固体物理 电子教案 1.2晶体结构

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。

5. 通过示例和图片，介绍晶体结构的物理性质和电子态，引导学生理解其重要性。

教学评估：1. 进行课堂提问，检查学生对晶体结构基本概念的理解。

第 3 次 课教学目的：掌握原胞、基矢和布拉伐格子的基本概念；掌握简立方、面心立方、体心立方晶格原胞特点以及基矢的表示； 理解复式晶格结构及其表示教学内容：§1.2 晶格的周期性重点难点：简立方、面心立方、体心立方晶格原胞特点以及基矢的表示；复式晶格结构及其表示§1.2 晶格的周期性1 晶格周期性的描述 — 原胞和基矢—— 晶格的共同特点是具有周期性，可以用原胞和基矢来描述 （1）原胞：一个晶格中最小重复单元（体积最小）如图XCH001_011所示。

（2） 基矢：原胞的边矢量。

三维格子的重复单元是平行六面体，是重复单元的边长矢量（3） 单胞（结晶学元胞）：为了反映晶格的对称性，常取最小重复单元的几倍作为重复单元。

特点：单胞的边在晶轴方向，边长等于该方向上的一个周期。

代表单胞三个边的矢量称为单胞的基矢。

基矢： 表示单胞的基矢。

在一些情况下，单胞就是原胞，而在一些情况下，单胞不是原胞。

简单立方晶格 — 单胞是原胞321,,a a a c b a,,面心立方晶格 — 单胞不是原胞例如面心立方晶格，如图XCH001_013所示。

原胞基矢：——原胞的体积：单胞基矢：——单胞的体积： 2 简单晶格简单晶格中，某一个原胞只包含一个原子，所有的原子在几何位置和化学性质上是完全等价的。

碱金属具有体心立方晶格结构；Au 、Ag 和Cu 具有面心立方晶格结构，它们均为简单晶格。

1）简单立方晶格（Simple Cube ）原胞为简单立方晶格的立方单元。

基矢： 如图XCH001_012所示原胞体积： —— 原胞中只包含一个原子晶胞中，顶角的原子可视为8个立方单元所共有,故8×1/8=1。

2）面心立方晶格 （fcc ）如图XCH001_013所示，八个顶角上各有一个原子，六个面的中心有6个原子故称面心立方。

由立方体的顶点到三个近邻的面心引三个基矢 ，,,a ai b aj c ak ===123()2()2()2aa j k aa k i aa i j =+=+=+332141)(aa a a V =⨯⋅=3)(a c b a V =⨯⋅=ka a j a a i a a===321,,3321)(a a a a V =⨯⋅= 321,,a a a基矢：原胞体积：—— 原胞中只包含一个原子晶胞8×1/8＋6×1/2＝4，体积为a 3，故原胞只含一个原子。

