材料科学基础教案
材料科学基础教程教学设计
材料科学基础教程教学设计背景介绍材料科学是一门跨学科的学科，涉及到物理学、化学、工程学等多个领域。
在材料科学的基础课程中，学生需要学会从微观和宏观角度去理解和分析物质的性质和特点。
因此，本文针对材料科学基础教程的教学设计进行探讨和总结，旨在提高学生的学习效果。
教学目标本节课的教学目标如下：•帮助学生认识材料科学的基本概念；•提高学生的物理、化学基础知识；•培养学生理解材料结构、材料性能的能力；•建立学生对于材料的基本性质的认知。
教学内容引入从学生已经学过的物理和化学知识出发，向学生说明材料科学的基本原理和特点。
材料科学概论介绍材料科学的基本知识，包括材料的概念、种类、结构等。
材料物理学讲解固体物理学相关知识，包括晶体结构、晶格缺陷等。
材料化学讲解材料化学的相关知识，包括材料的元素周期表、金属、非金属材料等。
材料力学学生需要理解材料的强度、疲劳、塑性等力学特性。
材料电学学生需要通过学习材料的电学性质如电导率、电阻率等，来理解材料的表征方式。
教学方法•课堂讲解：教师通过PPT等多媒体设备，讲解授课内容，同时配合动画和实验视频，加强学生的对于概念的理解和记忆。
•互动讨论：通过提出问题的方式，分组或所有学生参与讨论。
教师指导学生将其联系到当天的学习内容，加深学生对当天内容的理解。
•实验和案例分析：设置针对性的实验和案例分析，帮助学生巩固学到的知识，并对知识进行实践操作分析。
•课堂小测验和讲解：课堂结束时，教师通过课堂测验的方式，对学生对当天内容的理解进行集中测试，并通过讲解方式进行解答和补充。
教学评价•每学期进行一次统一的单科检测；•收集学生的作业和实验报告作为评价参考；•通过季度评价进行总体评价并对教学方法和策略进行改进。
总结材料科学是一个重要的前沿领域，是许多行业的发展的基础。
在教学设计中，教师应该运用多种教学方法，让学生真正理解和掌握材料科学的基本原理和知识，并根据学生的实验和测验结果进行调整和改进，以达到最好的教育效果。
《材料科学基础》教学教案
《材料科学基础》教学教案导论一、材料科学的重要地位生产力发展水平，时代发展的标志二、各种材料概况金属材料陶瓷材料高分子材料电子材料、光电子材料和超导材料三、材料性能与内部结构的关系原子结构、结合键、原子的排列方式、显微组织四、材料的制备与加工工艺对性能的影响五、材料科学的意义第一章材料结构的基本知识§1-1 原子结构一、原子的电子排列泡利不相容原理最低能量原理二、元素周期表及性能的周期性变化§1-2 原子结合键一、一次键1．离子键2．共价键3．金属键二、二次键1．范德瓦尔斯键2．氢键三、混合键四、结合键的本质及原子间距双原子模型五、结合键与性能§1-3 原子排列方式一、晶体与非晶体二、原子排列的研究方法§1-4 晶体材料的组织一、组织的显示与观察二、单相组织等轴晶、柱状晶三、多相组织§1-5 材料的稳态结构与亚稳态结构稳态结构亚稳态结构阿累尼乌斯方程第二章材料中的晶体结构§ 2-1 晶体学基础一、空间点阵和晶胞空间点阵，阵点（结点）晶格、晶胞坐标系二、晶系和布拉菲点阵7 个晶系14 个布拉菲点阵表2-1三、晶向指数和晶面指数1．晶向指数确定方法，指数含义，负方向，晶向族2．晶面指数确定方法，指数含义，负方向，晶向族3．六方晶系的晶向指数和晶面指数确定方法，换算4．晶面间距密排面间距大5．晶带相交和平行于某一晶向直线的所有晶面的组合晶带定律：hu+kv+lw=0• 晶向指数和晶面指数确定练习，例题§2-2 纯金属的晶体结构一、典型金属晶体结构体心立方bcc面心立方fcc密排六方hcp1．原子的堆垛方式面心立方：ABCABCAB—C—密排六方：ABABA—B —2．