《物性表征方法》课程教学大纲 一、课程基本信息 英文名称 Physical characterization methods 课程代码 PHYS1021 课程性质 专业选修课程 授课对象 物理学专业 学分 1学分 学时 18学时 主讲教师 田编 修订日期 2021.09.23 指定教材 王富耻主编，《材料现代分析测试方法》，北京理工大学出版社，2006年 二、课程目标 (一)总体目标： 本课程知识日标：全面理解材料结构、形娘、成分与性能之间的关系，堂握材料结构形 貌与成分表征的基本方法、基本知识、基本技能及必要的理论基础，具有正确选择材料分析 方法、测试方法的能力。能力目标：具备专业从事材料分析测试工作的初步基础：具备通】 继续学习掌握材料分析新方法、新技术的自学能力，培养学生正确选用现代分析技术开展材 料组成、结构与性能关系的科学研究能力。素质目标：掌握辩证唯物主义基本原理，建立科 学的世界观和方法论：富有科学创新精神，积极在科研前沿不断探索和创新。 (二)课程目标： 课程目标1：了解X射线衍射分析原理和X射线多晶衍射方法及应用：掌握X射线的 物理学基础，多晶衍射方法和X射线物相分析：使学生认识到X射线对于晶体结构的揭示 意义，认识到X射线对于不同类型样品的表征特性和影响因素，认识到X射线在物性表征 方面的重要意义。 课程目标2：掌握扫描电子显微镜，透射电子显微分析，电子衍射谱的特征与分析，扫 描隧道显微及原子力显微等多种显微分析技术的工作原理及成像模式：认识和掌握扫描电手 显微等多种显微技术的结构特点及应用范围：使学生掌握显微技术的工作原理及分析方法， 并认识到显微技术的直接观测性：培养学生的主动分析材料和器件的形貌和物相，进而提高 主动解决材料性能及功能方面的能力。 课程目标3：掌握光电子能谱、俄歇电子能谱分析：认识相关电子能谱的基本原理和相 关应用分析：掌握电子能谱的对应材料的物性，从而了解材料的相关本质特征：培养学生对 新方法、新技术的自学能力。 (三)课程目标与毕业要求、课程内容的对应关系
《物性表征方法》课程教学大纲 一、课程基本信息 英文名称 Physical characterization methods 课程代码 PHYS1021 课程性质 专业选修课程 授课对象 物理学专业 学 分 1 学分 学 时 18 学时 主讲教师 田维 修订日期 2021.09.23 指定教材 王富耻主编，《材料现代分析测试方法》，北京理工大学出版社，2006 年 二、课程目标 （一）总体目标： 本课程知识目标：全面理解材料结构、形貌、成分与性能之间的关系，掌握材料结构形 貌与成分表征的基本方法、基本知识、基本技能及必要的理论基础，具有正确选择材料分析 方法、测试方法的能力。能力目标：具备专业从事材料分析测试工作的初步基础；具备通过 继续学习掌握材料分析新方法、新技术的自学能力，培养学生正确选用现代分析技术开展材 料组成、结构与性能关系的科学研究能力。素质目标：掌握辩证唯物主义基本原理，建立科 学的世界观和方法论；富有科学创新精神，积极在科研前沿不断探索和创新。 （二）课程目标： 课程目标 1：了解 X 射线衍射分析原理和 X 射线多晶衍射方法及应用；掌握 X 射线的 物理学基础，多晶衍射方法和 X 射线物相分析；使学生认识到 X 射线对于晶体结构的揭示 意义，认识到 X 射线对于不同类型样品的表征特性和影响因素，认识到 X 射线在物性表征 方面的重要意义。 课程目标 2：掌握扫描电子显微镜，透射电子显微分析，电子衍射谱的特征与分析，扫 描隧道显微及原子力显微等多种显微分析技术的工作原理及成像模式；认识和掌握扫描电子 显微等多种显微技术的结构特点及应用范围；使学生掌握显微技术的工作原理及分析方法， 并认识到显微技术的直接观测性；培养学生的主动分析材料和器件的形貌和物相，进而提高 主动解决材料性能及功能方面的能力。 课程目标 3：掌握光电子能谱、俄歇电子能谱分析；认识相关电子能谱的基本原理和相 关应用分析；掌握电子能谱的对应材料的物性，从而了解材料的相关本质特征；培养学生对 新方法、新技术的自学能力。 （三）课程目标与毕业要求、课程内容的对应关系