贵州大学固体物理学教案第一章：固体物理学概述1.1 固体物理学的基本概念固体的定义与分类晶体的基本特征晶体的空间点阵与布拉格子1.2 固体物理学的研究方法实验方法：X射线衍射、电子显微镜、光谱学等理论方法：周期性边界条件、平面波展开、密度泛函理论等1.3 固体物理学的历史与发展固态电子学的兴起晶体生长的技术发展新型材料的发现与应用第二章：晶体的结构与性质2.1 晶体的点阵结构点阵类型的定义与特点晶胞的参数与坐标描述晶体的对称性分析2.2 晶体的物理性质热膨胀与导热性弹性与硬度电性质与磁性质2.3 晶体的电子结构能带理论的基本概念电子在晶体中的散射与迁移半导体与半金属的特性第三章：金属物理学3.1 金属的电子结构自由电子模型与费米面电子与晶格振动的合作效应电子的输运性质3.2 金属的晶体结构金属晶体的常见类型晶界的特性与分类多晶体与微观缺陷3.3 金属的相变与合金相变的类型与特点合金的性能与设计纳米结构材料的应用第四章：半导体物理学4.1 半导体的电子结构能带结构的类型与特点载流子的产生与复合半导体的掺杂效应4.2 半导体的导电性质霍尔效应与载流子迁移率光电导性与光吸收半导体器件的应用4.3 半导体材料与应用硅与锗的特性与应用化合物半导体材料新型半导体材料的研究方向第五章：超导物理学5.1 超导现象的发现与发展超导的定义与实验发现超导体的临界温度与临界磁场超导体的微观机制5.2 超导材料的性质与应用交流超导电缆与磁体超导量子干涉器高温超导材料的发现与应用前景5.3 高温超导材料的合成与表征高温超导材料的合成方法材料的结构表征技术材料的热电性质测量第六章：固体的磁性质与自旋电子学6.1 固体的磁性基础电子的自旋与磁矩磁性材料的类型与特点磁性的宏观表现：磁化、磁化率、磁滞回环6.2 磁性材料的微观机制顺磁性、抗磁性、铁磁性、反铁磁性磁畴与磁畴壁磁性材料的晶体结构与磁性关系6.3 自旋电子学及其应用自旋极化与自旋注入磁隧道结与自旋转移矩自旋电子学器件与新型存储技术第七章：固体的光学性质7.1 固体的能带结构与光吸收能带结构与光吸收的关系直接跃迁与间接跃迁带隙与半导体的发光性质7.2 固体的发光性质与LED技术发光二极管（LED）的工作原理半导体激光器有机发光二极管（OLED）7.3 非线性光学与光子晶体非线性光学效应与器件光子晶体的基本概念与特性光子晶体在光通信中的应用第八章：固体的电性质与器件8.1 固体的电导性与电阻器电导性的微观机制金属的电导性与电阻器半导体的电导性与二极管8.2 固体的晶体管与集成电路晶体管的工作原理集成电路的设计与制造微电子技术与纳米电子学8.3 新型纳米电子器件纳米线与纳米带器件单分子电子器件量子点与量子线器件第九章：固体的热性质与热力学9.1 固体的热传导性质热传导的微观机制热导率的测量与影响因素热绝缘材料与热开关9.2 热力学第一定律与第二定律热力学基本方程与状态方程熵与无序度的物理意义热力学循环与效率9.3 固体热力学应用实例热电材料与热电器件热泵与制冷技术热力学在能源转换中的应用第十章：固体物理学的前沿领域10.1 新型纳米材料一维纳米材料：纳米线、纳米管二维纳米材料：石墨烯、过渡金属硫化物三维纳米材料：纳米颗粒、纳米结构10.2 新型超导材料高温超导材料的发现与发展铁基超导材料的特性与应用拓扑绝缘体与量子相变10.3 量子计算与量子通信量子比特与量子电路量子纠错与量子保护量子通信的实验进展与未来挑战10.4 固态器件的模拟与设计计算机模拟方法与软件工具基于第一性原理的电子结构计算器件设计与优化的一般方法重点和难点解析重点一：晶体的基本特征与点阵结构晶体具有长程有序、周期性重复的点阵结构。