点阵常数3．晶胞中的原子数4．配位数和致密度晶体结构中任一原子周围最邻近且等距离的原子数晶体结构中原子体积占总体积的百分数5．晶体结构中的间隙四面体间隙，八面体间隙二、多晶型性:-Fe, :-Fe, :-Fe例：碳在:-Fe中比在-Fe中溶解度大三、晶体结构中的原子半径1温度与压力的影响2.结合键的影响3.配位数的影响§ 2-3离子晶体的结构一、离子晶体的主要特点正、负离子二、离子半径、配位数和离子的堆积1.离子半径2.配位数表2-63.离子的堆积三、离子晶体的结构规则1.负离子配位多面体规则一鲍林第一规则配位多面体是离子晶体的真正结构基元2.电价规则一鲍林第二规则3.负离子多面体共用点、棱与面的规则一鲍林第三规则四、典型离子晶体的结构6 种§ 2-4共价晶体的结构一、共价晶体的主要特点原子晶体二、典型共价晶体的结构第三章晶体缺陷点缺陷、线缺陷、面缺陷§3-1 点缺陷一、点缺陷的类型空位、间隙原子Schottky, Frenkel 缺陷晶个畸变二、点缺陷的产生1．平衡点缺陷及其浓度2．过饱和点缺陷的产生高温淬火、辐照、冷加工3．点缺陷与材料行为扩散物理性能：电阻，密度减小体积增加力学性能：蠕变，强度，脆性§3-2 位错的基本概念一、位错与塑性变形实际屈服强度远低于刚性滑移模型得到的G/30.50 年代中期证实位错的存在二、晶体中位错模型及位错易动性1．刃型位错2．螺型位错3．混合型位错4．位错的易动性图4-12三、柏氏矢量1．确定方法2．柏氏矢量的意义原子畸变程度已滑移区与未滑移区的边界滑移矢量位错线的性质3．柏氏矢量的表示方法练习四、位错的运动1．位错的滑移外加切应力方向、晶体滑移方向、位错线运动方向与柏氏矢量之间关系图4-18 、4-19 、4-20 ，表4-12．位错的攀移通过扩散实现割阶的产生正应力影响3．作用在位错上的力F d二：b五、位错密度=SN:二n/A六、位错的观察图4-24 , 4-25§ 3-3位错的能量及交互作用一、位错的应变能U= :Gb二、位错的线张力图4-30：=Gb/(2R)三、位错的应力场及与其它缺陷的交互作用1位错的应力场螺位错：纯剪切刃位错：正应力为主2.位错与点缺陷的交互作用溶质原子形成的应力场与位错应力场可发生交互作用。
材料科学基础教案模板范文
课时安排：2课时教学目标：1. 知识目标：（1）了解材料科学的基本概念和发展历程。
（2）掌握材料的分类及其特点。
（3）熟悉常见材料的性能与应用。
2. 能力目标：（1）培养学生分析问题和解决问题的能力。
（3）提高学生的实验操作技能和团队合作能力。
3. 情感目标：（1）激发学生对材料科学的兴趣和热情。
（2）培养学生严谨的科学态度和团队合作精神。
教学重点：1. 材料的分类及其特点。
2. 常见材料的性能与应用。
教学难点：1. 材料性能与结构的关系。
2. 材料在工程中的应用。
教学过程：第一课时一、导入新课1. 提问：什么是材料？材料在我们的生活中有哪些应用？2. 引入材料科学的基本概念和发展历程。
二、讲授新课1. 材料的分类及其特点（1）无机材料：如陶瓷、玻璃、水泥等。
（2）有机材料：如塑料、橡胶、纤维等。
（3）复合材料：如碳纤维、玻璃纤维等。
（4）金属材料：如钢铁、铝、铜等。
2. 常见材料的性能与应用（1）钢铁：高强度、良好的韧性和耐腐蚀性，广泛应用于建筑、汽车、船舶等领域。
（2）塑料：轻便、耐腐蚀、易加工，广泛应用于包装、电子、家具等领域。
（3）陶瓷：耐高温、耐腐蚀，广泛应用于化工、电子、建筑等领域。
三、课堂练习1. 根据材料的分类，举例说明其特点和应用。
2. 分析一种常见材料在工程中的应用，并说明其性能优势。
