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《固体物理》课程教学大纲

一、课程基本信息

课程编号:13103104

课程类别:专业核心课程

适应专业:材料物理

总学时:64学时

总学分:3学分

课程简介:

固体物理学是研究固体的结构及其组成粒子之间相互作用与运动规律的学科,
也是材料物理的重要基础课程。固体物理学研究的对象是由大量粒子组成的复杂系
统。这些大量粒子之间存在着复杂的相互作用,但同时也包含了丰富的物理现象。
对于这种复杂的系统,人们必须作近似处理,找出描述某种现象的物理本质。这对学
生的抽象、假设、创造力的培养是非常重要的。

授课教材:《固体物理学》,黄昆、韩汝琦,高等教育出版社,1988,1996年获
国家科学技术进步二等奖、全国第二届优秀教材特奖

参考书目:

[1]《固体物理引论》,基特耳著、万纾民等译,人民教育出版社,1962年。

[2]《固体物理学》,H.E.Hall,刘志远等译,高等教育出版社,1983年。

[3]《固体物理学》,谢希德等,上海科学技术出版社,1961年。

[4]《固体物理学》,顾秉林、王喜坤,清华大学出版社,1989年。

[5]《固体物理》,徐毓龙、阎西林,西安电子科技大学出版社,1990年。

[6]《固体物理学》,陈长乐,西北工业大学出版社出版,2000年。

二、课程教育目标

固体物理学是物理学中的重要分支,本课程是材料物理学的基础理论课,是物
理专业及其相近专业非常重要的基础课、必修课。课程强调对固体物理学的科学方
法、物理图象的理解。学生通过本课程的学习要求掌握固体物理学的基本概念、基
本模型和方法,了解它们在各类技术中的应用,为进一步学习专业课,为毕业后从事
科研和高新技术工作打下坚实的基础。

三、教学内容与要求

第一章晶体结构

教学重点:晶体结构,空间点阵,倒移点阵晶向、晶面指数

教学难点:倒格子,晶体对称操作

教学时数:10学时

教学内容:一些晶格的实例,晶格的周期性,晶向、晶面和它们的标志,倒格子,
晶体的宏观对称性。

教学方式:课堂讲授

教学要求:

(1)掌握晶体的空间点阵,晶体基矢的表达,倒易点阵,晶面、晶向的概念以及
正点

阵和倒移点阵的关系。

(2)了解晶体的宏观对称性。

第二章固体的结合

教学重点:结合力的一般性质,非极性分子和离子晶体的结合能,范德瓦耳斯结
合。

教学难点:非极性分子和离子晶体的结合能,轨道杂化。

教学时数:8学时

教学内容:离子性结合,共价结合,金属性结合,范德瓦耳斯结合

教学方式:课堂讲授

教学要求:掌握晶体的结合类型和结合性质。

第三章晶格振动与晶体的热学性质

教学重点:一维单原子链,晶格热容的量子理论,简正振动,晶格的热传导。

教学难点:晶格热容的量子理论,三维晶格的振动。

教学时数:14学时

教学内容:简谐近似和简正坐标,一维单原子链,一维双原子链、声学波和光学
波,三维晶格的振动,晶格热容的量子理论,晶格振动模式密度,晶格的状态方程与热
膨胀,晶格的

热传导

教学方式:课堂讲授

教学要求:

(1)掌握一维原子链的振动,色散关系、格波;

(2)掌握晶格振动的量子化、声子,长波近似;

(3)掌握固体比热,爱因斯坦模型和德拜模型;

(4)非简谐效应。理解:三维晶格的振动,晶格热容的量子理论,晶格振动模式
密度,晶格

的状态方程与热膨胀,晶格的热传导。

第四章能带理论

教学重点:布洛赫定理,一维周期场中电子运动的近自由电子近似,能态密度和
费米面,能带结构

教学难点:布洛赫定理,近自由电子近似,能带结构

教学时数:12学时

教学内容:布洛赫定理,一维周期场中电子运动的近自由电子近似,三维周期场
中电子运动的近自由电子近似,紧束缚近似—原子轨道的线性组合法,能态密度和费
米面。

教学方式:课堂讲授

教学要求:

(1)掌握和理解布洛赫定理;

(2)掌握和理解布里渊区;

(3)掌握和理解平面波方法和紧束缚方法

(4)掌握和理解能态密度和费米面

第五章晶体中电子在电场和磁场中的运动

教学重点:有效质量,导体、绝缘体和半导体的能带论解释,朗道能级

教学难点:有效质量,朗道能级

教学时数:8学时

教学内容:准经典运动,恒定电场作用下电子的运动,导体、绝缘体和半导体的
能带论解释,在恒定磁场中电子的运动。

教学方式:课堂讲授

教学要求:(1)掌握和理解有效质量;(2)掌握和理解导体、绝缘体和半导体的
能带论解释;(3)掌握和理解朗道能级。

第六章金属电子论

教学重点:电子气的费米能量EF,金属中电子气的热容量,晶格散射和电导的
关系

教学难点:功函数与接触势,波耳兹曼方程。

教学时数:12学时

教学内容:费米统计和电子热容量,功函数与接触势,分步函