《固体物理学》课程教学大纲课程名称课程编码IST507固体物理学英文名称Solid State Physics考核方式■考试口考查口公共必修课2学分口专业必修课口公共选修课课程性质■专业选修课总学时32口补修课口其他■本研一体化课程口特色课程口学科交叉融合课程口全英文授课课程课程特点实验学时0口双语授课课程口案例课程口校企联合课程口其他先修课程（已具大学物理、量子力学、热力学与统计物理等备知识能力）适用学科/专业电子科学与技术/学术型、专业型学位类别（领域）一、课程教学目标完成规定教学任务，使学生了解固体物理学的发展动态以及固体物理学新技术、新研究方法的应用；重点掌握固体物理的基本概念、原理、理论，掌握固体物理分析与处理问题的基本手段和和研究方法；掌握描述固体中微观粒子运动的处理方法，理解物质性质与其结构特性的关系，理解固体宏观性质和微观粒子行为间的必然关联。能够利用所学习的知识对材料研究中的一些现象进行解释，并建立用模型去理解固体性质的思维方式。二、课程教学内容提要与基本要求理论部分序号学时基本要求教学内容提要34
34 《固体物理学》课程教学大纲 课程名称 固体物理学 课程编码 IST507 英文名称 Solid State Physics 考核方式 ■考试 □考查 课程性质 □公共必修课 □专业必修课 □公共选修课 ■专业选修课 □补修课 □其他_ 学分 2 总学时 32 课程特点 ■本研一体化课程 □特色课程 □学科交叉融合课程 □全英文授课课程 □双语授课课程 □案例课程 □校企联合课程 □其他_ 实验学时 0 先修课程（已具 备知识能力） 大学物理、量子力学、热力学与统计物理等 适用学科/专业 学位类别（领域） 电子科学与技术/学术型、专业型 一、课程教学目标 完成规定教学任务，使学生了解固体物理学的发展动态以及固体物理学新技术、新研究 方法的应用；重点掌握固体物理的基本概念、原理、理论，掌握固体物理分析与处理问题的 基本手段和和研究方法；掌握描述固体中微观粒子运动的处理方法，理解物质性质与其结构 特性的关系，理解固体宏观性质和微观粒子行为间的必然关联。能够利用所学习的知识对材 料研究中的一些现象进行解释，并建立用模型去理解固体性质的思维方式。 二、课程教学内容提要与基本要求 理论部分 序号 教学内容提要 基本要求 学时
要求：第一章 绪论1.1固体物理的研究对象1、了解固体物理的研究对象与新进展。I1.2固体物理课程简介2、了解固体物理课程的内容、方法与基本要求。要求：第二章晶体结构2.1晶体的特征1、掌握晶体结构的特点与描述方法。理解2.2一些晶格的实例空间点阵和倒易点阵，掌握晶向及晶面指2.3晶格的周期性数、布喇菲点阵类型，对称操作。2.4晶向、晶面和它们的标志2、掌握晶体空间对称性的描述方法，倒格252.5倒格子子与倒格子失量，布拉格定理与劳埃衍射2.6晶体的宏观对称性条件，布里渊区。2.7点群3、了解晶体学中的14种布拉伐格子及其特征2.8晶格的对称性2.9晶体表面的几何结构要求：第三章固体的结合3.1晶体结合能的普遍规律1、理解晶体结合的基本形式和五种基本结3.2五种基本结合类型合类型。33.3离子晶体2、掌握离子结合的马德隆能，掌握范德瓦43.4分子晶体耳斯结合，理解共价结合。3、了解内聚能与晶体的力学热学性质。3.5共价晶体金属晶体3.6元素和化合物结合的规律第四章晶格振动要求：4.1简谐近似和简正坐标1、理解晶体结合的基本形式与物理模型。4.2一维单原子链2、掌握一维单原子链，掌握一维双原子链4.3一维双原子链声学波和光学的振动。波3、理解格波（声学支与光学支）与声子，4.4三维晶体的振动理解晶体热容的两种模型：爱因斯坦模型N64.5离子晶体的长光学波与德拜模型。4.6确定晶格振动谱的实验方法4、理解非简谐效应，热膨胀、热传导的物4.7晶格热容的量子理论理解释。4.8晶格振动模式密度4.9晶格的状态方程和热膨胀4.10晶格的热传导35