四、课堂小结1. 总结本节课所学内容，强调材料的分类、性能与应用。
2. 引导学生思考材料科学在现代社会中的重要性。
第二课时一、复习导入1. 回顾上节课所学内容，提问学生对材料的分类、性能与应用的理解。
2. 引导学生思考材料性能与结构的关系。
二、讲授新课1. 材料性能与结构的关系（1）材料的结构对其性能有重要影响。
（2）常见的材料结构有：晶体结构、非晶体结构、多晶体结构等。
2. 材料在工程中的应用（1）材料在航空航天领域的应用：如钛合金、碳纤维等。
（2）材料在生物医学领域的应用：如生物可降解材料、人工器官等。
材料科学基础教案第一章
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静电力(electrost高分子链
Atomic Structure and Interatomic Bonding
第一章原子结构和键合
第二节 原子间的键合
材料的微观结构（Microstructure of Materials）
决定材料性质最为本质的内在因素： 组成材料各元素原子结构； 原子间相互作用、相互结合； 原子或分子在空间的排列和运动规律； 以及原子集合体的形貌特征。
取代基围绕特定原子在空间的排布规律。
构型
构造
近程结构
单体通过聚合反应连接而成的链状分子，称为高分子链。 高分子中的重复结构单元的数目称为聚合度。 高分子链的化学组成不同，化学和物理性能也不同。
链结构单元的化学组成（the Chemistry of mer unito) 碳链高分子 聚乙烯（见书9）
一、金属键（Metallic bonding）
典型金属原子结构：最外层电子数很少，即价电子（valence electron）极易挣脱原子核之束缚而成为自由电子（Free electron），并在整个晶体内运动，弥漫于金属正离子组成的晶格之中而形成电子云（electron cloud）。 金属中自由电子与金属正离子之间相互作用构成的键合称为金属键。 绝大多数金属均以金属键方式结合，基本特点——电子的共有化
诱导力(induction)
色散力(dispersive force)
贰
壹
材料科学基础教案
材料科学基础教案引言材料科学是一门研究物质的性质、结构和性能的学科，它在现代科技和工程领域中起着至关重要的作用。
本教案旨在通过系统的教学内容和灵活的教学方法，帮助学生全面了解材料科学的基础知识和理论，并培养学生的实践能力和创新思维。
第一部分：材料科学概述1. 材料科学的定义与发展历程（500字）在这个小节中，我们将介绍材料科学的定义和发展历程。
从古代人类使用石器、金属器具到现代高科技材料的出现，我们将探讨材料科学的重要性和应用领域。
2. 材料科学的分类与特点（500字）这一小节将介绍材料科学的分类和特点。
我们将讨论材料的结构、性质和性能，以及不同材料在不同条件下的应用。
通过对材料的分类和特点的了解，学生将能够更好地理解材料科学的基础概念。
第二部分：材料的结构与性质1. 原子结构与晶体结构（2000字）这一小节将深入探讨材料的原子结构和晶体结构。
我们将介绍原子和分子的基本概念，以及晶体的形成和结构。
通过对原子结构和晶体结构的学习，学生将能够理解材料的微观结构对其性质和性能的影响。
2. 材料的力学性能（2000字）在这个小节中，我们将讨论材料的力学性能，包括弹性、塑性、硬度等。
我们将介绍不同材料的力学行为和力学测试方法，并探讨力学性能与材料结构之间的关系。
第三部分：材料的性能与应用1. 材料的导电性与磁性（2000字）这一小节将重点介绍材料的导电性和磁性。
