的物理特性和表达；了解和掌握电子类载流子导电、离子类载流子导电和半导体导电的理论基础、影响规律和机理，具备理论解释不同材料导电宏观特性的分析能力；了解导电性功能材料的研究热点、发展趋势和前沿应用；了解材料电阻率的测量方法与应用。重点:材料导电特性、导电微观机制和导电性相关理论，各种材料的导电机理。难点:影响金属导电性的因素、离子导电的影响因素、半导体导电的影响因素。61、2、33.材料的介电性能3.1电介质及其极化3.2交变电场下的电介质特性3.3电介质在电场中的破坏3.4功能性电介质及其材料性能教学要求：了解和掌握电介质的极化现象及极化机制；了解和掌握交变电场下电介质的极化特征及相关理论；了解电介质在电场中破坏的相关理论；了解和掌握三种电介质功能材料的功能特性、产生原因及理论描述方法；了解介电性能的测试方法；了解不同电介质功能材料的研究热点、发展趋势和前沿应用。重点:极化及相关物理量，极化类型与物理本质，介电常数的概念，介质损耗的产生，电介质的击穿及击穿形式和产生击穿的原因。难点:电介质极化的微观机制、宏观极化强度与微观极化率的关系、复介电常数和介质损耗。61、34．材料的热学性能4.1晶格热振动4.2材料的热容4.3材料的热膨胀4.4材料的导热性4.5材料的热稳定性教学要求：掌握材料热容的基本概念、物理本质及其与温度之间的关系，晶态固体热容的经典理论和经验定律，热容的量子理论及基本模型和影响材料热容的因素；理解材料热膨胀及热膨胀系数的概念，热膨胀的机理，热膨胀与其它物理性能之间的关系，影响材料热膨胀性能的因素；理解热传导与热导率的基本概念与定律，热传导的物理机制和影响材料热导率的因素；掌握材料抗热冲击断裂性能与抗热冲击损伤性的判据、影响因子以及提高抗热冲击断裂性能的措施；熟悉材料各种热学性能在工程应用和功能材料制备中的实际意义；了解材料热学性能指标的测量方法及应用。重点:材料热容，热膨胀，热传导。难点:晶态固体热容的经典理论和经验定律，热膨胀的机理，热传导的物理机制。41、2、35.材料的光学性能5.1材料的光学概述5.2光传播的基本理论5.3光的折射、反射、吸收和散射特性5.4材料的光发射5.5材料的受激辐射和激光教学要求：掌握光传播的基本理论；掌握光的折射、反射、吸收和散射特性；理解材料的光发射原理；熟悉材料的受激辐射和激光；了解光纤、磁光、光电和非线性光学效应；了解常用的光学测量方法。重点:光传播的基本理论，光的折射、反射、吸收和散射特性，材料的光发射，材料的受激辐射和激光。难点:光纤、磁光、光电和非线性光学效应。41、2、36.材料的磁性能6.1磁学基本量及磁性分类6.2铁磁性和亚铁磁性材料的特性6.3磁性材料的自发磁化和技术磁化6.4铁磁性的动态特性6.5磁性材料及其应用教学要求：了解和掌握磁性能的基本理论；了解和掌握材料的抗磁性、顺磁性、铁磁性、亚铁磁性、反铁磁性的特征及产生原因；了解和掌握自发磁化和技术磁化的相关理论；了解和掌握铁磁性的影响规律和机理；了解材料的磁电阻效应，了解材料磁性的测量方法。重点:材料的磁化及有关参数的概念，物质磁性的分类和各种磁体的磁化曲线及磁化特点。难点:铁磁性材料的自发磁化、磁各向异性、磁致伸缩、磁畴的概念和相关理论与知识。41、2、37.材料的弹性与内耗7.1材料的弹性7.2材料的滞弹性7.3内耗及其产生机理教学要求：了解和掌握弹性的物理本质及弹性模量的影响因素和机理；了解和掌握内耗及其产生机制；了解材料弹性和内耗的测试方法。重点:弹性的表征及物理本质、弹性模量与其他物理参量的关系、弹性模量的影响因素、金属与合金的弹性反常、材料的滞弹性、滞弹性内耗、内耗产生的机制。难点:弹性模量的影响因素、金属与合金的弹性反常、材料的滞弹性、内耗产生的机制。21、2、3合计32五、教学方法及手段本课程以课堂讲授为主，结合讨论、案例、视频资源共享等教学手段完成课程教学任务和相关能力的培养。学生比较全面地理解材料物理性能的基本理论及材料物理性能指标的工程意义，以及在理论知识基础上，具有解决材料研究实际问题的能力。六、课程资源1.推荐教材：（1）何飞.材料物理性能及其在材料研究中的应用[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社,2020.11.2.