曲华師范大学课程教学大纲学院：物理工程学院课程名称：固体物理英文名称：SolidStatePhysics课程代码：072407课程性质：专业核心课程计划学时：理论：54实践/实验：0学3分：1-18周授课时间：授课地点：物理楼物理学适用专业：执笔人：李士玲审核人：李晶批准人：张英杰李士玲课程负责人：授课教师：李士玲修订日期：2022年11月26日
学 院： 物理工程学院 课程名称： 固体物理 英文名称： Solid State Physics 课程代码： 072407 课程性质： 专业核心课程 计划学时：理论：54 实践/实验：0 学 分： 3 授课时间： 1-18 周 授课地点： 物理楼 适用专业： 物理学 执笔人： 李士玲 审核人： 李晶 批准人： 张英杰 课程负责人： 李士玲 授课教师： 李士玲 修订日期：2022 年 11 月 26 日
《固体物理》课程教学大纲一、课程简介固体物理学是物理学专业的专业基础课，它融汇了普通物理、热力学统计物理、量子力学和晶体学等多学科的知识、比较广泛地反映了凝聚态物理的主要领域的内容。其主要内容是阐述晶体结构、固体结合规律、晶体中的原子、电子等微观粒子运动的物理图像及其有关模型，掌握晶体内微观粒子的运动规律及其与晶体宏观性能的物理本质。通过本课程的学习，学生能够对凝聚态物理的全貌有一个基本的和概括的了解，以适应以后中学物理教学的需要或为以后的进一步学习光电子学技术、材料科学等相关专业课程奠定必要的理论基础。二、课程目标本课程以物理学师范类专业认证理念为指导，以物理学（师范）专业培养方案为依据，系统讲授固体的结构、性质及组成粒子（原子、离子、电子等）之间的相互作用及运动规律，阐明固体的性能和用途，学生能够实现以下目标：1.学生能够理解晶体结构的基本描述，熟悉周期性结构固体材料的基本性质并掌握基本概念，学生能够在脑海中构建清楚的物理图象。（支撑毕业要求2，3，4，7）2.学生熟练掌握固体物理学处理问题的方法，在学习过程提高分析和解决问题的能力，养成科学的思维方法、严谨的科学态度。（支撑毕业要求2，3，4，7）3.学生养成主动查阅、整理文献的习惯，形成批判性思维，具有终身学习的能力，了解固体物理发展前沿的先进思想与技术，具有创新和团队协作精神以及实事求是的人生态度。（支撑毕业要求2，7，8）表1：课程目标与毕业要求具体指标点的对应关系表课程目标1：学生能够理解晶体结构的基本描述，熟悉周期性结构固体材料的基本性质并掌握基本概念，学生能够在脑海中构建清楚的物理图象。课程目标2：学生熟练掌握固体物理学处理问题的方法，在学习过程提高分析课程目标和解决问题的能力，养成科学的思维方法、严谨的科学态度。课程目标3：学生养成主动查阅、整理文献的习惯，形成批判性思维，具有终身学习的能力，了解固体物理发展前沿的先进思想与技术，具有创新和团队协作精神以及实事求是的人生态度。课程目标课程目标课程目标1课程目标32毕业要求指标点1/11
《 固体物理 》课程教学大纲 1 / 11 一、课程简介 固体物理学是物理学专业的专业基础课，它融汇了普通物理、热力学统计物理、量 子力学和晶体学等多学科的知识、比较广泛地反映了凝聚态物理的主要领域的内容。其 主要内容是阐述晶体结构、固体结合规律、晶体中的原子、电子等微观粒子运动的物理 图像及其有关模型，掌握晶体内微观粒子的运动规律及其与晶体宏观性能的物理本质。 通过本课程的学习，学生能够对凝聚态物理的全貌有一个基本的和概括的了解, 以适应 以后中学物理教学的需要或为以后的进一步学习光电子学技术、材料科学等相关专业课 程奠定必要的理论基础。 二、课程目标 本课程以物理学师范类专业认证理念为指导，以物理学（师范）专业培养方案为依 据，系统讲授固体的结构、性质及组成粒子（原子、离子、电子等）之间的相互作用及 运动规律，阐明固体的性能和用途，学生能够实现以下目标： 1.学生能够理解晶体结构的基本描述，熟悉周期性结构固体材料的基本性质并掌握 基本概念，学生能够在脑海中构建清楚的物理图象。（支撑毕业要求 2，3，4，7） 2. 