35 1 第一章 绪论 1.1 固体物理的研究对象 1.2 固体物理课程简介 要求： 1、了解固体物理的研究对象与新进展。 2、了解固体物理课程的内容、方法与基本 要求。 1 2 第二章 晶体结构 2.1 晶体的特征 2.2 一些晶格的实例 2.3 晶格的周期性 2.4 晶向、晶面和它们的标志 2.5 倒格子 2.6 晶体的宏观对称性 2.7 点群 2.8 晶格的对称性 2.9 晶体表面的几何结构 要求： 1、掌握晶体结构的特点与描述方法。理解 空间点阵和倒易点阵，掌握晶向及晶面指 数、布喇菲点阵类型，对称操作。 2、掌握晶体空间对称性的描述方法，倒格 子与倒格子矢量，布拉格定理与劳埃衍射 条件，布里渊区。 3、了解晶体学中的 14 种布拉伐格子及其 特征 5 3 第三章 固体的结合 3.1 晶体结合能的普遍规律 3.2 五种基本结合类型 3.3 离子晶体 3.4 分子晶体 3.5 共价晶体金属晶体 3.6 元素和化合物结合的规律 要求： 1、理解晶体结合的基本形式和五种基本结 合类型。 2、掌握离子结合的马德隆能，掌握范德瓦 耳斯结合，理解共价结合。 3、了解内聚能与晶体的力学热学性质。 4 4 第四章 晶格振动 4.1 简谐近似和简正坐标 4.2 一维单原子链 4.3 一维双原子链 声学波和光学 波 4.4 三维晶体的振动 4.5 离子晶体的长光学波 4.6 确定晶格振动谱的实验方法 4.7 晶格热容的量子理论 4.8 晶格振动模式密度 4.9 晶格的状态方程和热膨胀 4.10 晶格的热传导 要求： 1、理解晶体结合的基本形式与物理模型。 2、掌握一维单原子链，掌握一维双原子链 的振动。 3、理解格波（声学支与光学支）与声子， 理解晶体热容的两种模型：爱因斯坦模型 与德拜模型。 4、理解非简谐效应，热膨胀、热传导的物 理解释。 6
第五章能带理论要求：5.1布洛赫定理1、掌握布洛赫定理及其推论的证明，掌握5.2一维周期场中电子运动的近晶体能带的基本特征。自由电子近似2、掌握近自由电子近似方法及其结论，理5.3三维周期场中电子运动的近自解紧束缚近似方法。5由电子近似63、熟悉布里渊区、费米面等基本概念，理5.4质势解能隙的产生、能带的构图方法，能用能5.5紧束缚近似-原子轨道线性组带理论理解金属与绝缘体。合法5.6晶体能带的对称性5.7能态密度和费米面要求：第六章晶体中电子在电场和磁场中的运动1、掌握准经典近似，电子的速度、加速度6.1准经典运动和有效质量。6.2恒定电场作用下电子的运动2、理解空穴，电子和空穴在恒定电场下的466.3导体、绝缘体和半导体的能带准经典运动，布洛赫电子在外加电磁场中论解释的运动规律。6.4在恒定磁场中电子的运动3、了解驰豫时间的统计理论，电子与晶格6.5回旋共振相互作用。要求：第七章金属电子理论7.1费米统计和电子热容量1、掌握自由电子理论的特鲁德经典模型和7.2功函数和接触电势差索末菲量子模型。72、理解费米狄拉克统计规律，自由电子的2状态密度等概念。3、理解自由电子热容量。了解功函数和接触电势差的解释，要求：第八章半导体电子论8.1半导体的基本能带结构1、了解半导体的基本概念（带隙、直接8.2半导体中的杂质带隙和间接带隙）。8.3半导体中电子的费米统计分482、理解施主和受主概念，掌握类氢杂质布能级的相关问题。8.4电导和霍尔效应3、理解载流子浓度和本征激发的含义。8.5非平衡载流子4、了解半导体的电导率和霍尔效应。实验部分36
