《固體物理》課程教學(xué)大綱

《固體物理》教學(xué)大綱課程編號(hào)：10180234英文名稱：SolidStatePhysics學(xué)分：3學(xué)時(shí)：總學(xué)時(shí)48學(xué)時(shí)，其中理論48學(xué)時(shí)，實(shí)踐0學(xué)時(shí)先修課程：普通物理、熱力學(xué)與統(tǒng)計(jì)物理、原子物理學(xué)、量子力學(xué)課程類別：專業(yè)基礎(chǔ)課程授課對(duì)象：新能源材料與器件專業(yè)學(xué)生教學(xué)單位：數(shù)理信息學(xué)院修讀學(xué)期：第4學(xué)期課程描述和目標(biāo)本課程是新能源材料與器件專業(yè)學(xué)生一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程。主要研究固體的結(jié)構(gòu)及組成粒子之間的相互作用與運(yùn)動(dòng)規(guī)律，闡明固體的性能和用途。通過整個(gè)教學(xué)過程，使學(xué)生理解晶體結(jié)構(gòu)的基本描述，晶格聲子及固體電子理論，掌握周期性結(jié)構(gòu)的固體材料的常規(guī)性質(zhì)和研究方法，了解固體物理領(lǐng)域的一些新進(jìn)展。能夠熟練掌握基本的物理方法，并具有綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)分析問題和解決問題的能力。本課程擬達(dá)到的課程目標(biāo):課程目標(biāo)1：掌握晶體結(jié)構(gòu)的基本描述和晶體結(jié)合的基本鍵合作用，理解晶體微觀結(jié)構(gòu)和宏觀性質(zhì)的聯(lián)系。課程目標(biāo)2：掌握晶格振動(dòng)的基本概念和物理圖像；理解晶格振動(dòng)的量子化，理解比較抽象的晶格振動(dòng)的元激發(fā)“聲子”的概念，并能用聲子理論解釋晶體材料相關(guān)熱學(xué)性質(zhì)。課程目標(biāo)3：熟悉固體電子論和能帶理論等基本概念和物理圖像，掌握周期性結(jié)構(gòu)的固體材料的常規(guī)性質(zhì)和研究方法，了解固體物理領(lǐng)域的一些新進(jìn)展，具有綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)分析問題和解決問題的能力，培養(yǎng)科學(xué)思維和創(chuàng)新能力。課程目標(biāo)對(duì)畢業(yè)要求的支撐關(guān)系畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)課程目標(biāo)權(quán)重指標(biāo)點(diǎn)1-1.能將數(shù)學(xué)、自然科學(xué)、工程科學(xué)的語言工具用于新能源材料與器件問題的表述;課程目標(biāo)1、2、3H指標(biāo)點(diǎn)2-1.能夠應(yīng)用數(shù)學(xué)、物理等自然科學(xué)知識(shí)和基本原理，建立和求解數(shù)學(xué)模型；課程目標(biāo)1、2、3H指標(biāo)點(diǎn)4-1：能夠借助文獻(xiàn)研究和新能源材料與器件學(xué)科相關(guān)原理，分析問題域的復(fù)雜性并抽取關(guān)鍵特征，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案；課程目標(biāo)3M三、教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時(shí)分配序號(hào)教學(xué)內(nèi)容基本要求及重、難點(diǎn)（含德育要求）學(xué)時(shí)教學(xué)方式對(duì)應(yīng)課程目標(biāo)1晶體結(jié)構(gòu)教學(xué)內(nèi)容：原子的周期性排列；晶向和晶面；晶格的基本類型。基本要求：了解非晶態(tài)、準(zhǔn)晶態(tài)，晶體結(jié)構(gòu)測(cè)定，掌握晶體的構(gòu)成要素、原胞的基本概念及其選取方法；理解晶格的對(duì)稱性及布拉伐格子，掌握晶格的基本類型；掌握晶向、晶面指數(shù)系統(tǒng)。重點(diǎn)：晶體的構(gòu)成要素、晶向、晶面指數(shù)系統(tǒng)難點(diǎn)：原胞的選取、原胞基矢的確定德育要求：培養(yǎng)學(xué)生通過學(xué)習(xí)晶體結(jié)構(gòu)，揭示原子間的本質(zhì)聯(lián)系。讓學(xué)生善于透過現(xiàn)象看本質(zhì)，善于抓住事物的根本和關(guān)鍵。8集中授課小組討論課程目標(biāo)12晶體衍射和倒易點(diǎn)陣教學(xué)內(nèi)容：倒格子空間的引入；倒易點(diǎn)陣；布里淵區(qū)。基本要求：理解倒格子空間；掌握布里淵區(qū)的定義及其選取方法；理解晶體衍射原理。重點(diǎn)：倒格子、X射線衍射難點(diǎn)：倒格子與正格子間的關(guān)系德育要求：利用數(shù)學(xué)中的傅里葉變換得到的相空間即倒空間來解決晶體的物理規(guī)律，培養(yǎng)學(xué)生靈活應(yīng)用基本數(shù)學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題的能力。10集中授課小組討論課程目標(biāo)13晶體結(jié)合教學(xué)內(nèi)容：晶體結(jié)合的基本類型，結(jié)合力的一般性質(zhì)，范德瓦爾斯結(jié)合，離子晶體的結(jié)合能?