我们将讨论导电材料和磁性材料的基本原理和应用，以及不同材料之间的导电性和磁性差异。
2. 材料的光学性能与光电子器件（2000字）在这个小节中，我们将讨论材料的光学性能和光电子器件。
我们将介绍不同材料的光学性质和光电子器件的工作原理，以及它们在通信、显示和光伏等领域的应用。
结论通过本教案的学习，学生将能够全面了解材料科学的基础知识和理论，并掌握材料的结构、性质和性能的分析方法。
同时，学生将培养实践能力和创新思维，为将来在材料科学领域的研究和应用打下坚实的基础。
材料科学基础教案
第一章材料中的原子排列第一节原子的结合方式1 原子结构2 原子结合键（1）离子键与离子晶体原子结合：电子转移，结合力大，无方向性和饱和性；离子晶体；硬度高，脆性大，熔点高、导电性差。
如氧化物陶瓷。
（2）共价键与原子晶体原子结合：电子共用，结合力大，有方向性和饱和性；原子晶体：强度高、硬度高（金刚石）、熔点高、脆性大、导电性差。
如高分子材料。
（3）金属键与金属晶体原子结合：电子逸出共有，结合力较大，无方向性和饱和性；金属晶体：导电性、导热性、延展性好，熔点较高。
如金属。
金属键：依靠正离子与构成电子气的自由电子之间的静电引力而使诸原子结合到一起的方式。
（3）分子键与分子晶体原子结合：电子云偏移，结合力很小，无方向性和饱和性。
分子晶体：熔点低，硬度低。
如高分子材料。
氢键：（离子结合）X-H---Y（氢键结合），有方向性，如O-H—O（4）混合键。
如复合材料。
3 结合键分类（1）一次键（化学键）：金属键、共价键、离子键。
（2）二次键（物理键）：分子键和氢键。
4 原子的排列方式（1）晶体：原子在三维空间内的周期性规则排列。
长程有序，各向异性。
（2）非晶体：――――――――――不规则排列。
长程无序，各向同性。
第二节原子的规则排列一晶体学基础1 空间点阵与晶体结构（1）空间点阵：由几何点做周期性的规则排列所形成的三维阵列。
图1-5特征：a 原子的理想排列；b 有14种。
其中：空间点阵中的点－阵点。
它是纯粹的几何点，各点周围环境相同。
描述晶体中原子排列规律的空间格架称之为晶格。
空间点阵中最小的几何单元称之为晶胞。
（2）晶体结构：原子、离子或原子团按照空间点阵的实际排列。
特征：a 可能存在局部缺陷；b 可有无限多种。
2 晶胞图1－6（1）――－：构成空间点阵的最基本单元。
（2）选取原则：a 能够充分反映空间点阵的对称性；b 相等的棱和角的数目最多；c 具有尽可能多的直角；d 体积最小。
（3）形状和大小有三个棱边的长度a,b,c及其夹角α,β,γ表示。
《材料科学基础》教学教案
《材料科学基础》教学教案导论一、材料科学的重要地位生产力发展水平，时代发展的标志二、各种材料概况金属材料陶瓷材料高分子材料电子材料、光电子材料和超导材料三、材料性能与内部结构的关系原子结构、结合键、原子的排列方式、显微组织四、材料的制备与加工工艺对性能的影响五、材料科学的意义第一章材料结构的基本知识§1-1 原子结构一、原子的电子排列泡利不相容原理最低能量原理二、元素周期表及性能的周期性变化§1-2 原子结合键一、一次键1．离子键2．共价键3．金属键二、二次键1．范德瓦尔斯键2．氢键三、混合键四、结合键的本质及原子间距双原子模型五、结合键与性能§1-3 原子排列方式一、晶体与非晶体二、原子排列的研究方法§1-4 晶体材料的组织一、组织的显示与观察二、单相组织等轴晶、柱状晶三、多相组织§1-5 材料的稳态结构与亚稳态结构稳态结构亚稳态结构阿累尼乌斯方程第二章材料中的晶体结构§2-1 晶体学基础一、空间点阵和晶胞空间点阵，阵点（结点）晶格、晶胞坐标系二、晶系和布拉菲点阵7个晶系14个布拉菲点阵表2-1三、晶向指数和晶面指数1．