学生熟练掌握固体物理学处理问题的方法，在学习过程提高分析和解决问题的 能力，养成科学的思维方法、严谨的科学态度。（支撑毕业要求 2，3，4，7） 3.学生养成主动查阅、整理文献的习惯，形成批判性思维，具有终身学习的能力， 了解固体物理发展前沿的先进思想与技术，具有创新和团队协作精神以及实事求是的人 生态度。（支撑毕业要求 2，7，8） 表 1：课程目标与毕业要求具体指标点的对应关系表 课程目标 课程目标 1：学生能够理解晶体结构的 基本描述，熟悉周期性结构固体材料的 基本性质并掌握基本概念，学生能够在 脑海中构建清楚的物理图象。 课程目标 2：学生熟练掌握固体物理学 处理问题的方法，在学习过程提高分析 和解决问题的能力，养成科学的思维方 法、严谨的科学态度。 课程目标 3：学生养成主动查阅、整理 文献的习惯，形成批判性思维，具有终 身学习的能力，了解固体物理发展前沿 的先进思想与技术，具有创新和团队协 作精神以及实事求是的人生态度。 课程目标 毕业要求指标点 课程目标 1 课程目标 2 课程目标 3
《固体物理》课程教学大纲2-1：对教师职业有强烈的认同，具有积极的从教意愿和动机，端正的从教态度，认同教师工作的专业性和意义。2-2：具有人文底蕴与科学精神，富有爱心、责任心和事业心，自觉成为学生毕业要求2：锤炼品格、学习知识、创新思维、奉献祖国的引路人。教育情怀2-3：树立正确的教师观、学生观，理解教师作为学生学习促进者的角色要求，懂得尊重学生人格及个体差异，因材施教，对学生富有爱心与责任心，能够促进学生自主与全面发展。3-1：掌握固体物理基本理论和解决问题的方法。能够运用固体物理的基本理论，解决基本问题。毕业要求3：学科素养3-2：掌握固体物理所必需的力、热、电磁、量子力学等知识，提高学生运用2知识解决物理问题的能力。4-1：通过引导学生观摩授课老师的讲课过程，做笔记，掌握一般讲授方式方毕业要求4：法。教学能力4-2：通过课堂讨论和语言表达训练，V初步具备讲授学习内容的能力。7-1：通过查阅文献资料获取有价值信息，养成终身学习的习惯，具有在物理22V教育和科研等专业领域发展的意识：毕业要求7：学7-2：通过学习基本原理、定律和方法会反思以及其应用，掌握一定的反思方法和技能，具有一定的创新意识和批评性思维。8-1：能够根据实际问题，通过查阅有关文献和参考书，以学习小组为单位正确抽象出物理模型。毕业要求8：8-2：培养学生主动查阅、整理文献的沟通合作习惯，培养终身学习的能力，提高利用信息技术获取及处理信息的能力，了解固体物理发展前沿的先进思想与应用技术。三、教学内容表2：课程目标与教学内容和教学方法的对应关系表2/11
《 固体物理 》课程教学大纲 2 / 11 毕业要求 2： 教育情怀 2-1：对教师职业有强烈的认同，具有 积极的从教意愿和动机，端正的从教 态度，认同教师工作的专业性和意义。 √ √ √ 2-2：具有人文底蕴与科学精神，富有 爱心、责任心和事业心，自觉成为学生 锤炼品格、学习知识、创新思维、奉献 祖国的引路人。 √ √ √ 2-3：树立正确的教师观、学生观，理 解教师作为学生学习促进者的角色要 求，懂得尊重学生人格及个体差异，因 材施教，对学生富有爱心与责任心，能 够促进学生自主与全面发展。 √ √ √ 毕业要求 3： 学科素养 3-1：掌握固体物理基本理论和解决问 题的方法。能够运用固体物理的基本 理论，解决基本问题。 √ √ 3-2：掌握固体物理所必需的力、热、 电磁、量子力学等知识，提高学生运用 知识解决物理问题的能力。 √ √ 毕业要求4： 教学能力 4-1：通过引导学生观摩授课老师的讲 课过程，做笔记，掌握一般讲授方式方 法。 √ √ 4-2：通过课堂讨论和语言表达训练， 初步具备讲授学习内容的能力。 √ √ 毕业要求 7:学 会反思 7-1：通过查阅文献资料获取有价值信 息，养成终身学习的习惯，具有在物理 教育和科研等专业领域发展的意识； √ √ √ 7-2：通过学习基本原理、定律和方法 以及其应用，掌握一定的反思方法和 技能，具有一定的创新意识和批评性 思维。 √ √ √ 毕业要求 8: 沟通合作 8-1：能够根据实际问题，通过查阅 有关文献和参考书，以学习小组为单 位正确抽象出物理模型。 √ 8-2：培养学生主动查阅、整理文献的 习惯，培养终身学习的能力，提高利用 信息技术获取及处理信息的能力，了 解固体物理发展前沿的先进思想与应 用技术。 √ 三、教学内容 表 2：课程目标与教学内容和教学方法的对应关系表
