spContent=《固体物理基础》课程是材料科学与工程专业重要的专业基础课,本课程以固体的微观结构为核心,从微观到宏观两个方面分析固体材料(主要是晶体)的微观结构、缺陷及其微观粒子的运动规律,从而阐明固体的微观结构对其宏观性能的影响规律。通过对固体物理的基本概念和基本规律的讲解,旨在为材料科学与工程专业的学生理解固体物理基础知识及其在材料学中的应用奠定理论基础。
《固体物理基础》课程是材料科学与工程专业重要的专业基础课,本课程以固体的微观结构为核心,从微观到宏观两个方面分析固体材料(主要是晶体)的微观结构、缺陷及其微观粒子的运动规律,从而阐明固体的微观结构对其宏观性能的影响规律。通过对固体物理的基本概念和基本规律的讲解,旨在为材料科学与工程专业的学生理解固体物理基础知识及其在材料学中的应用奠定理论基础。
—— 课程团队
课程概述
《固体物理基础》课程是材料科学与工程专业学习半导体物理、材料科学基础等课程的基础,也是从事材料学研究的基础。
本课程主要面向材料科学与工程专业的学生,在统计物理、量子力学的基础上,引导学生从微观到宏观两个方面分析固体材料(主要是晶体)的微观结构、缺陷及其微观粒子的运动规律,从而阐明固体的微观结构对其宏观性能的影响规律。
本课程48学时,计划15周,每周4个学时(节假日除外),包括五章内容,第一章是晶体的微观结构;第二章是组成晶体的原子(分子、离子或电子)之间的相互作用,即晶体的结合;第三章是组成晶体的原子(或分子、离子)的运动,即晶格振动;第四章是晶体中电子的运动状态与能带结构,即固体能带论;第五章是实际晶体中的缺陷。
本课程的特色是化繁为简,将固体物理中抽象的概念和繁杂的公式推导,通过浅显、易懂的形式进行讲解,引导学生(特别是没有量子力学基础的学生)固体物理学入门,为材料科学与工程专业的同学理解固体物理基础知识及其在材料学中的应用奠定理论基础。
授课目标
本课程主要面向材料科学与工程专业的学生,通过讲解固体物理的基本概念和基本规律,引导学生建立用固体物理学理论分析材料结构和性能的整体概念,为材料科学与工程专业的同学理解固体物理基础知识及其在材料学中的应用奠定理论基础。
课程大纲
晶体的结构
课时目标:理解基元、空间点阵、布拉菲格子、原胞、晶格、对称操作、晶向和晶面指数、倒格矢和布里渊区等重要概念,掌握典型的晶体结构和晶体X-射线衍射的原理和方法。
1.1 晶体的宏观性质;
1.2 晶体的微观结构;
1.3 晶格的基本类型;
1.4 典型的晶体结构;
1.5 晶体的对称性;
1.6 晶向和晶面指数;
1.7 晶体的倒格子与布里渊区;
1.8 晶体的X-光衍射
晶体的结合
课时目标:理解原子(分子、离子和电子)是依靠怎样的相互作用结合成为晶体,以及这些相互作用所决定的各种结合力的来源、物理本质和晶体结合的基本形式,掌握电负性、互作用势函数、内聚能等概念。
2.1 内能函数;
2.2 离子结合;
2.3 共价结合;
2.4 金属结合和范德华结合;
2.5 晶体结合的规律性
晶格振动
课时目标:掌握格波、声子等重要概念,理解一维单原子链、双原子链和三维晶体的晶格振动,以及由晶格振动引起的比热、热膨胀和热传导等热学性质。
3.1 一维单原子链晶格振动;
3.2 一维双原子链晶格振动;
3.3 晶格振动量子化与声子;
3.4 晶体的比热;
3.5 非简谐效应
固体能带论
课时目标:掌握状态密度、准动量、有效质量张量、空穴等重要物理概念,理解电子的共有化运动、近自由电子模型、紧束缚模型和克隆尼克-潘纳模型,以及固体中电流的产生和电阻的来源。
4.1 电子的共有化运动;
4.2 布洛赫定理;
4.3 近自由电子模型;
4.4 紧束缚模型;
4.5 科龙尼克-潘纳模型;
4.6 电子的有效质量;
4.7 晶体中的电流和电阻
晶体中的缺陷
课时目标:理解零维、一维、二维和三维缺陷的定义、形成和基本特征。
5.1 点缺陷;
5.2 线缺陷;
5.3 面缺陷与体缺陷
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预备知识
证书要求
为积极响应国家低碳环保政策, 2021年秋季学期开始,中国大学MOOC平台将取消纸质版的认证证书,仅提供电子版的认证证书服务,证书申请方式和流程不变。
电子版认证证书支持查询验证,可通过扫描证书上的二维码进行有效性查询,或者访问 https://www.icourse163.org/verify,通过证书编号进行查询。学生可在“个人中心-证书-查看证书”页面自行下载、打印电子版认证证书。
完成课程教学内容学习和考核,成绩达到课程考核标准的学生(每门课程的考核标准不同,详见课程内的评分标准),具备申请认证证书资格,可在证书申请开放期间(以申请页面显示的时间为准),完成在线付费申请。
认证证书申请注意事项:
1. 根据国家相关法律法规要求,认证证书申请时要求进行实名认证,请保证所提交的实名认证信息真实完整有效。
2. 完成实名认证并支付后,系统将自动生成并发送电子版认证证书。电子版认证证书生成后不支持退费。
参考资料
《固体物理基础》(第二版),曹全喜,雷天民,黄云霞,李桂芳,张茂林编著,西安电子科技大学出版社。
《固体物理学》,黄昆原著,韩汝琦改编,高等教育出版社。