晶向指数确定方法，指数含义，负方向，晶向族2．晶面指数确定方法，指数含义，负方向，晶向族3．六方晶系的晶向指数和晶面指数确定方法，换算4．晶面间距密排面间距大5．晶带相交和平行于某一晶向直线的所有晶面的组合晶带定律：hu+kv+lw=0●晶向指数和晶面指数确定练习，例题§2-2 纯金属的晶体结构一、典型金属晶体结构体心立方bcc面心立方fcc密排六方hcp1．原子的堆垛方式面心立方：ABCABCABC——密排六方：ABABAB——2．点阵常数3．晶胞中的原子数4．配位数和致密度晶体结构中任一原子周围最邻近且等距离的原子数晶体结构中原子体积占总体积的百分数5．晶体结构中的间隙四面体间隙，八面体间隙二、多晶型性α-Fe, γ-Fe, δ-Fe例：碳在γ-Fe 中比在α-Fe中溶解度大三、晶体结构中的原子半径1．温度与压力的影响2．结合键的影响3．配位数的影响§2-3 离子晶体的结构一、离子晶体的主要特点正、负离子二、离子半径、配位数和离子的堆积1．离子半径2．配位数表2-63．离子的堆积三、离子晶体的结构规则1．负离子配位多面体规则—鲍林第一规则配位多面体是离子晶体的真正结构基元2．电价规则—鲍林第二规则3．负离子多面体共用点、棱与面的规则—鲍林第三规则四、典型离子晶体的结构6种§2-4 共价晶体的结构一、共价晶体的主要特点原子晶体二、典型共价晶体的结构第三章 晶体缺陷点缺陷、线缺陷、面缺陷§3-1 点缺陷一、点缺陷的类型空位、间隙原子Schottky, Frenkel 缺陷晶个畸变二、点缺陷的产生1．平衡点缺陷及其浓度kT uA C N n e e -==exp2．过饱和点缺陷的产生高温淬火、辐照、冷加工3．点缺陷与材料行为扩散物理性能：电阻，密度减小体积增加力学性能：蠕变，强度，脆性§3-2 位错的基本概念一、位错与塑性变形实际屈服强度远低于刚性滑移模型得到的G/30.50年代中期证实位错的存在二、晶体中位错模型及位错易动性1．刃型位错2．螺型位错3．混合型位错4．位错的易动性图4-12三、柏氏矢量1．确定方法2．柏氏矢量的意义原子畸变程度已滑移区与未滑移区的边界滑移矢量位错线的性质3．柏氏矢量的表示方法练习四、位错的运动1．位错的滑移外加切应力方向、晶体滑移方向、位错线运动方向与柏氏矢量之间关系图4-18、4-19、4-20，表4-12．位错的攀移通过扩散实现割阶的产生正应力影响3．作用在位错上的力F d=τb F d=σb五、位错密度ρ=S/Vρ=n/A六、位错的观察图4-24，4-25§3-3 位错的能量及交互作用一、位错的应变能U=αGb2二、位错的线张力图4-30=Gb/(2R)三、位错的应力场及与其它缺陷的交互作用1．位错的应力场螺位错：纯剪切刃位错：正应力为主2．位错与点缺陷的交互作用溶质原子形成的应力场与位错应力场可发生交互作用。
材料科学基础第三版教学设计
材料科学基础第三版教学设计
课程背景
材料科学基础是一门重要的课程，用于培养学生基础的物理化学知识和材料学
的基本概念。
本课程主要介绍材料的基本性质和结构，以及各种材料的制备、处理和性能评估等方面的知识。
教学目标
本课程的教学目标包括以下几个方面：
1.掌握材料结构与性质的基本知识，了解各种材料的结构特征和性能表
现。
2.熟悉各种材料的制备工艺和处理技术，学会控制材料制备和处理过程，
制备出满足特定要求的材料。
3.能够运用所学知识，对各种材料的性能进行评估和改善，并且理解材
料的应用前景和发展趋势。
4.培养学生的分析和解决问题的能力，提高他们的创新意识和实践能力。
教学内容
第一章：材料结构与性质概论
