【教學(xué)大綱】材料物理導(dǎo)論

《材料物理導(dǎo)論》課程教學(xué)大綱課程名稱：材料物理導(dǎo)論課程類別：專業(yè)主干課適用專業(yè)：材料化學(xué)考核方式：考試總學(xué)時、學(xué)分：64學(xué)時4學(xué)分其中實驗學(xué)時：0學(xué)時一、課程教學(xué)目的1使學(xué)生從微觀的成分、結(jié)構(gòu)、缺陷以及電子、原子(離子)運動出發(fā),認知、探討材料宏觀性質(zhì)2使學(xué)生掌握村料物理的基本概念、基本知識、基本理論、基本思維方法3學(xué)會從微觀微觀成本質(zhì)出發(fā)去研究材料宏觀性質(zhì)的思路;4定性掌握根據(jù)分、結(jié)構(gòu)、缺陷設(shè)計材料性能的思路二、課程教學(xué)要求材料物理導(dǎo)論是材料專業(yè)基本課程，在掌握先修課程的基礎(chǔ)上，盡量結(jié)合實驗教學(xué)，才能達到教學(xué)效果。三、先修課程高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理、材料晶體化學(xué)、(結(jié)構(gòu)化學(xué))、材料物理化學(xué)四、課程教學(xué)重、難點掌握材料的力學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)和光學(xué)的基本原理。五、課程教學(xué)方法與教學(xué)手段講課結(jié)合PPT和實驗教學(xué)。六、課程教學(xué)內(nèi)容第一章材料的力學(xué)（8學(xué)時）1．教學(xué)內(nèi)容(1)本章是本書重要的基礎(chǔ)性內(nèi)容,主要闡述與材料多種力學(xué)性能有關(guān)的物理定義和數(shù)學(xué)表達式及其微觀機理。包括:應(yīng)力、應(yīng)變,彈性形變、黏性形變,楊氏模量、剪切模量、體積模量、泊松比,材料的塑性、蠕變與黏彈性,Maxwell模型和Voigt模型,材料的斷裂與機械強度、材料的脆性斷裂與韌性斷裂,材料的硬度,古典量子論、量子力學(xué)的假設(shè)、薛定諤方程、量子力學(xué)的應(yīng)用、隧道效應(yīng),以及材料的力學(xué)與顯微結(jié)構(gòu)關(guān)系專題2．重、難點提示(1)材料量子力學(xué)的假設(shè)。第二章材料的熱學(xué)（8學(xué)時）1．教學(xué)內(nèi)容(1)本章是本書重要的基礎(chǔ)性內(nèi)容,主要闡述與材料多種熱學(xué)性能有關(guān)的物理定義和數(shù)學(xué)表達式及其微觀機理。包括:熱力學(xué)概要、統(tǒng)計力學(xué)概要、熱力學(xué)與統(tǒng)計力學(xué)的關(guān)系,材料的熱容量、晶格的熱振動、聲子、熱容量的經(jīng)驗定律、熱容量的經(jīng)典理論、熱容量的量子理論、實際材料的熱容量,材料的熱膨脹、材料熱膨脹的微觀機理,材料的熱傳導(dǎo)、材料熱傳導(dǎo)的微觀機理,材料的熱穩(wěn)定性、材料的熱應(yīng)力斷裂、材料的熱應(yīng)力損傷、實際材料的熱穩(wěn)定性,以及集成電路用導(dǎo)熱材料專題。2．重、難點提示(1)熱容理論的理解。第三章材料的電學(xué)（10學(xué)時）1．教學(xué)內(nèi)容(1)本章是本書最重要的基礎(chǔ)性內(nèi)容,主要闡述與材料多種電學(xué)性能有關(guān)的物理定義和數(shù)學(xué)表達式及其微觀機理。包括:歐姆定律的微分形式,金屬的自由電子論、金屬的電導(dǎo)率,能帶理論、布洛赫定理、準自由電子近似的電子能譜,導(dǎo)體、半導(dǎo)體與介電體的區(qū)別,材料的電導(dǎo)、電子型電導(dǎo)、施主與受主、雜質(zhì)能級、電子與空穴、雜質(zhì)的補償、半金屬、電子濃度、電子遷移率、電導(dǎo)率、電子散射,離子型電導(dǎo)、電解效應(yīng)、離子濃度、離子遷移率、實際材料的電導(dǎo)率,材料的介電性、電介質(zhì)的極化、材料的電極化、電子極化、離子極化、偶極子轉(zhuǎn)向極化、莫索提內(nèi)電場、克勞休斯方程、德拜方程、自發(fā)極化、電滯現(xiàn)象、鐵電體,材料的電損耗、Maxwell-Wagner夾層極化、復(fù)合介質(zhì)關(guān)系式,材料的電擊穿、抗電強度、固體介質(zhì)的電擊穿理論、局部放電現(xiàn)象,材料的超導(dǎo)電性、超導(dǎo)電現(xiàn)象、邁斯納效應(yīng)、約瑟夫遜效應(yīng),以及高溫超導(dǎo)材料專題和LED發(fā)光顯示材料專題。