《固体物理》课程教学大纲课课课学程程程日时周教学章节目目目内容提要分方法次期标标标配123简介黄昆先生和《固体物理学》教材，简介我国晶体制绪论讲授、讨1-1一些晶格的备历史；论、探1实例1几种晶格的堆积方式、典型3VV究、多媒单元、配位数、致密度；1-2晶格的周期体性晶格周期性、基元、布拉伐格子、原胞、晶胞、基矢。讲授、讨晶向、晶向指数，晶面、晶1-3晶向、晶面论、探2面指数（密勒指数），晶向3VV和它们的标志究、多媒族、晶面族。体倒格子的概念，正倒格子之讲授、讨1-4倒格子间的一些关系，布里渊区的论、探33V1-5晶体的宏观Y概念；究、多媒对称性体对称素、对称操作群。1-6点群点群对称操作，14种布拉伐1-7晶格的对称讲授、讨格子，晶系的划分；性论、探x射线衍射极大的劳厄方41-8晶体表面的31VV程、布拉格公式，原子散射究、多媒几何结构体因子、几何结构因子，消光1-9晶体结构的现象。实验确定离子性结合的特点，平衡条件及结合能、体变模量、马讲授、讨德隆常数的计算；2-1离子性结合论、探53共价结合的特点及量子解VV2一2共价结合究、多媒释，杂化轨道的概念；体引入诺贝尔物理奖“石墨烯”的介绍。2-3金属性结合2-4范德瓦耳斯讲授、讨金属性结合特点；结合论、探6V范德瓦耳斯结合特点及结合3VV2-5元素和化合究、多媒能的计算。体物晶体结合的规律性3-1简谐近似与简谐近似、简正坐标的概念讲授、讨简正坐标及物理意义；论、探733—2一维单原子一维单原子链模型，晶格振究、多媒链体动求解过程，周期性边界条3/11
《 固体物理 》课程教学大纲 3 / 11 周次 日期 章节 内容提要 学时分配 教学 方法 课程目标1 课程目标2 课程目标3 1 绪论1－1 一些晶格的 实例1－2 晶格的周期 性 简介黄昆先生和《固体物理 学》教材，简介我国晶体制 备历史 ； 几种晶格的堆积方式、典型 单元、配位数、致密度； 晶格周期性、基元、布拉伐 格子、原胞、晶胞、基矢。 3 讲授、讨 论、探 究、多媒 体 √ √ √ 2 1－3 晶向、晶面 和它们的标志 晶向、晶向指数，晶面、晶 面指数（密勒指数），晶向 族、晶面族。 3 讲授、讨 论、探 究、多媒 体 √ √ √ 3 1－4 倒格子 1－5 晶体的宏观 对称性 倒格子的概念，正倒格子之 间的一些关系，布里渊区的 概念； 对称素、对称操作群。 3 讲授、讨 论、探 究、多媒 体 √ √ √ 4 1－6 点群 1－7 晶格的对称 性1－8 晶体表面的 几何结构 1－9 晶体结构的 实验确定 点群对称操作，14 种布拉伐 格子，晶系的划分； x 射线衍射极大的劳厄方 程、布拉格公式，原子散射 因子、几何结构因子，消光 现象。 3 讲授、讨 论、探 究、多媒 体 √ √ √ 5 2－1 离子性结合 2－2 共价结合 离子性结合的特点，平衡条 件及结合能、体变模量、马 德隆常数的计算； 共价结合的特点及量子解 释，杂化轨道的概念； 引入诺贝尔物理奖“石墨 烯”的介绍。 3 讲授、讨 论、探 究、多媒 体 √ √ √ 6 2－3 金属性结合 2－4 范德瓦耳斯 结合2－5 元素和化合 物晶体结合的规 律性 金属性结合特点； 范德瓦耳斯结合特点及结合 能的计算。 3 讲授、讨 论、探 究、多媒 体 √ √ √ 7 3－1 简谐近似与 简正坐标 3－2 一维单原子 链 简谐近似、简正坐标的概念 及物理意义； 一维单原子链模型，晶格振 动求解过程，周期性边界条 3 讲授、讨 论、探 究、多媒 体 √ √ √