1.1 材料的基本概念和分类 1.2 材料的晶体结构和非晶体结构 1.3 材料的物
理性质和化学性质
第二章：金属材料
2.1 金属的晶体结构和缺陷结构 2.2 金属的力学性能和热学性能 2.3 金属的
腐蚀和耐蚀性
1。
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材料科学基础(Foundations of Materials Science)材料工程系材料成型与控制工程专业任课教师-张敬尧绪论(Introduction)一.什么是《材料科学基础》二. 材料科学的重要地位三.学习《材料科学基础》的必要性四.《材料科学基础》涵盖的主要内容五.怎样学好《材料科学基础》一.什么是《材料科学基础》什么是材料科学？什么是材料科学基础？材料科学是研究材料的成分、组织结构、制备工艺、材料的性能与应用之间的相互关系的科学。
其核心为研究材料组织结构与性能的关系。
它是当代科技发展的基础、工业生产的支柱，是当今世界的带头学科之一。
作为分支之一的新兴的纳米材料科学与技术是20世纪80年代发展起来的新兴学科，成为21世纪新技术的主导中心。
材料科学基础是进行材料科学研究的基础理论，它将各种材料（包括金属、陶瓷、高分子材料）的微观特性和宏观规律建立在共同的理论基础上，用于指导材料的研究、生产、应用和发展。
它涵盖了材料科学和材料工程的基础理论。
二、材料科学的重要地位●人类社会发展的历史阶段常常根据当时使用的主要材料来划分。
从古代到现在人类使用材料的历史共经历了6个时代：石器时代→青铜器时代→铁器时代→钢时代→半导体时代→新材料时代●20世纪70年代，人们把信息、材料和能源称为当代文明的三大支柱；80年代，又把新材料、信息技术和生物技术并列为新技术革命的重要标志；90年代以来，把材料、信息、能源和生物技术作为国民经济发展的四大支柱产业。
●1986年《科学的美国人》杂志指出“先进材料对未来的宇航、电子设备、汽车以及其他工业的发展是必要的，材料科学的进步决定了经济关键部门增长速率的极限范围。
” 1990年美国总统的科学顾问Allany.Bromley明确指出“材料科学在美国是最重要的学科”。
1991年日本为未来工业规划技术列举的11项主要项目中有7项是基于先进材料基础之上。
故材料科学是科技发展的基础、技术进步和工业化生产的支柱。
三. 学习《料料科学基础》的必要性（一）材料科学的核心问题材料科学是以物理、化学、物理化学等学科为基础，涉及材料晶体结构、材料热力学、材料动力学、材料性能等系统的材料科学知识。
材料科学的核心问题是材料的组织结构（Structure）和性能（Property）以及它们之间的关系。
下图为材料科学与工程四要素。
所以，先要了解材料的结构是什么？1/28/2011 3:16:38 PM 扬州大学机械工程学院16Synthesis+processing StructurePerformance/ApplicationProperties●材料的结构包括晶体结构和非晶体结构，以及显微镜下的微观结构，哪些主要因素能够影响和改变结构？只有了解了这些才能实现控制结构的目的。
●其内部结构包括四个层次：①原子结构；②结合键；③原子的排列方式；④显微组织●材料的性能包括物理性能、化学性能、力学性能。
（二）材料科学与材料工程的关系材料科学的形成：“材料”早存在，“材料科学”提出于20世纪60年代，1957年苏联卫星上天，美国震动很大，在大学相继建立十余个材料科学研究中心，自此开始，“材料科学”一词广泛应用。
一般来讲，科学是研究“为什么”的学问，而工程是解决“怎么做”的问题。