表1：课程目标与课程内容、毕业要求的对应关系表 课程目标 对应课程内容 对应毕业要求 毕业要求2：掌握数学、物理相 关的基础知识、基本物理实验 方法和实验技能.具有运用物 理学理论和方法解决问题、解 课程目标1 第一章X射线衍射分析原理 释或理解物理规律 第二章X射线多晶衍射方法及应用 毕业要求3：了解物理学前沿和 发展动态，新技术中的物理思 想，熟悉物理学新发现、新理 论、新技术对社会的影响。 毕业要求3：了解物理学前沿和 发展动态，新技术中的物理思 第三章透射电子显微技术 想，熟悉物理学新发现、新理 课程目标2第四章扫描电子显微镜与电子探针 论、新技术对社会的影响。 第九章其他显微分析方法 毕业要求7：具有课题调研、设 计、数据处理和学术交流能 力。 毕业要求3：了解物理学前沿和 发展动态，新技术中的物理思 想，熟悉物理学新发现、新理 论、新技术对社会的影响。 课程目标3第五章光电子能谱与俄歇电子能谱 毕业要求7：具有课题调研、设 计、数据处理和 学术交流能 力。毕业要求8：具有自主学习 和终身学习意识和社会适应能 力。 三、教学内容 第一章X射线衍射分析原理 1.教学目标 本章要求学生掌掘X射线物理学基础，X射线衍品体学基础，X射线衍射方向和衍射强 度。 2.教学重难点 X射线：X射线管：连续谱与特征谱：布拉格方程
表 1：课程目标与课程内容、毕业要求的对应关系表 课程目标 对应课程内容 对应毕业要求 课程目标 1 第一章 X 射线衍射分析原理 第二章 X 射线多晶衍射方法及应用 毕业要求 2：掌握数学、物理相 关的基础知识、基本物理实验 方法和实验技能, 具有运用物 理学理论和方法解决问题、解 释或理解物理规律。 毕业要求 3：了解物理学前沿和 发展动态，新技术中的物理思 想，熟悉物理学新发现、新理 论、新技术对社会的影响。 课程目标 2 第三章 透射电子显微技术 第四章 扫描电子显微镜与电子探针 第九章 其他显微分析方法 毕业要求 3：了解物理学前沿和 发展动态，新技术中的物理思 想，熟悉物理学新发现、新理 论、新技术对社会的影响。 毕业要求 7：具有课题调研、设 计、数据处理和学术交流能 力。 课程目标 3 第五章 光电子能谱与俄歇电子能谱 毕业要求 3：了解物理学前沿和 发展动态，新技术中的物理思 想，熟悉物理学新发现、新理 论、新技术对社会的影响。 毕业要求 7：具有课题调研、设 计、数据处理和学术交流能 力。毕业要求 8：具有自主学习 和终身学习意识和社会适应能 力。 三、教学内容 第一章 X 射线衍射分析原理 1.教学目标 本章要求学生掌握 X 射线物理学基础，X 射线衍晶体学基础，X 射线衍射方向和衍射强 度。 2.教学重难点 X 射线；X 射线管；连续谱与特征谱；布拉格方程
