固体物理导论C 教学大纲

1、固体物理导论C 一、课程说明课程编号： 070313Z01课程名称：固体物理导论C/Introduction to Solid State Physics课程类别：专业教育课程学时/学分：32/2先修课程：高等数学、大学物理、材料物理适用专业： 高分子教材、教学参考书：1.曾瑾言编著. 量子力学导论.北京：北京大学出版社.2001年；2.王英华编著. 晶体学导论. 北京：清华大学出版社. 1989年；3.王诚泰编著. 统计物理学. 北京：清华大学出版社. 1991年。 二、课程设置的目的意义固体物理导论C是高分子专业本科生设立的拓展知识结构的专业选修课，课程设置的主要目的是让学生通过学习固体物

2、理导论C这样一门专业基础理论课，构建量子力学统计物理能带理论的基本知识体系，初步建立将材料性能与微观结构、宏观统计相联系的科学意识，了解固体物理的基本原理以及研究方法，获得从量子和统计的角度来分析和处理材料基本问题的初步能力，为今后的固体物理学习和材料科学研究打下较强的理论基础。三、课程的基本要求知识：掌握量子力学中波函数、量子态、波函数的统计诠释、不确定性原理等基本概念；熟悉傅立叶变换、薛定谔方程、算符、厄米算符、Dirac符号等的数学形式以及物理意义；理解能态密度和能带的物理本质、以及第一性原理计算的基本特点；了解晶带定理、W-S原胞、极射投影、倒易点阵的基本原理以及在材料科学中的应用等；

3、熟悉宏观对称性和微观对称性的类型，能够区分32种点群和230种空间群；了解波色系统、费米系统和拉格朗日待定乘子法，掌握麦克斯韦-玻尔兹曼分布、费米-狄拉克分布、玻色-爱因斯坦分布的函数形式、适用范围和物理意义等。能力：通过复杂而又难以理解的量子力学的学习，初步培养学生敢于挑战传统观念的科学理念和创新意识；课程要求对比较重要的概念进行课程ppt的制作，获得查阅文献资料、并进行归纳整理的基本能力，为今后的科学研究打下一定的基础；通过量子理论和统计物理的学习，初步掌握将材料的宏观性能与微观结构特别是电子结构联系起来的能力；通过一些物理概念深、数学计算简单、灵活性大的每章习题，提高从固体物理的角度来分

4、析问题和解决问题的基本能力。素质：课程要求同学们分成几个组进行Seminar PPT的制作，这样每组的同学需要分工合作，可以培养同学们的团队精神和合作意识；PPT需要在课堂上进行宣讲，以便大家交流讨论，同时PPT发到课程公共邮箱中供所有同学下载共享；课后要求同学们阅读书籍上帝掷骰子吗？量子物理史话和Crystallography and the world of symmetry，以进一步培养同学们的钻研精神和科学素养，提升自主学习的意识。四、教学内容、重点难点及教学设计章节教学内容总学时学时分配教学重点教学难点教学方案设计（含教学方法、教学手段）讲课(含研讨)实践第1章绪论固体物理的重要性、

5、课程安排、学习要求220课程安排固体物理的重要性联系学科排名，从材料科学的角度来理解固体物理的重要性第2章量子力学基础量子力学的诞生；波函数； 量子态；薛定谔方程；薛定谔方程的严格求解550波函数、薛定谔方程波函数的统计诠释通过经典物理的困难举三个典型例子来讲述量子力学的诞生；借助诺贝尔奖获得者的生平故事来讲解量子力学的基本概念；阅读上帝掷骰子吗？量子物理史话，以提高学习 兴趣第3章量子力学的数学表达算符；Hilbert空间与Dirac符号；薛定谔方程的近似解法； 能带理论简介；量子力学与材料科学的关系770算符；微扰法； 能带理论算符； Dirac符号；微扰法结合微积分、概率论和数理统计、线

6、性代数的基础知识来讲述算符、Dirac符号、薛定谔方程的近似解法；通过举几个典型例子（纳米、石墨烯、量子隧道效应等）来讲授量子力学与材料科学的关系第4章晶体简介晶体；晶体学；晶体结构；常见固体的晶体结构；晶体中的投影变换660晶带定律、WS原胞、极射投影极射投影通过推导原胞的基矢来理解BCC、FCC和HCP结构；利用部分英语课件来进一步熟悉晶体结构；通过在标准极射投影图中找出立方系晶带来理解晶带定律第5章对称性、点群与空间群对称性；宏观对称性；微观对称性；点群；空间群；倒易点阵880点群；空间群；倒易点阵点群；空间群；倒易点阵参考Crystallography and the world of

7、 symmetry来中英文对照讲解对称性、点群、倒易点阵，以增进同学们的理解；从具体的对称元素出发逐条依次讲解32种点群；联系能带理论、X射线衍射、选区衍射照片等来深入理解倒易点阵第6章统计物理基础系统的微观状态；近独立粒子系统；三种统计分布的推导；配分函数；三种统计分布的物理意义440麦克斯韦-玻尔兹曼分布；费米-狄拉克分布；波色-爱因斯坦分布三种统计分布的推导和物理意义根据拉格朗日待定乘子法详细讲解三大统计分布的推导过程；分别从数学和物理的角度讲解三大统计分布的联系和区别；同学们上台宣讲课程ppt，鼓励互动提问，讨论交流五、实践教学内容和基本要求本课程不含实践教学。六、考核方式及成绩评定根据固体物理导论C课程类型、课程性质、课程内容及特点，考核方式采用课堂表现+每章作业+课程ppt+开卷考试的考核方式；重点考核学生掌握量子力学、晶体学和统计物理的一些基础知识，以及从固体物理的角度来分析和处理材料基本问题的初步能力。其中，课堂表现占10%，平时作业占20%，课程ppt占20%，期末开卷考试占50%。考核方式考核内容成