参考书：（1）田莳.材料物理性能[M].北京：航空工业出版社.2018.07.（2）云南大学材料学科实验教学教研室编.材料物理性能实验教程[M].北京：化学工业出版社.2018.02.（3）龙毅.材料的物理性能[M].北京：高等教育出版社.2019.04.（4）龙毅、李庆奎.材料物理性能（第2版）[M].长沙：中南大学出版社.2019.03.（5）刘强，黄新友.材料物理性能[M].北京：化学工业出版社.2009.06.（6）吴雪梅.材料物理性能与检测[M].北京：科学出版社.2012.01.3.期刊：（1）黄元春,赵建业等.当量法测定7XXX系铝合金热物理性能[J].稀有金属材料与工程,2022,51(07):2454-2459.（2）宋鹏,李达等.轧制变形量对Mo-30Cu合金组织及其物理性能的影响[J].粉末冶金工业,2022,32(04):113-116.（3）焦清洋,赵栋等.回火态AerMet100钢的热物理性能[J].金属热处理,2022,47(06):168-172.（4）顾强,杜仁硕.解析金属材料物理性能检测技术[J].中国金属通报,2021(11):106-107.（5）\t"/kns8/defaultresult/knet"曾凡坤,宁越洋等.添加铜网对片层石墨/Al复合材料热物理性能的影响[J].\t"/kns8/defaultresult/_blank"复合材料学报,2019,36(10):2357-2363.（6）VidakisNectarios,PetousisMarkos.MEX3DPrintedHDPE/TiO2NanocompositesPhysicalandMechanicalPropertiesInvestigation[J].JournalofCompositesScience,2022,6(7):209-209.（7）BencharefZ,ChalaA.ThephysicalpropertiesofspinelcubicCo3O4thinfilmspreparedbyaPSM[J].MainGroupChemistry,2022,21(2):329-340.4.网络资源：（1）中国金属网./pub/hyzl.php.（2）中国大学慕课网,福州大学《材料性能与应用》./course/FZU-1002534012.（3）中国大学慕课网,福州大学《材料物理性能与结构表征实验》./course/FZU-1002535021.（4）中国大学慕课网,盐城工学院《材料物理性能》./course/YCIT-1449751161.七、课程考核对课程目标的支撑课程成绩由过程性考核成绩和期末考核成绩两部分构成，具体考核/评价细则及对课程目标的支撑关系见表3。表3课程考核对课程目标的支撑考核环节占比考核/评价细则课程目标123过程性考核课堂表现16（1）根据课堂出勤情况和课堂回答问题情况进行考核，满分100分。（2）以平时考核成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。√√√664作业8（1）主要考核学生对各章节知识点的复习、理解和掌握程度，满分100分；（2）每次作业单独评分，取各次成绩的平均值作为此环节的最终成绩。（3）以作业成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。√√√332章节测验16（1）根据每次章节测验单独评分，满分100分；（2）每次章节测验评分，取各次成绩的平均值作为此环节的最终成绩。（3）以章节测验成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。√√√664期末考核60（1）卷面成绩100分，以卷面成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。（2）主要考核材料物理基础知识、材料的导电、介电、热学、光学、磁学以及弹性性能等内容。（3）考试题型为：填空题、选择题、判断题、简答题、综合题等。√√√252510合计：100分404020八、考核与成绩评定1.