36 5 第五章 能带理论 5.1 布洛赫定理 5.2 一维周期场中电子运动的近 自由电子近似 5.3 三维周期场中电子运动的近自 由电子近似 5.4 赝势 5.5 紧束缚近似-原子轨道线性组 合法 5.6 晶体能带的对称性 5.7 能态密度和费米面 要求： 1、掌握布洛赫定理及其推论的证明，掌握 晶体能带的基本特征。 2、掌握近自由电子近似方法及其结论，理 解紧束缚近似方法。 3、熟悉布里渊区、费米面等基本概念，理 解能隙的产生、能带的构图方法，能用能 带理论理解金属与绝缘体。 6 6 第六章 晶体中电子在电场和磁场 中的运动 6.1 准经典运动 6.2 恒定电场作用下电子的运动 6.3 导体、绝缘体和半导体的能带 论解释 6.4 在恒定磁场中电子的运动 6.5 回旋共振 要求： 1、掌握准经典近似，电子的速度、加速度 和有效质量。 2、理解空穴，电子和空穴在恒定电场下的 准经典运动，布洛赫电子在外加电磁场中 的运动规律。 3、了解驰豫时间的统计理论，电子与晶格 相互作用。 4 7 第七章 金属电子理论 7.1 费米统计和电子热容量 7.2 功函数和接触电势差 要求： 1、掌握自由电子理论的特鲁德经典模型和 索末菲量子模型。 2、理解费米狄拉克统计规律，自由电子的 状态密度等概念。 3、理解自由电子热容量。了解功函数和接 触电势差的解释。 2 8 第八章 半导体电子论 8.1 半导体的基本能带结构 8.2 半导体中的杂质 8.3 半导体中电子的费米统计分 布 8.4 电导和霍尔效应 8.5 非平衡载流子 要求： 1、 了解半导体的基本概念（带隙、直接 带隙和间接带隙）。 2、 理解施主和受主概念，掌握类氢杂质 能级的相关问题。 3、 理解载流子浓度和本征激发的含义。 4、 了解半导体的电导率和霍尔效应。 4 实验部分
必开/实验学实验内容、要求及时间安排、仪器要序号实验项目名称求时选开类型三、教学方法结合多媒体技术进行小班授课，融合课程讨论、课后作业进行教学。四、课程思政内容在固体物理学教学时，讲授固体物理领域与课程相关的一些新进展。在介绍与固体物理学相关的实际问题时讲授一些与固体物理学前沿相关的科技发展动态，鼓励学生积极探索开拓创新。介绍一些我国科学家在此领域内的贡献，并以此培养学生的时代责任感、提升学生的民族自信心，激励学生努力拼搏、勇于创新，为我国的科技发展做出责献。在讲授固体物理学发展史时，侧重固体物理学的方法论，融入马克思主义实践观和认识论的内容：实践是理论形成和发展的源泉，实践是检验真理的唯一标准，以此向学生们阐述理论和实践之间辩证统一、互存互助的关系。五、教学目标达成与评价方式教学目标的达成：教学目标通过注重课堂教学的有效性、注重课堂活动的科学性、注重课下作业实效性、以及加强学生的平时考查来达成。1．通过固体物理学基本知识的教学，让学生掌握固体物理的基本概念、基本规律和处理固体物理的基本方法；2.通过固体物理学基本理论的教学，让学生掌握固体物理分析与处理问题的基本手段和和研究方法；3．通过对固体材料宏观性能的分析，让学生能够利用所学习的知识对材料研究中的一些现象进行解释，并建立用模型去理解固体性质的思维方式。评价方式：采用定量与定性评价相结合、课上与课下评价相结合、期末与平时相结合的评价方式。六、课程成绩评定本课程的考核方式为考试，成绩评定为：总评成绩=平时成绩30%（包括考勤、作业、课堂讨论等）+考试成绩70%（开卷）。七、建议教材与主要参考书建议教材：《固体物理学》黄昆原著，韩汝琦改编，高等教育出版社37
