《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：SolidStatePhysies其中实验/实贱学时：0/0总学时/周学时/学分：48/3/3先修课程：大学物理、高等数学后续课程支撑：材料物理授课地点：6B301授课时间：星期一5-7节授课对象：2022材科1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，张宝夫/特聘副研究员答疑时间、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CHARLESKITTEL;项金钟吴兴惠译：化学工业出版社，2005.06书名原文：IntroductiontoSolidStatePhysics.教学参考资料：1.《周体物理学》黄昆原著：韩汝琦改编：高等教育出版社，1998.10：2.《周体能带理论》谢希德，陆栋：复旦大学出版社，2007.12：3.《Physicsfor Computer Science Students》,NarcisoGareciaArthurDamaskStevenSchwarz, 1998ISBN: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，为后续课程的学习莫定必要的理论基础，同时培养学生综合所学知识分析问题和解决问题的能力。1
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：48/3/3 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： 星期一 5-7 节 授课地点：6B301 授课对象： 2022 材科 1 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，张宝夫/特聘副研究员 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
课程教学目标及对毕业要求指标点的支撑：毕业要求课程教学目标支撑毕业要求指标点目标1（知识目标）：指标点1.2具备解决材料科学与工程NO.1.工程知识：能够运用数学、自然科学、工程掌握品体结构、晶体衍射和倒格子、晶体的结合与弹性常领域复杂工程问题所需的专业知识及基础和材料科学与工程专业知识用于解决材料和量、声子的品体振动和热学性质、自由电子理论、能带理应用能力。学与工程领域的复杂工程问题。论、理解固体导电性能的能带解释。指标点2.1能够运用数学、自然科学和NO.2.问题分析：能够应用数学、自然科学和材料目标2（能力目标）材料科学与工程的相关基本原理识别科学与工程的基本原理和技术，识别、表达、并通运用所学物理等自然科学知识分析和解决材料科学等相和判断材料科学与工程领域复杂工程过文献研究分析材料科学与工程领域复杂工程问关问题。问题的关键环节。题，以获得有效结论。目标3（素质目标）指标点12.1能正确认识材料科学与工培养学生具有自主学习、积极进取、崇尚科学、探究科学NO.12.终身学习：具有自主学习和终身学习的意程等相关理论与技术的发展趋势与规的学习态度和思想意识：养成理论联系实际、科学严谨、识，有不断学习和适应发展的能力。律，树立自主学习、终身学习的意识。认真细致、实事求是的科学态度和职业道德。理论教学进程表教学模式授课教学时教学内容（重点、难点、课程思政融入支撑课周次教学主题作业安排（线上/混合式教学方法师数点)程目标/线下原子的周期性阵列、晶格的基本类型、线下习题目标2第一章金具涛讲投晶面指数系统、简单体结构、原子结2
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 1.2 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。 NO.1. 工程知识：能够运用数学、自然科学、工程 基础和材料科学与工程专业知识用于解决材料科 学与工程领域的复杂工程问题。 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 材料科学与工程的相关基本原理识别 和判断材料科学与工程领域复杂工程 问题的关键环节。 NO.2. 问题分析：能够应用数学、自然科学和材料 科学与工程的基本原理和技术，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。 NO.12. 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 第一章 金具涛 3 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 线下 讲授 习题 目标 2
构的直接成像、非理想晶体结构、品格目标3品体结构结构的有关数据。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品体衍射、散射波振幅、布里渊区、结构单元的傅里叶分析。重点：倒格失的概念及品体衍射条件。第二章目标1习题金具涛线下讲授23难点：倒格失的概念及品体衍射条件。目标3晶体衔衍射和倒格子课程思政融入点：介绍我国在晶牛胰岛素品体结构测定以及准品结构测定中的贡献，激发爱国热情和民族自信心情性气体品体、离子品体、共价品体、金属品体、氢键晶体、原子半径：弹性应变的分析、弹性顺度与劲度常量、立第三章方晶体中的弹性波。目标1重点：离子性结合、共价结合、金属性习题线下讲授3金具涛3品体的结合及品体目标3结合、范德瓦尔斯结合等概念：晶体的的弹性常量体弹性模量的计算。难点：品体内聚能：和品体的体弹性模量的计算。3
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 2 第二章 晶体衍射和倒格子 金具涛 3 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 线下 讲授 习题 目标 1 目标 3 3 第三章 晶体的结合及晶体 的弹性常量 金具涛 3 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；晶体的 体弹性模量的计算。 难点：晶体内聚能；和晶体的体弹性模 量的计算。 线下 讲授 习题 目标 1 目标 3
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。第四章重点：格波、简正坐标、声子、声子振目标1习题金具涛线下讲授4-6.9声子（1）：品格振动态密度、长波近似等概念。目标3动难点：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声子比热容、非协品体相互作用、导热性。目标1第五章重点：固体热容、爱因斯坦模型、德拜模型。习题目标2线下讲授7-8金具涛6声子（I）：热学性难点：晶格振动的本征振动、格波的概目标3质念和晶体热膨胀和热传导。经典自由电子理论和量子自由电子理论的基本假设及推导。重点：德鲁德模型和索莫菲模型的基本第六章目标1假设和重要结论。习题线下9-10讲授张宝夫6目标3自由电子理论难点：量子力学基础及一维无限深势阱。课程思政融入点：介绍白由电子理论的发展史，培养学生树立正确的科学观。4
4 4-6 第四章 声子（1）：晶格振 动 金具涛 9 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 线下 讲授 习题 目标 1 目标 3 7-8 第五章 声子（II）：热学性 质 金具涛 6 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 张宝夫 6 经典自由电子理论和量子自由电子理论 的基本假设及推导。 重点：德鲁德模型和索莫菲模型的基本 假设和重要结论。 难点：量子力学基础及一维无限深势阱。 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 讲授 习题 目标 1 目标 3
势阱中的三维薛定调方程及其性质、费米能、态密度、费米秋拉克分布。第六章重点：三维薛定方程的特点、态密度的性质：习题目标1线下讲授11张宝夫3费米狄拉克分布和难点：费米狄拉克分布的特点。电子态密度课程恩政融入点：介绍薛定调方程的发展史，培养学生树立正确的科学观。电子热容的性质、电阻率与温度关系的第六章的量子理论内涵。电子费米能量、电习题目标1重点：电子热容的性质：线下讲授12张宝夫3子比热和金属电导难点：电阻率与温度关系的量子理论内率酒。布洛赫定理、近自由电子近似模型、紧束缚模型。重点：近自由电子近似模型、紧束缚模第七章型的基本假设：金属、半导体和绝缘体习题目标1线下讲投13-15张宝夫9的能带理论解释。能带理论及其应用难点：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。半导体的电子与空穴，施主能级和受主能级。第八章习题目标1线下讲授16张宝夫3重点：半导体的定义及特征。半导体简介难点：有效质量、本征迁移率。5
5 11 第六章 费米狄拉克分布和 电子态密度 张宝夫 3 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 讲授 习题 目标 1 12 第六章 电子费米能量、电 子比热和金属电导 率 张宝夫 3 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 讲授 习题 目标 1 13-15 第七章 能带理论及其应用 张宝夫 9 布洛赫定理、近自由电子近似模型、紧 束缚模型。 重点：近自由电子近似模型、紧束缚模 型的基本假设；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 讲授 习题 目标 1 16 第八章 半导体简介 张宝夫 3 半导体的电子与空穴，施主能级和受主 能级。 重点：半导体的定义及特征。 难点：有效质量、本征迁移率。 线下 讲授 习题 目标 1