湖南人文科技学院：信息学院物理学专业《固体物理》理论课程教学大纲

《固体物理学》教学大纲 课程性质专业选修课 课程编号 Xx405402 课程名称 固体物理学 适用专业 物理学 先修课程高等数学、量子力学 总学时其中理论32学时，实验0学时 学分数2 一、课程简介 固体物理学是从电子、原子和分子的角度研究固体的结构和性质（主要是物理性质） 的一门基础理论学科。固体是物质结构的重要层次之一。其物理特性丰富多样，应用极 为广泛。固体物理已成为当代物理学的重要学科之一。世界各国的大学都十分重视开设 固体物理课程。固体物理学课程着重讲述固体的结构，组成粒子之间的相互作用以及粒 子的运动规律，并在此基础上阐明固体的基本物理性质和其应用的原理。 通过本课程的学习，有助于学生巩固、加深和丰富所学的物理学知识和理论，使学 生了解晶体结构的基本描述、固体材料的宏观和微观特性，以及自由电子模型和能带理 论等，掌握周期性结构固体材料的常规性质和处理方法，为以后专业课程的学习提供基 础的知识。 二、课程教学目标 1、通过本课程的学习，使学生了解晶体结构的基本描述、固体材料的宏观和微观 特性，以及自由电子模型和能带理论等，掌握周期性结构固体材料的常规性质和处理方 法，为以后专业课程的学习提供基础的知识 2、使学生树立起晶体内原子、电子等微观粒子运动的物理图像及其有关模型，掌 握晶体内微观粒子的运动规律及其与晶体宏观性能的物理联系，深刻理解晶体宏观性能 的微观物理本质，为进一步学习和研究固体物理学各种专门问题及相关领域的内容建立 初步的理论基础。此外，在教学过程中，还必须有意识地培养学生自学能力，分析与解 决问题的能力。 3、学生通过本课程的学习，掌握固体物理的基本原理、理论和研究方法，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。 三、课程教学基本要求

1 《固体物理学》教学大纲 课程性质 专业选修课 课程编号 xx405402 课程名称 固体物理学 适用专业 物理学 先修课程 高等数学、量子力学 总学时 其中理论 32 学时，实验 0 学时 学分数 2 一、课程简介 固体物理学是从电子、原子和分子的角度研究固体的结构和性质(主要是物理性质) 的一门基础理论学科。固体是物质结构的重要层次之一。其物理特性丰富多样，应用极 为广泛。固体物理已成为当代物理学的重要学科之一。世界各国的大学都十分重视开设 固体物理课程。固体物理学课程着重讲述固体的结构，组成粒子之间的相互作用以及粒 子的运动规律，并在此基础上阐明固体的基本物理性质和其应用的原理。 通过本课程的学习，有助于学生巩固、加深和丰富所学的物理学知识和理论，使学 生了解晶体结构的基本描述、固体材料的宏观和微观特性，以及自由电子模型和能带理 论等，掌握周期性结构固体材料的常规性质和处理方法，为以后专业课程的学习提供基 础的知识。 二、课程教学目标 1、通过本课程的学习，使学生了解晶体结构的基本描述、固体材料的宏观和微观 特性，以及自由电子模型和能带理论等，掌握周期性结构固体材料的常规性质和处理方 法，为以后专业课程的学习提供基础的知识 2、使学生树立起晶体内原子、电子等微观粒子运动的物理图像及其有关模型，掌 握晶体内微观粒子的运动规律及其与晶体宏观性能的物理联系，深刻理解晶体宏观性能 的微观物理本质，为进一步学习和研究固体物理学各种专门问题及相关领域的内容建立 初步的理论基础。此外，在教学过程中，还必须有意识地培养学生自学能力，分析与解 决问题的能力。 3、学生通过本课程的学习，掌握固体物理的基本原理、理论和研究方法，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。 三、课程教学基本要求

课程前：了解物理学专业的人才培养方案，认真阅读本大纲，对所用教材进行研究， 按大纲要求及人才培养方案进行内容的取舍。 课程中：要结合学生实际情况对内容的难易程度进行调整，加强对习题的讲解与辅 导。 课程后：定期批改作业，了解学生学习情况。 四、课程教学模块（或教学内容）与学时分配 序号 教学模块 知识点 学时 晶体的结构 了解：晶面角守恒 2 (12学时) 理解：晶体的共性一一长程有序、自限性、各 向异性 掌握：晶体常见堆积模型、六角密排与立方密 排 理解：布喇菲点阵、原胞、晶胞的概念 2 掌握：简立方、体心立方与面心立方：常见的 晶体结构，氯化铯结构、氯化钠结构及金刚石 结构 理解：晶列与晶面的基本概念及表征 2 掌握：晶列指数与晶面指数的计算 了解：X光衍射与倒格空问 2 理解：倒格空间与正格子空间的关系 掌握：倒格矢量及晶面间距的计算 了解：晶体的对称性，基本对称操作 4 理解：晶体结构的分类 掌握：晶体的X光衍射，几何结构因子的计算 2 理解：晶体的结合类型，共价结合，离子结合， 2 晶体的结合 金属结合，分子结合，氢键结合 (4学时) 理解：结合力及结合能 掌握：分子力结合与雷纳德-琼斯势，离子结合