37 序号 实验项目名称 学 时 实验内容、要求及时间安排、仪器要 求 必开/ 选开 实验 类型 三、教学方法 结合多媒体技术进行小班授课，融合课程讨论、课后作业进行教学。 四、课程思政内容 在固体物理学教学时，讲授固体物理领域与课程相关的一些新进展。在介绍与固体物理 学相关的实际问题时讲授一些与固体物理学前沿相关的科技发展动态，鼓励学生积极探索开 拓创新。介绍一些我国科学家在此领域内的贡献，并以此培养学生的时代责任感、提升学生 的民族自信心，激励学生努力拼搏、勇于创新，为我国的科技发展做出贡献。在讲授固体物 理学发展史时，侧重固体物理学的方法论，融入马克思主义实践观和认识论的内容：实践是 理论形成和发展的源泉，实践是检验真理的唯一标准，以此向学生们阐述理论和实践之间辩 证统一、互存互助的关系。 五、教学目标达成与评价方式 教学目标的达成：教学目标通过注重课堂教学的有效性、注重课堂活动的科学性、注重 课下作业实效性、以及加强学生的平时考查来达成。 1. 通过固体物理学基本知识的教学，让学生掌握固体物理的基本概念、基本规律和处 理固体物理的基本方法； 2. 通过固体物理学基本理论的教学，让学生掌握固体物理分析与处理问题的基本手段 和和研究方法； 3. 通过对固体材料宏观性能的分析，让学生能够利用所学习的知识对材料研究中的一 些现象进行解释，并建立用模型去理解固体性质的思维方式。 评价方式：采用定量与定性评价相结合、课上与课下评价相结合、期末与平时相结合的 评价方式。 六、课程成绩评定 本课程的考核方式为考试，成绩评定为：总评成绩=平时成绩 30%（包括考勤、作业、 课堂讨论等）+考试成绩 70%（开卷）。 七、建议教材与主要参考书 建议教材： 《固体物理学》 黄 昆 原著，韩汝琦 改编，高等教育出版社
参考书：1.《固体物理基础》（第二版）阎守胜编著，北京大学出版社2.《固体物理教程》王玲奉编著，山东大学出版社3.《固体物理学》（上册）方俊鑫、陆栋主编，上海科学技术出版社4.《固体物理学》陆栋、蒋平、徐至中编著，上海科学技术出版社5.《固体物理导论》（原著第八版）【美】基泰尔（Charles.Kittel）著，项金钟、吴兴惠译6.《固体物理学基础教程》沈以赴编，化学工业出版社九、编制与审核十、负责人工作内容完成时间黄奇编制（任课教师）2024.6.6朴#罩2024.6.6审核（学科、专业负责人）闻小永批准（主管院长）2024.6.638
38 参考书： 1.《固体物理基础》（第二版）阎守胜编著，北京大学出版社 2.《固体物理教程》王矝奉编著，山东大学出版社 3.《固体物理学》（上册）方俊鑫、陆栋主编，上海科学技术出版社 4.《固体物理学》陆栋、蒋平、徐至中编著，上海科学技术出版社 5.《固体物理导论》（原著第八版）[美]基泰尔（Charles.Kittel）著，项金钟、吴兴 惠译 6.《固体物理学基础教程》沈以赴编，化学工业出版社 九、编制与审核 十、 工作内容 负责人 完成时间 编制（任课教师） 2024.6.6 审核（学科、专业负责人） 2024.6.6 批准（主管院长） 2024.6.6