3.教学内容 一、X射线物理学基础 教学要点：掌握X射线的产生与性质：掌握X射线谱：掌握X射线与物质的相互作 用：掌握X射线的吸收。 二、X射线衍品体学基础 教学要点：品体结构及其表示法；倒易点阵 三、X射线衍射方向 教学要点：劳埃方程：布拉格方程：衍射矢量方程与厄瓦尔德图解：各种衍射方法： 非理想条件下的衍射。 四、X射线衍射强度 教学要点：多晶衍射花样的形成：一个电子对X射线的散射：原子对X射线的散射-原 子散射因子；一个晶胞对X射线的散射-结构因子：小晶体对X射线的衍射及积分强度：影 响多晶（粉末）积分强度的其他因素：多晶（粉末）衍射的积分强度。 4.教学方法 教师讲授，师生讨论，翻转课堂，指导学生自主学习等 5.教学评价 习题3、5、8 思考题： 1、特征X射线与荧光X射线的产生机理有何不同？ 2、X射线管的工作机理是什么？ 第二章X射线多晶衍射方法及应用 L.教学目标 本章要求学生掌握多晶衔射方法和X射线物相分析。 2.教学重难点 多品衍射：衍射仪结构和试验参数：X射线物相分析 3.教学内容 一、X射线衍射强度 教学要点：德拜照相法：立方系多品衍射花样的测量、计算和标定：X射线衍射仪。 二、多晶衍射方法 教学要点：物相定性分析：物相定量分析。 4.教学方法
3.教学内容 一、X 射线物理学基础 教学要点：掌握 X 射线的产生与性质；掌握 X 射线谱；掌握 X 射线与物质的相互作 用；掌握 X 射线的吸收。 二、X 射线衍晶体学基础 教学要点：晶体结构及其表示法；倒易点阵。 三、X 射线衍射方向 教学要点：劳埃方程；布拉格方程；衍射矢量方程与厄瓦尔德图解；各种衍射方法； 非理想条件下的衍射。 四、X 射线衍射强度 教学要点：多晶衍射花样的形成；一个电子对 X 射线的散射；原子对 X 射线的散射-原 子散射因子；一个晶胞对 X 射线的散射-结构因子；小晶体对 X 射线的衍射及积分强度；影 响多晶(粉末)积分强度的其他因素；多晶(粉末)衍射的积分强度。 4.教学方法 教师讲授，师生讨论，翻转课堂，指导学生自主学习等。 5.教学评价 习题 3、5、8 思考题： 1、特征 X 射线与荧光 X 射线的产生机理有何不同？ 2、X 射线管的工作机理是什么？ 第二章 X 射线多晶衍射方法及应用 1.教学目标 本章要求学生掌握多晶衍射方法和 X 射线物相分析。 2.教学重难点 多晶衍射；衍射仪结构和试验参数；X 射线物相分析。 3.教学内容 一、X 射线衍射强度 教学要点：德拜照相法；立方系多晶衍射花样的测量、计算和标定；X 射线衍射仪。 二、多晶衍射方法 教学要点：物相定性分析；物相定量分析。 4.教学方法
教师讲授，师生讨论，翻转课堂，指导学生自主学习等。 5.教学评价 习题2、10 第三章透射电子显微分析 1.教学目标 本章要求学生掌握透射电镜的基本概述，电子与固体的相互作用，透射电镜的构造与 工作原理，电子射的特征与分析，T显微图像衬度分析和试样制备。 2.教学重难点 TM结构和成像原理：TEM主要性能参数：TM样品制备：电子衍射谱的特征分析： TE的应用。 3.教学内容 一、概述 教学要点：了解光学显微镜到商用透射电子显微镜的发展史。 二、电子与固体的相互作用 教学要点：电子波长：电子散射：电子散射截面与电子散射能力：弹性相干散射和电 子衍射。 三、透射电镜的构造与工作原理 教学要点：电磁透镜：照明系统：成像系统与成像方法 四、电子衍射普的特征与分析 教学要点：正倒空间点阵的基本关系：单品电子衍射谱的基本特征：简单电子衍射谱 的标定：复杂电子衍射谱的特征。 五、T显微图像衬度分析 教学要点：质厚衬度和TEM图像：衍射衬度和T创图像。 六、试样制备 教学要点：薄膜法；复型和萃取法：粉末试样与支撑膜。 4.教学方法 教师讲授，师生讨论，翻转课堂，指导学生自主学习等。 5.教学评价 课后思考题 1、在电镜中，电子束的波长主要取决于什么？ 2、简述镜筒的基本构造和各部分的作用？