；疽螅赫莆辗兜峦郀査菇Y(jié)合的本質(zhì)；掌握馬德隆能，能計(jì)算一維和二維離子晶體的馬德隆常數(shù)，會(huì)推導(dǎo)離子晶體的結(jié)合能；了解共價(jià)結(jié)合的相關(guān)特性；了解金屬性結(jié)合的相關(guān)特性；了解氫鍵結(jié)合的相關(guān)特性。重點(diǎn)：晶體結(jié)合的基本類型、結(jié)合能難點(diǎn)：馬德隆常數(shù)的計(jì)算德育要求：培養(yǎng)學(xué)生善于透過現(xiàn)象看本質(zhì)，善于抓住事物的根本和關(guān)鍵。8課前導(dǎo)學(xué)課堂講授課程目標(biāo)1課程目標(biāo)34聲子I教學(xué)內(nèi)容：簡(jiǎn)諧近似；一維原子鏈的振動(dòng)；聲學(xué)波和光學(xué)波；晶格振動(dòng)的量子化?；疽螅豪斫夂?jiǎn)諧近似的合理性；掌握一維單原子鏈和一維雙原子鏈的振動(dòng)特性及色散關(guān)系；掌握聲學(xué)波和光學(xué)波各自的物理特性；理解晶格振動(dòng)的量子化，理解比較抽象的晶格振動(dòng)的元激發(fā)“聲子”的概念。重點(diǎn)：一維單原子鏈和一維雙原子鏈的振動(dòng)特性及色散關(guān)系難點(diǎn)：“聲子”概念的理解德育要求：通過簡(jiǎn)諧近似解決晶格振動(dòng)問題，培養(yǎng)學(xué)生“抓主要矛盾”解決實(shí)際問題的能力。8集中授課、小組討論課程目標(biāo)25聲子II教學(xué)內(nèi)容：比熱的量子理論；晶格熱傳導(dǎo)；晶格熱膨脹?；疽螅毫私獗葻岬慕?jīng)典理論以及量子理論的愛因斯坦模型和德拜模型；理解影響晶格熱傳導(dǎo)的各個(gè)因素；理解晶格熱膨脹為非簡(jiǎn)諧效應(yīng)導(dǎo)致的結(jié)果，能定性解釋晶格熱膨脹。重點(diǎn)：比熱的量子理論難點(diǎn)：比熱的量子理論德育要求：愛因斯坦是第一個(gè)嘗試求解比熱問題的人，但他的理論過于粗糙，與實(shí)驗(yàn)相違背，但愛因斯坦這種勇于探索和敢于做第一個(gè)吃螃蟹的人的精神，可激發(fā)學(xué)生對(duì)科研的鉆研精神，及面對(duì)問題迎難而上的勇氣。7集中授課小組討論課程目標(biāo)26能帶理論教學(xué)內(nèi)容：能帶和能隙；導(dǎo)體、半導(dǎo)體和絕緣體的能帶論解釋。基本要求：通過本章的教學(xué)，使學(xué)生能夠了解晶體能帶理論的基本假設(shè)和處理問題的基本思路；理解導(dǎo)體、半導(dǎo)體、絕緣體的能帶論解釋。重點(diǎn)：導(dǎo)體、半導(dǎo)體、絕緣體的能帶論解釋難點(diǎn)：能帶論解釋德育要求：布洛赫質(zhì)疑電子在晶體中的運(yùn)動(dòng)不可能像處在真空中一樣完全自由，最后提出了布洛赫定理，給出了普適的波函數(shù)形式，為求解能帶結(jié)構(gòu)奠定了基礎(chǔ)。通過列舉布洛赫的例子，激勵(lì)勤于思考，追求求實(shí)、求真的精神和創(chuàng)新意識(shí)。7集中授課小組討論課程目標(biāo)3合計(jì)48四、課程教學(xué)方法課堂集中講授、小組討論、線上教學(xué)、慕課等教學(xué)方式。五、學(xué)業(yè)評(píng)價(jià)和課程考核（一）考核方式及具體要求1.課程成績(jī)構(gòu)成與要求課程考核注重形成性和終結(jié)性評(píng)價(jià)相結(jié)合，考核內(nèi)容主要由平時(shí)作業(yè)、課堂表現(xiàn)、期中測(cè)試、期末考核組成，均按百分制計(jì)分，其中期末考核成績(jī)占60%、平時(shí)作業(yè)成績(jī)占10%、課堂表現(xiàn)成績(jī)占10%、期中測(cè)試成績(jī)占20%。2.課程目標(biāo)達(dá)成考核與評(píng)價(jià)序號(hào)教學(xué)環(huán)節(jié)課程目標(biāo)1（分值）課程目標(biāo)2（分值）課程目標(biāo)3（分值）合計(jì)1平時(shí)作業(yè)550102課堂表現(xiàn)055103期中測(cè)試5105204期末考試30201060課程目標(biāo)對(duì)應(yīng)分值404020100（二）考核與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)1.平時(shí)成績(jī)考核與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)分值觀測(cè)點(diǎn)90-100分70-89分60-69分0-59分作業(yè)按時(shí)完成，90%以上的作業(yè)內(nèi)容齊全，基本知識(shí)點(diǎn)理解、掌握到位。按時(shí)完成，70%以上的作業(yè)內(nèi)容齊全，基本知識(shí)點(diǎn)理解、掌握較到位。延時(shí)完成，60%以上的作業(yè)內(nèi)容齊全，基本知識(shí)點(diǎn)理解、掌握基本到位。不交和補(bǔ)交，50%以下的作業(yè)內(nèi)容齊全，基本知識(shí)點(diǎn)理解、掌握有偏差。2.課堂表現(xiàn)考核與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)課堂回答問題的積極性和正確率。每曠課一次扣2分。3.期中測(cè)試與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)測(cè)試題目及評(píng)分標(biāo)注進(jìn)行打分（百分制）。4.期末試卷考核與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)期末試卷及評(píng)分標(biāo)注進(jìn)行打分（百分制）。六、教材與參考書（一）推薦教材1．《固體物理學(xué)導(dǎo)論》，[美]基泰爾主編，北京：化