固体物理学备课

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1、《固体物理学》教学大纲（电子科学与技术和材料物理专业适用）学时：60学分：4一、本课程的性质和任务《固体物理学》是技术物理系各专业的专业基础课，其任务是阐述晶体内部原子、电子等微观粒子运动的物理图像及其有关模型，掌握晶体内微观粒子的运动规律及其与晶体宏观性能的物理联系，深刻理解晶体宏观性能的微观物理本质，为进一步学习相关专业课程奠定必要的理论基础。二、本课程的基本内容（一）绪论讲授固体物理学发展史及固体理论在当今材料科学研究和生产实践中的应用。（二）晶体的结构1、了解晶体的宏观特征，理解晶体宏观特征的微观结构本

2、质，建立起晶体微观结构的周期性图像。2、建立起基元、格点、点阵、Bravais格子等概念，理解晶体微观结构周期性的表述方式；建立起原胞、晶向、晶面等概念，理解晶体微观结构周期性的各种描述方法，掌握儿种常见的Bravais格子。3、建立起晶格的概念；理解简单晶格、复式晶格、结构参数等描述晶体微观结构的各种方法；熟悉晶体结构的分类及其标记方法；掌握常见的典型晶体结构类型。4、建立起倒格子的概念；理解倒格子与Bravais格子及晶体有关性能之间的联系，掌握常见Bravais格子的倒格子及其Br订louin区结构。5、

3、建立起晶体对称性的图像；熟悉晶体宏观对称性的描述方法及其晶体点群；了解晶体微观对称性的描述方法及其空间群；了解Bravais格子的对称性及其点群，掌握7个晶系和14种Bravais格子。（三）固体的结合1、建立起化学键的物理图像；理解晶体中原子键合的类型及晶体的分类；掌握晶体的结合能与晶体有关宏观性能之间的联系。2、掌握共价品体、离子晶体、金属晶体、分子晶体等常见晶体中原子键合的特征、品体的结合能及其有关的宏观性能。（四）晶格振动及晶体的热学性质1、建立起晶格振动的经典模型；熟悉一维单式晶格、复式晶格中晶格振动

4、谱和振幅的计算；掌握三维复式晶格中晶格振动的基木规律，建立起表示晶格振动谱的态密度函数及其计算方法。2、建立起晶格振动的量子力学模型；理解声子的概念及其与格波的联系；掌握声子数的统计分布规律及其与物质发生相互作用时的能量守恒律和准动量守恒律；了解品格振动谱的实验测定方法。3、理解晶格比热与晶格振动之间的联系，了解晶格比热的计算方法，掌握在Debye近似、Einstein近似下计算晶格比热的半经验近似方法。（五）能带理论1、了解能带理论的基本假设；理解Bloch定理及其与晶体平移对称性的本质联系；掌握Bloch电

5、子模型的物理图像；熟悉晶体能带结构的图示方法；了解晶体能带的对称性及其与Bravais点阵对称性的本质联系。2、了解近自由电子近似的物理基础；熟悉空晶格模型的简约Brillouin区能带图示；掌握一维晶体格能带结构的微扰计算，理解Brillouin区分界点上能隙产生的原因及其物理实质；理解三维晶体能带结构的基本特征。3、了解紧束缚近似的物理基础；熟悉微扰计算的原子轨道线性组合法及原子能级与晶体能带的对应关系，理解能带形成的原因及其物理实质，掌握典型结构晶体能带函数的近似解析表达式；了解微扰计算的键轨道线性组合法

6、，理解成键态及反键态与晶体能带的对应关系。4、建立起表示晶体能带结构的等能面方法和态密度方法，掌握空晶格模型、近自由电子近似、紧束缚电子近似三种情况下等能而和态密度的特征；建立起晶体Fermi面的概念，掌握空品格模型、近自由电子近似两种情况下Fermi面的建造。（六）晶体中电子在电场和磁场中的运动1、了解准经典近似2、了解外场中Bloch电子在准经典近似下的行为，理解有效质量的概念及其物理实质；熟悉恒定电场中Bloch电子的运动特征，掌握导体、绝缘体、半导体的能带理论解释；了解恒定、均匀磁场屮Bloch电子的运

7、动特征及deIlass-VanAlphcn效应；熟悉单元素金属能带结构的基本特征。（七）金属电子理论1、了解Drude电子模型的基本假设；掌握Drude电子模型在解释金屈导电、导热及光学特性等问题上的成就；理解在平均自由程、金属电子比热及Pauli顺磁磁化率等问题上Drude电子模型的失效。2、建立起金属中自由电子形成的物理图像；掌握金属中自由电子气体的基态性质和热平衡态性质；3、建立起金属导电的微观物理图像。三、本课程的基本要求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易点阵

8、的关系；掌握晶体的结合类型和结合性质；掌握一维晶体振动模式的色散关系、晶格振动的量子化、声子的概念。爱因斯坦模型和德拜模型解释固体的比热性质；掌握自由电子气的概念、自由电子气的费米能量、布洛赫波及自由电子模型;掌握布里渊区概念及平面波和紧束缚近似方法计算能带理论；了解金属中电子气的热容量，金属、半导体、绝缘体及空穴的概念；了解三维布洛赫定理、进行能带计算的一般方法和步骤。四、学时分配建