固体物理电子教案黄昆
教案章节：第一章 引言
教学目标：
1. 了解固体物理的基本概念和研究内容。
2. 掌握固体物理的基本研究方法和手段。
3. 理解固体物理的重要性和在现代科技中的应用。
教学内容：
1. 固体物理的基本概念和研究内容：固体物质的性质、晶体结构、电子态等。
2. 固体物理的基本研究方法：实验方法、理论方法和计算方法。
3. 固体物理的重要性和在现代科技中的应用：半导体器件、超导材料、磁性材料等。
教学活动：
1. 引入固体物理的概念，引导学生思考固体物质的性质和特点。
2. 通过示例和图片，介绍晶体结构的基本类型和特点。
3. 讲解电子态的概念，引导学生了解固体中电子的分布和行为。
4. 介绍固体物理的基本研究方法，如实验方法、理论方法和计算方法。
5. 通过实际案例，展示固体物理在现代科技中的应用和重要性。
教学评估：
1. 进行课堂提问，检查学生对固体物理基本概念的理解。
2. 布置课后作业，要求学生掌握晶体结构的基本类型和特点。
3. 进行小组讨论，让学生展示对固体物理研究方法的理解。
教案章节：第二章 晶体结构 教学目标：
1. 掌握晶体结构的基本概念和分类。
2. 了解晶体结构的空间点阵和晶胞参数。
3. 理解晶体结构的物理性质和电子态。
教学内容：
1. 晶体结构的基本概念：晶体的定义、晶体的特点。
2. 晶体结构的分类：离子晶体、共价晶体、金属晶体、分子晶体。
3. 晶体结构的空间点阵：点阵的定义、点阵的类型。
4. 晶胞参数：晶胞的定义、晶胞的类型。
5. 晶体结构的物理性质和电子态：电性质、热性质、光学性质等。
教学活动：
1. 通过示例和图片，引入晶体结构的概念，引导学生了解晶体的特点。
2. 讲解晶体结构的分类，让学生掌握不同类型晶体的特点。
3. 介绍晶体结构的空间点阵，引导学生了解点阵的定义和类型。
4. 讲解晶胞参数的概念，让学生掌握晶胞的定义和类型。
《固体物理》考试知识点
第一章：晶体结构
1、基本概念： 基元，结点，点阵，晶格，简单格子，复式格子，原胞，固体物理学原胞，结晶学原胞，基矢，格矢，空间点阵学说的基本内容等。
2、基本知识点：立方晶系固体物理学原胞的惯用取法；NaCl、CsCl、金刚石、闪锌矿、钙钛矿结构、密堆积结构等常见晶体结构、七大晶系的基本特征；晶列的定义、性质和描述方法；晶面的定义、性质和描述方法；引入倒格子的目的；倒格子的性质；倒格子基矢与正格子基矢的解析关系。
3、基本技巧：会画特定晶面的原子排列状况；给出晶向指数和晶面指数，会画晶向和晶面；会计算晶面间距；会计算倒格子原胞基矢；会利用倒格子性质处理晶体学问题。
第二章、晶体的结合
了解晶体结合的基本类型、特点以及结合力的一般性质。
第三章、晶格振动和晶体的热学性质
1、基本概念： 格波；声子
2、基本知识点：格波波矢的取值范围和取值个数；格波与连续介质弹性波之间的比较；晶格振动的格波支数、本征频率数遵从的规律；为什么晶格振动问题必须用量子力学来处理；为什么说声子不是物理实在；经典理论在处理固体比热时遇到了什么样的困难；爱因斯坦模型和德拜模型的基本假设。
3、基本技巧： 会计算一维原子链晶格振动的色散关系；会计算晶格振动的频率分布函数(即：格波态密度)；会采用爱因斯坦模型、德拜模型、及在已知某种色散关系的前提下求解晶格比热。
第四章、晶体缺陷
了解晶体缺陷的基本概念、类型及位错的形态；会热缺陷的统计计算
第五章、金属自由电子理论
1、基本概念：费米面、功函数、接触电势差
2、基本知识点：金属中存在大量的自由电子，为什么电子气对比热的贡献却很小；
3、基本技巧： 会采用自由电子理论计算单位能量间隔内所能容纳电子数目；会计算金属中电子气的比热。 第六章、固体的能带理论
1、基本概念： 能带；有效质量
