1 《固体物理》教学大纲 课程名称： 固体物理 课程类别（必修/选修）：必修 课程英文名称：Solid State Physics 总学时/周学时/学分：32/2/32 其中实验/实践学时：0/0 先修课程： 大学物理、高等数学 后续课程支撑： 材料物理 授课时间： 星期五 1-2 节 授课地点：6E304 授课对象： 2020 材科 2 班;2020 材科 1 班;2020 材科 1 班(材料杨班);2020 材科 2 班(材料杨班) 开课学院： 材料科学与工程学院 任课教师姓名/职称： 金具涛/副研究员，陈文周/讲师 答疑时间、地点与方式：1.每次上课的课前、课间和课后，采用一对一的问答方式；2.每次发放作业时，采用集中讲解方式；3.平日可以通过 QQ 或微信 留言进行答疑；4.课外时间的答疑辅导安排在和 4B209 和 4B210 办公室。 课程考核方式：开卷（）闭卷（√）课程论文（）其它（ ） 使用教材：《固体物理导论》/(美）吉泰尔 CHARLES KITTEL;项金钟吴兴惠译；化学工业出版社，2005.06 书名原文：Introduction to Solid State Physics. 教学参考资料： 1.《固体物理学》黄昆 原著；韩汝琦 改编；高等教育出版社，1998.10； 2.《固体能带理论》谢希德，陆栋；复旦大学出版社，2007.12； 3. 《Physics for Computer Science Students》, Narciso GarciaArthur DamaskSteven Schwarz; 1998 ISBN : 978-1-4612-7217-5 课程简介：《固体物理》是材料科学与工程学科专业课程体系中的一门专业必修课，本课程主要是让学生掌握固体物理的基本规律、基本概念和处理固 体物理学的特有办法，为后续课程的学习奠定必要的理论基础，同时培养学生综合所学知识分析问题和解决问题的能力
2 课程教学目标及对毕业要求指标点的支撑： 课程教学目标 支撑毕业要求指标点 毕业要求 目标 1（知识目标）： 掌握晶体结构、晶体衍射和倒格子、晶体的结合与弹性常 量、声子的晶体振动和热学性质、自由电子理论、能带理 论、理解固体导电性能的能带解释。 指标点 1.3 具备解决材料科学与工程 领域复杂工程问题所需的专业知识及 应用能力。 C1. 工程知识：掌握扎实的数学、自然科学、工程 基础和专业知识，并能够用于解决材料科学与工程 领域复杂工程问题。 目标 2（能力目标） 运用所学物理等自然科学知识分析和解决材料科学等相 关问题。 指标点 2.1 能够运用数学、自然科学和 工程科学的基本原理用于识别和判断 材料科学与工程领域复杂工程问题的 关键环节。 C2. 问题分析：能够应用数学、自然科学和工程科 学的基本原理，识别、表达、并通过文献研究分析 材料科学与工程领域复杂工程问题，以获得有效结 论。 目标 3（素质目标） 培养学生具有自主学习、积极进取、崇尚科学、探究科学 的学习态度和思想意识；养成理论联系实际、科学严谨、 认真细致、实事求是的科学态度和职业道德。 指标点 12.1 能正确认识材料科学与工 程等相关理论与技术的发展趋势与规 律，树立自主学习、终身学习的意识。 C12. 终身学习：具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。 理论教学进程表 周次 教学主题 授课教 师 学时 数 教学内容（重点、难点、课程思政融入 点） 教学模式 （线上/混合式 /线下 教学方法 作业安排 支撑课 程目标 1-2 第一章 金具涛 4 原子的周期性阵列、晶格的基本类型、 晶面指数系统、简单晶体结构、原子结 线上 讲授 习题 目标 2
3 晶体结构 构的直接成像、非理想晶体结构、晶格 结构的有关数据。 重点：空间点阵和布拉菲格子的概念、 晶向指数和米勒指数的确定方法； 难点：空间点阵和布拉菲格子的概念及 其应用。 课程思政融入点：通过固体物理学科发 展及其所带来的技术进步，阐述科技是 第一生产力的论点 目标 3 3-4 第二章 晶体衍射和倒格子 金具涛 4 晶体衍射、散射波振幅、布里渊区、结 构单元的傅里叶分析。 重点：倒格矢的概念及晶体衍射条件； 难点：倒格矢的概念及晶体衍射条件。 课程思政融入点：介绍我国在晶牛胰岛 素晶体结构测定以及准晶结构测定中的 贡献，激发爱国热情和民族自信心 线上 讲授 习题 目标 1 目标 3 5 第三章 晶体的结合与弹性 常量 金具涛 2 惰性气体晶体、离子晶体、共价晶体、 金属晶体、氢键晶体、原子半径、弹性 应变的分析、弹性顺度与劲度常量、立 方晶体中的弹性波。 重点：离子性结合、共价结合、金属性 结合、范德瓦尔斯结合等概念； 难点：晶体内聚能和晶体的体弹性模量 的计算。 线上 讲授 习题 目标 1 目标 3
4 6-7 第四章 声子（1）：晶格振 动 金具涛 4 单原子结构基元情况下的晶格振动、基 元中含有两个原子的情况、弹性波的量 子化、声子动量、声子引起的非弹性散 射。重点：格波、简正坐标、声子、声子振 动态密度、长波近似等概念； 难点：一维链的振动（单原子链、双原 子链）、声学支、光学支、色散关系。 课程思政融入点：介绍我国老一辈科学 家求学治学精神，激发学生的学习兴趣 线上 讲授 习题 目标 1 目标 3 8 第五章 声子（II）：热学性 质 金具涛 2 声子比热容、非协晶体相互作用、导热 性。重点：固体热容、爱因斯坦模型、德拜 模型； 难点：晶格振动的本征振动、格波的概 念和晶体热膨胀和热传导。 线下 讲授 习题 目标 1 目标 2 目标 3 9-10 第六章 自由电子理论 陈文周 4 德鲁德模型和索莫菲模型的基本假设、 一维无限深势阱的性质。 重点：德鲁德模型和索莫菲模型的基本 假设； 难点：一维无限深势阱的性质。 课程思政融入点：介绍自由电子理论的 发展史，培养学生树立正确的科学观。 线下教学 讲授 习题 目标 1 目标 3
5 11-12 第七章 费米狄拉克分布和 电子态密度 陈文周 4 势阱中的三维薛定谔方程及其性质、费 米能、态密度、费米狄拉克分布。 重点：三维薛定谔方程的特点、态密度 的性质； 难点：费米狄拉克分布的特点。 课程思政融入点：介绍薛定谔方程的发 展史，培养学生树立正确的科学观。 线下教学 讲授 习题 目标 1 13 第八章 电子热容和电子传 输 陈文周 2 电子热容的性质、电阻率与温度关系的 的量子理论内涵。 重点：电子热容的性质； 难点：电阻率与温度关系的量子理论内 涵。 线下教学 讲授 习题 目标 1 14-16 第九章 能带理论 陈文周 6 布洛赫定理、近自由电子近似。 重点：金属、半导体和绝缘体的能带理 论解释； 难点：近自由电子近似模型。 课程思政融入点：介绍能带理论的发展 史，培养学生树立正确的科学观。 线下教学 讲授 习题 目标 1 合计 32 课程考核 课程目标 支撑毕业要求指标点 评价依据及成绩比例（%） 权重 作业 课堂表现 考试 出勤