教师讲授，师生讨论，翻转课堂，指导学生自主学习等。 5.教学评价 习题 2、10 第三章 透射电子显微分析 1.教学目标 本章要求学生掌握透射电镜的基本概述，电子与固体的相互作用，透射电镜的构造与 工作原理，电子衍射谱的特征与分析，TEM 显微图像衬度分析和试样制备。 2.教学重难点 TEM 结构和成像原理；TEM 主要性能参数；TEM 样品制备；电子衍射谱的特征分析； TEM 的应用。 3.教学内容 一、概述 教学要点：了解光学显微镜到商用透射电子显微镜的发展史。 二、电子与固体的相互作用 教学要点：电子波长；电子散射；电子散射截面与电子散射能力；弹性相干散射和电 子衍射。 三、透射电镜的构造与工作原理 教学要点：电磁透镜；照明系统；成像系统与成像方法。 四、电子衍射普的特征与分析 教学要点：正倒空间点阵的基本关系；单晶电子衍射谱的基本特征；简单电子衍射谱 的标定；复杂电子衍射谱的特征。 五、TEM 显微图像衬度分析 教学要点：质厚衬度和 TEM 图像；衍射衬度和 TEM 图像。 六、试样制备 教学要点：薄膜法；复型和萃取法；粉末试样与支撑膜。 4.教学方法 教师讲授，师生讨论，翻转课堂，指导学生自主学习等。 5.教学评价 课后思考题： 1、在电镜中，电子束的波长主要取决于什么？ 2、简述镜筒的基本构造和各部分的作用？
3、聚光镜光偏，物镜光阑和选区光阑各有什么作用 4、简述选区电子衍射的原理和操作？ 5、多晶电子衍射花样和单晶电子衍射花样有何不同？ 第四章扫描电子显微镜与电子探针 1.教学目标 本章要求学生掌握扫描电子显微镜，电子图像分析，电子探针的工作原理与结构和电 子探针的分析方法及应用。 2.教学重难点 扫描电镜结构原理、特点及应用：电镜图像及衬度：电子探测定性和定量分析原理。 3.教学内容 一、扫描电子显微镜 教学要点：电子与样品物质的交互作用：扫措电子显微镜的原理、结构和性能。 二、电子图像分析 教学要点：二次电子像的衬度：背散射电子像的衬度。 三、电子探针的工作原理与结构 教学要点：波谱仪的工作原理及结构：能谱仪的工作原理与结构。 四、电子探针仪的分析方法及应用 教学要点：定点分析：线扫描分析与面扫描分析。 4.教学方法 教师讲授，师生讨论，翻转课堂，指导学生自主学习等。 5.教学评价 习题2、3、4、6、9 第五章光电子能谱与俄歇电子能谱 1.教学目标 本章要求学生掌握光电子能谱的基本原理，光电子能谱实验技术，光电子能谱的应用 和俄橄电子能谱分析。 2.教学重难点 光电子能谱和俄歇电子能谱的结构、工作原理及应用分析 3.教学内容 一、光电子能谱基本原理
3、聚光镜光阑，物镜光阑和选区光阑各有什么作用 4、简述选区电子衍射的原理和操作？ 5、多晶电子衍射花样和单晶电子衍射花样有何不同？ 第四章 扫描电子显微镜与电子探针 1.教学目标 本章要求学生掌握扫描电子显微镜，电子图像分析，电子探针的工作原理与结构和电 子探针的分析方法及应用。 2.教学重难点 扫描电镜结构原理、特点及应用；电镜图像及衬度；电子探测定性和定量分析原理。 3.教学内容 一、扫描电子显微镜 教学要点：电子与样品物质的交互作用；扫描电子显微镜的原理、结构和性能。 二、电子图像分析 教学要点：二次电子像的衬度；背散射电子像的衬度。 三、电子探针的工作原理与结构 教学要点：波谱仪的工作原理及结构；能谱仪的工作原理与结构。 四、电子探针仪的分析方法及应用 教学要点：定点分析；线扫描分析与面扫描分析。 4.教学方法 教师讲授，师生讨论，翻转课堂，指导学生自主学习等。 5.教学评价 习题 2、3、4、6、9 第五章 光电子能谱与俄歇电子能谱 1.教学目标 本章要求学生掌握光电子能谱的基本原理，光电子能谱实验技术，光电子能谱的应用 和俄歇电子能谱分析。 2.教学重难点 光电子能谱和俄歇电子能谱的结构、工作原理及应用分析。 3.教学内容 一、光电子能谱基本原理