2．重、難點提示(1)載流子和自由電子理論和能帶理論。第四章材料的磁學(xué)（12學(xué)時）1．教學(xué)內(nèi)容(1)本章可在前面三章基礎(chǔ)上進行比照閱讀,主要闡述與材料多種磁學(xué)性能有關(guān)的物理定義和數(shù)學(xué)表達式及其微觀機理。包括:材料的磁現(xiàn)象、磁導(dǎo)率、磁化率,材料磁性的微觀機理、磁偶極子、Bohr磁子、軌道磁矩、自旋磁矩,抗磁性、順磁性、反鐵磁性、鐵磁性、亞鐵磁性,材料磁性的熱力學(xué)關(guān)系,材料的抗磁性理論,材料的順磁性理論,晶體場理論與軌道角動量猝滅,材料的鐵磁性理論、分子場理論、材料的反鐵磁性和亞鐵磁性理論,鐵磁材料的相互作用能,磁疇的形成及其穩(wěn)定狀態(tài),材料的磁性能指標、材料的磁導(dǎo)率和磁能積、材料的磁損耗與品質(zhì)因子、材料的磁性頻譜、材料磁性能的穩(wěn)定性,鐵氧體磁性材料,以及稀土永磁材料進展專題。2．重、難點提示(1)磁性的微觀機理；第五章材料的光學(xué)（8學(xué)時）1．教學(xué)內(nèi)容(1)本章可在前面四章基礎(chǔ)上進行比照閱讀,主要闡述材料的多種光學(xué)性能有關(guān)的物理定義和數(shù)學(xué)表達式及其微觀機理。包括:光的折射與反射、光的吸收、光的色散與散射、材料的透光性和顏色,發(fā)光及其材料、激光及其材料,光的傳輸、光學(xué)纖維材料、單模光纖、階躍型多模光纖、漸變型多模光纖,材料的非線性極化、非線性光學(xué)材料,以及光纖通信材料專題和光波導(dǎo)技術(shù)及器件專題。2．重、難點提示(1)材料的顏色和光的傳輸。第六章材料的聲學(xué)（8學(xué)時）1．教學(xué)內(nèi)容(1)本章可在前面五章基礎(chǔ)上進行比照閱讀,主要闡述材料的多種聲學(xué)性能有關(guān)的物理定義和數(shù)學(xué)表達式及其微觀機理。包括:聲波的產(chǎn)生、聲波的傳播、聲阻抗,室內(nèi)聲學(xué)、吸聲系數(shù)、混響時間、回聲、聲焦點,吸聲材料、吸聲結(jié)構(gòu),水中聲學(xué)、水聲材料,超聲及其材料,微聲及其材料,次聲,以及壓電材料專題和微波陶瓷專題。2．重、難點提示(1)聲學(xué)性能有關(guān)的物理定義和數(shù)學(xué)表達式及其微觀機理。第七章材料的功能轉(zhuǎn)換（10學(xué)時）1．教學(xué)內(nèi)容(1)本章可在前面六章介紹材料各自單獨物理性能基礎(chǔ)上進行綜合閱讀,主要闡述與材料的多種功能轉(zhuǎn)換性能有關(guān)的物理定義和數(shù)學(xué)表達式及其微觀機理。包括:Neumann法則,Heckmann圖、主要效應(yīng)、耦合效應(yīng)、壓電特性、熱電效應(yīng),熱彈行為,力一熱一電性能的熱力學(xué),不同條件測量的系數(shù)關(guān)系,電光效應(yīng),光彈效應(yīng),折射率橢球,功能轉(zhuǎn)換材料,壓電材料熱釋電材料、光電材料、熱電材料、電光材料、磁光材料、聲光材料,以及復(fù)合智能材料專題。2．重、難點提示(1)材料的多種功能轉(zhuǎn)換性能有關(guān)的物理定義和數(shù)學(xué)表達式及其微觀機理。七、學(xué)時分配章目教學(xué)內(nèi)容教學(xué)環(huán)節(jié)理論教學(xué)學(xué)時實驗教學(xué)學(xué)時一材料的力學(xué)8二材料的熱學(xué)8三材料的電學(xué)10四材料的磁學(xué)12五材料的光學(xué)8六材料的聲學(xué)8七材料的功能轉(zhuǎn)換10總計64八、課程考核方式1?？己朔绞剑汗P試2。成績構(gòu)成考試成績九、選用教材和參考書目［1］《固體物理導(dǎo)論》（版次），c基泰爾編，北京：科學(xué)出版社，2005；［2］《材料物理數(shù)學(xué)基礎(chǔ)》（1版），王疆瑛編，華東理工大學(xué)出版社，