2 课程前：了解物理学专业的人才培养方案，认真阅读本大纲，对所用教材进行研究， 按大纲要求及人才培养方案进行内容的取舍。 课程中：要结合学生实际情况对内容的难易程度进行调整，加强对习题的讲解与辅 导。 课程后：定期批改作业，了解学生学习情况。 四、课程教学模块（或教学内容）与学时分配 序号 教学模块 知识点 学时 1 晶体的结构 （12 学时） 了解：晶面角守恒 理解：晶体的共性——长程有序、自限性、各 向异性 掌握：晶体常见堆积模型、六角密排与立方密 排 2 理解：布喇菲点阵、原胞、晶胞的概念 掌握：简立方、体心立方与面心立方；常见的 晶体结构，氯化铯结构、氯化钠结构及金刚石 结构 2 理解：晶列与晶面的基本概念及表征 掌握：晶列指数与晶面指数的计算 2 了解：X 光衍射与倒格空间 理解：倒格空间与正格子空间的关系 掌握：倒格矢量及晶面间距的计算 2 了解：晶体的对称性，基本对称操作 理解：晶体结构的分类 掌握：晶体的 X 光衍射，几何结构因子的计算 4 2 晶体的 结合 （4 学时） 理解：晶体的结合类型，共价结合，离子结合， 金属结合，分子结合，氢键结合 2 理解：结合力及结合能 掌握：分子力结合与雷纳德-琼斯势，离子结合 2

与马德隆常数 晶格振动与 理解：一维筒单格子的晶格振动，振动模式及 晶体热学性 色散关系 质(8学时) 了解：一维复式格子的晶格振动，振动模式及 色散关系，声学波和光学波 理解：晶格振动的量子化与声子的概念 2 掌握：简正振动能、声子 理解：热容理论，模式密度 3 掌握：热容理论的爱因斯坦模型及德拜模型 品体中电子 理解：布洛赫定理 2 能带理论(8掌握：简约布里渊区 学时) 了解：近自由电子模型 理解：微扰理论在近近自由电子模型中的应用 掌握：一维晶格中电子的布拉格反射 了解：二维方格子、筒立方格子、体心立方格 2 子、面心立方格子的第一布里渊区 掌握：紧束缚方法 掌握：电子的平均速度、平均加速度和有效质 2 量 理解：等能面的基本性质，等能面在布里渊区 边界的形状 掌握：能态密度的计算 四、教学方法与策略 课程以课堂讲授为主，小组讨论与习题剖析为辅。 五、学生学习成效考核方式 考核环节构成 占总成绩 评分依据 (均为100分制 的比重 期末考试 开卷，选择题(20%)、填空题(20%)判断题(20%)、80%

3 与马德隆常数 3 晶格振 动与 晶体热 学性 质（8 学时） 理解：一维简单格子的晶格振动，振动模式及 色散关系 了解：一维复式格子的晶格振动，振动模式及 色散关系，声学波和光学波 3 理解：晶格振动的量子化与声子的概念 掌握：简正振动能、声子 2 理解：热容理论，模式密度 掌握：热容理论的爱因斯坦模型及德拜模型 3 4 晶体中 电子 能带理论（8 学时） 理解：布洛赫定理 掌握：简约布里渊区 2 了解：近自由电子模型 理解：微扰理论在近近自由电子模型中的应用 掌握：一维晶格中电子的布拉格反射 2 了解：二维方格子、简立方格子、体心立方格 子、面心立方格子的第一布里渊区 掌握：紧束缚方法 2 掌握：电子的平均速度、平均加速度和有效质 量 理解：等能面的基本性质，等能面在布里渊区 边界的形状 掌握：能态密度的计算 2 四、教学方法与策略 课程以课堂讲授为主，小组讨论与习题剖析为辅。 五、学生学习成效考核方式 考核环节构成 （均为 100 分制） 评分依据 占总成绩 的比重 期末考试 开卷，选择题（20%）、填空题（20%）判断题（20%）、 80%

与计算题(40%) 考勤及课后作业 考勤计5分，缺课一次扣1分，作业计5分，作业分20% 求平均，未按时交计零分。 六、选用教材 王矜奉著，《固体物理教程》，山东大学出版社，2008年第六版 七、参考资料 [1]黄昆、韩汝骑著，《固体物理学》，高等教育出版社，1988年第一版。 [2]阎守胜编著，《固体物理学基础》，北京大学出版社，2003年8月第二版。 [3][美]C.基泰尔著，项金钟、吴兴惠译，《固体物理导论》，化学工业出版社，2014 年2月第一版。 [4顾顺炳林、王喜坤著，《固体物理学》，清华大学出版社，1989年9月第一版。 [5]王矜奉等著，《固体物理概念题和习题指导》，山东大学出版社，2001年第一版。 [6]陈长乐著，《固体物理学》，科学出版社，1998年第一版。 大纲起草人：何杰辉 大纲审核人：丁持坤 大纲批准人：谢四莲 日期：2016年12月20日

4 六、选用教材 王矜奉著，《固体物理教程》，山东大学出版社，2008 年第六版 七、参考资料 [1]黄昆、韩汝骑著，《固体物理学》，高等教育出版社，1988 年第一版。 [2]阎守胜编著，《固体物理学基础》，北京大学出版社，2003 年 8 月第二版。 [3][美]C.基泰尔著，项金钟、吴兴惠译，《固体物理导论》，化学工业出版社，2014 年 2 月第一版。 [4]顾炳林、王喜坤著，《固体物理学》，清华大学出版社，1989 年 9 月第一版。 [5]王矜奉等著，《固体物理概念题和习题指导》，山东大学出版社，2001 年第一版。 [6]陈长乐著，《固体物理学》，科学出版社，1998 年第一版。 大纲起草人： 何杰辉 大纲审核人： 丁持坤 大纲批准人： 谢四莲 日期：2016 年 12 月 20 日 与计算题（40%） 考勤及课后作业 考勤计 5 分，缺课一次扣 1 分，作业计 5 分，作业分 求平均，未按时交计零分。 20%