●材料科学：是一门科学，它从事材料本质的发现、分析和了解，其目的在于提供材料结构的统一描绘或模型，以及解释这种结构与性能之间的关系。
它包括下面的三个环节，核心是结构和性能：●材料工程：是工程的一个领域，其目的在于经济地，而又为社会所能接受地控制材料的结构、性能和形状。
它包括下面的五个环节：●材料科学和材料工程之间的区别主要在于着眼点的不同或者为说各自强调的重点不同，它们之间并没有一条明确的界限；材料科学的基础理论，为材料工程指明方向，为更好地选择、使用材料，发挥现有材料的潜力、发展新材料提供理论基础。
因此，后来人们常常将二者放在一起，采用一个复合名词－材料科学与工程（MSE，Material Science and Engineering）（三）材料的分类（І）根据服役要求分类—结构材料和功能材料●结构材料：以强度，硬度，刚度，韧性，疲劳强度等力学性能为特征的材料。
●功能材料：以声，光，电，磁，热等物理性能为特征的材料（如电子材料、光电子材料、超导材料等）。
（Π）按物理化学属性（结合键种类）分类—金属、陶瓷、高分子和复合材料●金属材料：黑色金属（钢铁）、有色金属（除钢铁以外的）●陶瓷材料：氧化物陶瓷、非氧化物陶瓷●高分子材料：塑料、橡胶、合成纤维●复合材料：金属基、陶瓷基、树脂基复合材料（四）材料的应用●计算机与材料1、计算机经历：电子管→晶体管→集成电路时代2、个人电脑移动存储器的比较材料科学的发展是计算机飞速发展的基础。
●飞机和材料●材料和生活用品如钛合金自行车、形状记忆合金百叶窗等。
四.《材料科学基础》涵盖的主要内容●理论课程的主要内容：1. 材料的微观结构，包括原子的排列方式，固体结构、晶体缺陷、固体中原子和分子的运动（扩散）、材料的变形和回复再结晶。
2. 材料组织结构的变化规律，包括单元系的相变、二元合金系的相变规律、三元合金系的相变规律。
3. 实际材料的状态，包括晶体、非晶体、亚稳态。
●实验内容：1.金相显微镜的使用；2. 金相试样的制备；3. 结晶过程观察；4. 二元合金显微组织观察；5. 铁碳合金平衡组织观察6.金属冷变形组织与再结晶组织观察。
五.怎样学好《材料科学基础》●性质：必修课，专业基础课●学时：75学时●本课程特点：●概念术语多●理解记忆的知识多●涉及相关学科多（物理学、化学、热力学、矿物学、金属学、陶瓷学以及高分子学等）●学习方法：●作为一门应用学科，做到理论联系实际；●要学以致用，善于总结归纳；●加强实践环节，通过综合实验培养创新能力；●将微观与宏观结合起来分析和解决问题；●掌握基础理论和基本概念要掌握；●通过参考书和网络资源，博览相关知识。
●教材和主要参考书目教材-《材料科学基础》王章忠主编机械工业出版社参考书目-《材料科学基础》刘智恩主编西北工大出版社《材料科学基础》石德珂主编机械工业出版社《材料科学基础》胡赓祥主编上海交大出版社●自学辅导参考网址/jwc/jpkc/index.htm/netcourse/http://202.120.6.136/fms/（上海交大精品课程网）/ghjqy/clkx第1章原子结构与结合键（Ch1 Atom Structure and Link Bond）⏹原子结构⏹原子结合键1.1原子的结构1.1.1原子的电子排列一．原子的组成质子：正电荷原子核：位于原子中心，带正电中子：电中性电子：核外高速旋转，带负电，按能量高低排列，电子云量子力学的研究发现，电子的旋转轨道不是任意的，它的确切的途径也是测不准的。
1926 年，奥地利著名的物理学家薛定谔提出描述氢原子的电子的运动状态的方程，称为薛定谔方程,方程成功地解决了电子在核外运动状态的变化规律，方程中引入了波函数的概念，以取代经典物理中圆形的固定轨道，解得的波函数（习惯上又称原子轨道）描述了电子在核外空间各处位置出现的几率，相当于给出了电子运动的“轨道”。