《固体物理》课程教学大纲件，色散关系，声子的概念。3-3—维双原子一维双原子链模型，晶格振讲授、讨链动求解过程，色散关系，长论、探83一4三维晶格的声学波和长光学波的特点：3VV究、多媒振动3—5离子晶黄昆方程，LST关系，极化体激元的概念。体的长光学波晶格振动谱的实验方法及相3-6确定晶格振讲授、讨关原理；动谱的实验方法论、探9晶格热容固定量子理论，量3VV3-8晶格热容的究、多媒子热容计算的近似模型（爱体量子理论因斯坦模型、德拜模型）。3-9晶格振动模振动模式密度的概念、定义式密度讲授、讨式、计算公式；3-10晶格的状热膨胀现象与非简谐项；论、探103V2态方程和热膨胀热传导现象、U过程、N过究、多媒3-11晶格的热程；体传导介绍储能技术以及材料。单电子近似、周期场近似，布洛赫定理，布洛赫波：布讲授、讨4-1布洛赫定理洛赫定理的证明及应用；4-2一维周期场论、探11V近自由电子近似模型、一维3VV中电子运动的近究、多媒计算过程、近自由电子近似体自由近下的结论，能带、带隙的概念。4-3三维周期场三维周期场中电子运动的近讲授、讨中电子运动的近自由近似计算机结论；论、探12自由近似3紧束缚近似的思想、计算、究、多媒4-4质势体结论。4-5紧束缚近似能带的对称性；讲授、讨4-6晶体能带的对称性论、探能态密度概念及计算，费米1334-7能态密度和面费米速度、费米温度的概究、多媒体费米面念。5-1准经典近似准经典近似、波包概念、有5-2恒定电场作讲授、讨效质量、准动量；用下电子的运动恒定电场作用下电子的运动论、探145一3导体、绝缘3VVV规律、空穴的概念；究、多媒体和半导体的能体导体、绝缘体和半导体的能带理论带理论解释。5一4在恒定磁场恒定磁场中电子的运动规讲授、讨律；153论、探Y中电子的运动究、多媒5-5回旋共振回旋共振概念；4/11
《 固体物理 》课程教学大纲 4 / 11 件，色散关系，声子的概 念。 8 3 － 3 一维双原子 链3－ 4 三维晶格的 振动 3 － 5 离子晶 体的长光学波 一维双原子链模型，晶格振 动求解过程，色散关系，长 声学波和长光学波的特点； 黄昆方程，LST 关系，极化 激元的概念。 3 讲授、讨 论、探 究、多媒 体 √ √ √ 9 3－6 确定晶格振 动谱的实验方法 3－8 晶格热容的 量子理论 晶格振动谱的实验方法及相 关原理； 晶格热容固定量子理论，量 子热容计算的近似模型（爱 因斯坦模型、德拜模型）。 3 讲授、讨 论、探 究、多媒 体 √ √ √ 10 3 － 9 晶格振动模 式密度 3－10 晶格的状 态方程和热膨胀 3－11 晶格的热 传导 振动模式密度的概念、定义 式、计算公式； 热膨胀现象与非简谐项； 热传导现象、 U 过程、 N 过 程； 介绍储能技术以及材料。 3 讲授、讨 论、探 究、多媒 体 √ √ √ 11 4 － 1 布洛赫定理 4 － 2 一维周期场 中电子运动的近 自由近 单电子近似、周期场近似， 布洛赫定理，布洛赫波；布 洛赫定理的证明及应用； 近自由电子近似模型、一维 计算过程、近自由电子近似 下的结论，能带、带隙的概 念。 3 讲授、讨 论、探 究、多媒 体 √ √ √ 12 4 － 3 三维周期场 中电子运动的近 自由近似 4－4 赝势 4－5 紧束缚近似 三维周期场中电子运动的近 自由近似计算机结论； 紧束缚近似的思想、计算、 结论。 3 讲授、讨 论、探 究、多媒 体 √ √ √ 13 4 － 6 晶体能带的 对称性 4－7 能态密度和 费米面 能带的对称性； 能态密度概念及计算，费米 面费米速度、费米温度的概 念。 3 讲授、讨 论、探 究、多媒 体 √ √ √ 14 5 － 1 准经典近似 5 － 2 恒定电场作 用下电子的运动 5－3 导体、绝缘 体和半导体的能 带理论 准经典近似、波包概念、有 效质量、准动量； 恒定电场作用下电子的运动 规律、空穴的概念； 导体、绝缘体和半导体的能 带理论解释。 3 讲授、讨 论、探 究、多媒 体 √ √ √ 15 5 － 4 在恒定磁场 中电子的运动 5－5 回旋共振 恒定磁场中电子的运动规 律； 回旋共振概念； 3 讲授、讨 论、探 究、多媒 √ √ √