2、基本知识点：Bloch定理；周期性势场中电子的E(K)关系特征；电导与能带的关系；导体、半导体、绝缘体导电性质差异的起源。
固体物理王矜奉思考题
1．什么是晶体？晶体有哪些基本特性？
答案：晶体是由原子、分子或离子按照一定规律周期性排列而成的固体。晶体具有以下基本特性：
（1）自限性：晶体在形成过程中会自动调整结构，使其达到最小能量状态。
（2）各向异性：晶体在不同方向上具有不同的物理性质，如机械性质和光学性质等。
（3）均匀性：晶体内部原子或分子的分布是均匀的，不存在宏观上的不均匀性。
（4）对称性：晶体具有多种对称性，如平移、旋转、反演等，这些对称性可以通过晶体的几何形状表现出来。
2．简述晶体中常见的三种晶格结构，并指出其特点。
答案：晶体中常见的三种晶格结构包括：
（1）简单立方晶格：每个晶格点被一个原子占据，每个原子与八个原子相连接，形成一个立方体结构。这种晶格结构在现实中较少见。
（2）面心立方晶格：每个晶格点被一个原子占据，每个原子与12个原子相连接，形成了一个面心立方结构。这种晶格结构在许多金属和合金中都很常见，如铜、铝等。
（3）体心立方晶格：每个晶格点被一个原子占据，每个原子与八个原子相连接，形成一个体心立方结构。这种晶格结构在许多金属和合金中也很常见，如钠、钾等。
特点：简单立方晶格的对称性最高，面心立方晶格的对称性次之，体心立方晶格的对称性最低。
3．什么是晶格振动？为什么晶格振动是固体物理中的重要概念？
答案：晶格振动是指固体中原子或分子的振动状态，这种振动状态对固体的热学、电学和光学性质都有重要影响。晶格振动是固体物理中的一个重要概念，因为它决定了固体的许多物理性质，如热容、热传导、电导率等。通过研究晶格振动，可以深入了解固体的微观结构和相互作用机制，从而更好地理解和控制材料的物理性质。
4．什么是能带理论？能带理论在固体物理中有哪些应用？
答案：能带理论是指将固体中的电子能量状态按照能量的高低分成若干个能带，这些能带之间存在间隙的理论。在能带理论中，每个能带代表一组电子的状态，这些电子具有相似的能量和波函数。能带理论在固体物理中有以下应用：
第六章 金属电子论
这一章与下一章讨论固体中电子运动的（一般）规律
这一章讨论固体中的一类：金属的电子运动规律及性质
§6-0 引子
1． 金属的一些基本物理性质：
良导体：Ohm定律 V=RI jE
金属一般是顺磁体 0MH
：10-5～10-6
良导热体：比热数值小 〈〈 晶格比热
光学 ： 有光泽（强反射）但不透射
2． 物理基础
微观粒子 + 多体问题
量子 相互作用复杂 电子间晶格与电子间
3． 经典模型：（Drude - Lorentz） 1900年
1．模型 经典：单体-牛顿 多体-Boltzmann统计
自由：相互作用可忽略 → “气体” 仅有与原子实碰撞
扩展态－非局域
(3)对物理性质定性解释
• 扩展、自由 ▬ 导电、导热好
• 外场（光 → 电磁场）
→ 电子吸收能量（激发 态） 不透明
激发态 → 基态 放出 光学反射
• 不能解释电子气的比热（实验仅为理论的1%）
经典：能量均分-自由度与晶格相比拟
§6.1 金属自由电子气的量子理论
三部分：1.单电子的基本问题（pk，E，）
2.关于 ，k, E的讨论 ()k ()E
3.讨论相应的物理量 VC
一、 金属中单自由电子量子理论
1.模型： 量子 + 自由
具体：一个立方金属固体， V体积
自由：电子在V内不受力 V(x,y,z)= 0
边界：电子不能脱离体内 V(x,y,z)=
三维 无限深势阱 2.S.E. 及其解
22Em
令 222222(,,)()()()()22xyzxyzxyzkEkkkmm
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