“固体物理Ⅰ”课程教学大纲

北京工业大学

“固体物理Ⅰ”课程教学大纲

英文名称：Solid State Physics

课程编号：

课程类型：专业限选课

学时：32 学分：2

面向对象：材料科学与工程专业及相关专业

先修课程：普通物理、材料科学基础

一、课程性质和目的（任务）

《固体物理Ⅰ》是材料科学与工程专业的专业限选课。其任务是让学生掌握固体物理的基本规律、基本概念和处理固体物理学问题的特有方法，为后续课程的学习奠定必要的理论基础，同时培养学生综合所学知识分析问题和解决问题的能力。

二、课程教学内容及要求

总体目的和要求：

（1）了解固体物理学发展的基本情况，以及固体物理学对于近代物理和近代科技的发展起的作用。

（2）掌握固体物理学的基本概念和基本规律，培养掌握科学知识的方法。

（3）熟悉应用固体物理学理论分析和处理问题的手段方法。

章节要求

第一章绪言（1学时）

要求了解固体物理的发展过程和当前固体物理研究进展，了解固体物理理论与材料性能与应用之间的关联性。

第二章晶体结构（5学时）

要求学生掌握晶体的宏观特性、晶体的微观结构、常见的晶体结构、晶体的对称性和晶面与晶向的概念；了解倒格子与布里渊区的概念

[1] 了解晶格基矢，晶格的周期性、空间点阵的概念，掌握原胞、晶胞，晶列、晶面指数的表示方法

[2] 理解晶体结构的对称性

[3] 理解密堆积、配位数

[4] 了解倒易点阵，倒格子（布里渊区）

第三章晶体结合（6学时）

要求学生掌握晶体结合的普遍特性；熟悉离子键，共价键，金属键，分子键，氢键和的特性；理解晶体结合类型与原子负电性的关系。

[1] 掌握晶体结合的一般性描述

[2] 理解晶体结合的基本类型及特性

[3] 了解晶体结合与原子的负电性

第四章晶格振动（6学时）

要求学生重点掌握一维单原子链的振动方程与格波解的形式，理解一维双原子链振动和三维晶格振动；掌握声子的概念与特性；理解模式密度的概念；理解晶格热容与晶格振动的关系；了解晶格中的热传递。

[1] 掌握一维晶格振动

[2] 了解三维晶格振动

[3] 掌握声子的概念

[4] 理解晶格振动的模式密度和晶格热容

[5] 了解晶格热传导

第五章能带理论（8学时）

要求学生掌握能带理论的基本假定，重点掌握周期场中单电子的一般属性，了解近自由电子近似方法和紧束缚近似方法；深刻理解晶体中电子的准经典运动；理解固体导电性能的能带解释；了解能态密度的定义和一些简单的计算。

[1] 理解能带理论的基本假设

[2] 熟悉周期场中单电子状态的一般属性

[3] 理解近自由电子近似

[4] 理解紧束缚近似

[5] 了解晶体中电子的准经典运动

[6] 掌握固体导电性能的能带理论解释

[7] 了解能态密度

第六章金属电子论（6学时）

要求学生重点掌握金属电子的费米分布规律，了解费米能级的计算方法；理解费米面的构造法，了解部分金属的费米面；熟悉金属的电导与热导；了解金属的功函数与接触电势差。

[1] 掌握金属电子的统计分布、费米能

2] 理解金属的费米面的构造方法

[3] 熟悉金属电子的电导与热导

[4] 了解功函数、接触电势差的概念

三、课程教学要求

1)以教师课堂讲授为主，结合习题与辅导，并在条件许可的情况下结合相关的实验项目，提高教与学的互动性。

2)基本采用具有动画特征的Powerpoint教学手段，并结合采用板书演绎，努力完善形象化教学的条件。

3)本着先易后难的教学原则，以章节次序讲授内容；同时，要求从中文到英文的文献检索，强调读书报告在总成绩中比例，提高学习的主动性和创造性。

4)课程教学中，在每一单元内容结束时，布置相关的习题，并结合文献检索，加深对课程基本内容的掌握，并列入最终成绩的计算。

5)考试要求与考试方法改革：以主要教学内容的课堂考试为主，结合读书报告，设计可以自由发挥的考试题。

四、实践环节

无

五、本课程与其它课程的联系与分工

固体物理是材料科学与工程等专业进入专业课程学习的必要内容。它是在学生掌握普通物理和材料科学基础等相关课程内容的基础上，进一步强化学生对固体材料的结构、性质之间的内存联系的理解，为后续课程，如磁性材料、电子陶瓷、电子薄膜等专业课程的讲授建立知识基础。

六、使用教材及参考书：名称、作者/译者、出版社、出版时间

教材：蒋平徐至中《固体物理学简明教程》复旦大学出版社

参考书：黄昆韩汝琦《固体物理学》人民教育出版社

吴代鸣《固体物理学》吉林大学出版社

吕世骥《固体物理教程》四川大学出版社

C.基泰尔《固体物理导论》科学出版社