《固体物理教案》课件第一章：固体物理概述1.1 固体物理简介介绍固体物理的基本概念和研究内容强调固体物理在材料科学和工程领域的重要性1.2 固体的基本性质介绍固体的分类和晶体结构讲解固体的弹性、塑性、硬度和导电性等基本性质1.3 固体材料的制备和characterization介绍固体材料的制备方法，如熔融、蒸发、溅射等讲解固体材料的表征技术，如X射线衍射、电子显微镜等第二章：晶体结构与晶体缺陷2.1 晶体结构的基本概念介绍晶体的定义和特征讲解晶体的点阵结构和空间群理论2.2 常见晶体结构介绍金属晶体、离子晶体、共价晶体和分子晶体的结构特点举例讲解不同晶体结构的代表性材料2.3 晶体缺陷介绍晶体缺陷的类型和性质讲解晶体缺陷对材料性能的影响第三章：固体的电子性质3.1 电子分布与能带理论介绍电子分布的基本概念讲解能带理论的基本原理和应用3.2 半导体的电子性质介绍半导体的能带结构和导电机制讲解半导体的掺杂和器件应用3.3 金属的电子性质介绍金属的能带结构和导电机制讲解金属的电子迁移率和电子束效应等性质第四章：固体的热性质4.1 热传导的基本概念介绍热传导的定义和方式讲解热传导的微观机制4.2 热膨胀和热容介绍热膨胀和热容的概念讲解热膨胀系数和热容的计算方法4.3 超导现象介绍超导现象的发现和基本原理讲解超导体的特性和应用第五章：固体材料的力学性质5.1 弹性和塑性介绍弹性和塑性的定义和区别讲解弹性模量和塑性变形的微观机制5.2 硬度和磨损介绍硬度的概念和测量方法讲解磨损的机制和防止方法5.3 断裂和强度介绍断裂的类型和强度概念讲解断裂韧性和疲劳强度的计算方法第六章：固体的磁性质6.1 磁性的基本概念介绍磁性的定义和分类讲解磁化强度、磁化率和磁化曲线等基本概念6.2 晶体磁性介绍顺磁性、抗磁性和铁磁性等晶体磁性的基本特性讲解磁晶场的概念和磁畴结构的形成6.3 磁性材料及其应用介绍软磁性材料和硬磁性材料的特点和应用讲解磁性材料在电机、传感器和存储器等领域的应用第七章：固体的光学性质7.1 光的传播与折射介绍光的传播原理和折射定律讲解光在不同介质中的传播特性7.2 光的吸收与发射介绍光的吸收和发射现象讲解能级跃迁和量子亏损等基本概念7.3 固体的发光性质介绍固体的发光机制和分类讲解LED和激光器等固体发光器件的原理和应用第八章：固体的电性质8.1 电导率和电阻率介绍电导率和电阻率的定义和计算方法讲解电子散射和载流子浓度的关系8.2 半导体器件介绍半导体器件的基本原理和分类讲解晶体管、二极管和光电器件等半导体器件的结构和特性8.3 介电材料介绍介电材料的分类和介电常数的概念讲解介电材料的电容和绝缘性能等特性第九章：固体的声性质9.1 声波的基本概念介绍声波的定义和传播原理讲解声速和声波的衰减等基本特性9.2 固体的声学性质介绍固体的声速和声波的传播特性讲解声波在固体中的散射和衰减现象9.3 声波的应用介绍声波在通信、医学和材料检测等领域的应用讲解声波传感器和声波换能器等器件的原理和应用第十章：固体物理实验技术10.1 固体物理实验基本方法介绍固体物理实验的基本技术和设备讲解样品制备、表征和测量等实验方法10.2 实验数据分析方法介绍实验数据的误差分析和信号处理方法讲解数据拟合和参数估计等数据分析技术10.3 固体物理实验案例分析分析固体物理实验的实际案例讲解实验结果的物理意义和应用价值重点和难点解析1. 固体物理的基本概念和研究内容，以及其在材料科学和工程领域的重要性。

《固体物理教案》PPT课件第一章：引言1.1 固体物理的重要性介绍固体物理在科学技术领域中的应用，如半导体器件、磁性材料等。

强调固体物理对于现代科技发展的关键性作用。

1.2 固体物理的基本概念定义固体物理的研究对象和方法。

介绍晶体的基本特征和分类。

1.3 教案安排简介本教案的整体结构和内容安排。

第二章：晶体结构2.1 晶体的基本概念解释晶体的定义和特点。

强调晶体结构在固体物理中的核心地位。

2.2 晶体的点阵结构介绍点阵的基本概念和分类。

讲解点阵的周期性和空间群的概念。

2.3 晶体的空间结构介绍晶体的空间结构描述方法。

讲解晶体中原子的排列方式和空间群的对称性。

第三章：晶体物理性质3.1 晶体物理性质的基本概念介绍晶体物理性质的分类和特点。

强调晶体物理性质与晶体结构的关系。

3.2 晶体介电性质讲解晶体的介电性质及其与晶体结构的关系。

介绍介电材料的制备和应用。

3.3 晶体磁性质讲解晶体的磁性质及其与晶体结构的关系。

介绍磁材料的制备和应用。

第四章：固体能带理论4.1 能带理论的基本概念介绍能带理论的起源和发展。

强调能带理论在固体物理中的重要性。

4.2 紧束缚模型讲解紧束缚模型的基本原理和应用。

介绍紧束缚模型的数学表达式和计算方法。

4.3 平面紧束缚模型讲解平面紧束缚模型的基本原理和应用。

介绍平面紧束缚模型的数学表达式和计算方法。

第五章：半导体器件5.1 半导体器件的基本概念介绍半导体器件的定义和特点。

强调半导体器件在现代电子技术中的重要性。

5.2 半导体二极管讲解半导体二极管的工作原理和特性。

介绍半导体二极管的制备和应用。

5.3 半导体晶体管讲解半导体晶体管的工作原理和特性。

介绍半导体晶体管的制备和应用。

第六章：超导物理6.1 超导现象的基本概念介绍超导现象的发现和超导材料的特点。

强调超导物理在凝聚态物理中的重要性。

6.2 超导微观理论讲解超导微观理论的基本原理，如BCS理论。

介绍超导材料的制备和应用。