这一轨道是由四个量子数所确定。
二．四个量子数（一）主量子数主量子数n 决定原子轨道的能量，它的取值为1、2、3…。
n 越大，电子离原子核的距离越远，电子的能量越高。
在一个原子中，常称n 相同的电子为一个电子层。
当n＝1、2、3、4、5、6、7 时，分别称为第一、二、三、四、五、六、七电子层，相应地用符号K、L、M、N、O、P、Q 表示。
（二）角量子数角量子数l 决定原子轨道的形状，它的取值为0、1、2….n－1。
在多电子原子中，当n 相同而l不同时,电子的能量还有差别. 又常将一个电子层分为几个亚层。
当l ＝0、1、2、3 时，分别称为s、p、d、f 亚层：n＝1 时，l＝0，K 层只有s 亚层；n＝2 时，l＝0、1，L 层有s、p 亚层；n＝3 时，l＝0、1、2，M 层有s、p、d 亚层;n＝4 时，l＝0、1、2、3，N 层有s、p、d、f 亚层。
在多电子原子中，l也决定着原子轨道的能量。
当n相同时，随l的增大，原子轨道的能量升高。
（三）磁量子数磁量子数m 决定原子轨道在空间的取向。
它的取值为0, ±1, ±2, ±l因此有2 l + 1 种取向。
l＝0 时，m只能取0，s 亚层只有1 个轨道；l＝1 时，m可取－1、0、＋1，p 亚层有3个轨道。
同理，d 亚层有5 个轨道，f 亚层有7个轨道。
n 和l 相同，但m不同的各原子轨道的能量相同，称为简并轨道或等价轨道。
（四）自旋量子数自旋量子数m s描述电子的自旋方向，它的取值为+1/2 和-1/2，常用箭号↑和↓表示电子的两种自旋方向。
m s不能从求解薛定谔方程得到，它是后来实验和理论进一步研究中引入的。
综上所述，n、l、m 三个量子数可以确定一个原子轨道，而n、l、m 、m s四个量子数可以确定电子的运动状态。
表1.1 电子层、电子亚层、原子轨道与量子数之间的关系三．原子的核外电子排布原子的核外电子排布遵守泡利不相容原理、能量最低原理、洪德定则。
（一）泡利不相容原理：在一个原子中，不可能存在四个量子数完全相同的两个电子。
由泡利不相容原理，可知一个原子轨道最多只能容纳两个电子，而且这两个电子的自旋必须相反。
（二）能量最低原理：在不违背泡利不相容原理的前提下，核外电子总是尽可能排布在能量最低的轨道上，当能量最低的轨道排满后，电子才依次排布在能量较高的轨道上。
(三)洪德定则：在能级相等的轨道上，电子尽可能分占不同的轨道，且电子自旋平行。
在未填满的壳层中，电子的自旋量子数应尽量地大。
依据上述原理，电子从低的能量水平至高的能量水平，依次排列在不同的量子状态下。
决定电子能量水平的主要因素是主量子数和次量子数，各个主壳层及亚壳层的能量水平在图1-1中示意画出．由图可见，电子能量随主量子数M的增加而升高，同一壳层内各亚壳层的能量是按S、P、d、f 次序依次升高的。
值得注意的是相邻壳层的能量范围有重叠现象，例如：4s的能量水平反而低于3d；5S的能量也低于4d、4 f ．这样，电子填充时，有可能出现内层尚未填满前就先进入外壳层的情况。
例题：试根据电子从低能到高能，依次排列在不同量子态的原理，写出原子序数为11的钠(Na)原子以及原子序数为20的钙(Ca)原子中的电子排列方式。
解：钠原子的原子序数为11，有11个电子，电子首先进入能量最低的第一壳层，它只有s态一个亚壳层，可容纳2个电子，这电子状态记做1S2；然后逐渐填入能量稍高的2S2,2p6;第11个电子便进入第三壳层的S态，所以钠原子的电子排列记作1S2 2S22p63S1。