材料物理课程教学大纲

“材料物理”课程教学大纲课程名称：材料物理(Material Physics)课程代码：20301700课程学分/学时：3 / 48先修课程：高等数学、大学物理、材料晶体化学、(结构化学)、材料学导论开课学院：材料与化学学院（03）开课学期：春季课程教学目的：1.使学生从微观的成分、结构、缺陷以及电子、原子（离子）运动出发，认知、探讨材料的宏观性质。

2.使学生掌握材料物理的基本概念、基本知识、基本理论、基本思维方法3.学会从微观本质出发去研究材料宏观性质的思路；4.定性掌握根据微观成分、结构、缺陷设计材料性能的思路。

本课程适用于材料类本科专业主修，也适用于物理、化学、宝石学类专业本科生、研究生修读。

课程内容提要:0 绪论材料物理在材料科学与工程学科中的地位，材料物理的研究内容、研究方法，材料物理与其它学科分支的关系，材料物理与后续课程的关系。

1 统计物理基础理解宏观态与微观态的关系，掌握经典粒子、费米子、玻色子的概念及异同，理解微观粒子全同性、非定域性、定域性、可辨性，理解近独立粒子系统、粒子相空间、统计假设、微观状态数(热力学概率)。

理解玻耳兹曼统计、费米统计、玻色统计的基本原理及异同。

掌握玻耳兹曼分布函数、费米分布函数、玻色分布函数及三者的关系，掌握量子态密度、费米能级含义。

掌握粒子在有势场中的玻耳兹曼分布。

2 材料的点缺陷掌握亚晶格、晶格缺陷的概念，熟练掌握点缺陷的Kröger-Vink符号、缺陷浓度的含义、缺陷反应的书写规则。

掌握点缺陷的种类及其形成方式：本征的肖特基缺陷、弗伦克尔缺陷、反结构缺陷，非化学计量的阴离子缺位型、阳离子缺位型、间隙阴离子型、间隙阳离子型缺陷，掺杂的替位杂质缺陷、间隙杂质缺陷。

掌握施主掺杂及施主能级、受主掺杂及受主能级。

理解电子陷阱，掌握点缺陷的局域能级。

理解质量作用定律应用于缺陷反应的条件，掌握本征点缺陷热力学平衡的推导，学会分析单因素点缺陷平衡，掌握点缺陷浓度与温度、非化学计量、气氛、掺杂的关系。

材料物理导论课程教学大纲一、课程说明（一）课程名称、所属专业、课程性质、学分；课程名称：材料物理导论所属专业：材料物理课程性质：专业基础课学分：4（二）课程简介、目标与任务；课程简介：材料物理导论是材料科学专业的主干基础课，它着重阐述固体的结构、组成粒子间的相互作用以及粒子的运动规律，并在此基础上阐明固体的基本性质及其应用的原理。

目标与任务：通过本课程的学习，使学生们学习和掌握固体的基本结构和固体宏观性质的微观本质，使学生们掌握研究固体物理的基本方法和理论。

使学生们掌握晶体结构、晶体结合、声子、自由电子和能带理论等相关知识。

着重培养学生对基本物理概念、物理模型和物理过程的理解。

（三）先修课程要求，与先修课与后续相关课程之间的逻辑关系和内容衔接；先修课程为量子力学、热力学与统计物理。

后续课程包括材料科学基础、材料学等。

（四）教材与主要参考书。

教材：C. 基泰尔《固体物理导论》主要参考书：1．黄昆、韩汝琪《固体物理学》2．胡安、章维益《固体物理学》3．黄昆《固体物理学》4．孙会元《固体物理基础》5．方俊鑫、陆栋《固体物理学》二、课程内容与安排第一章晶体结构第一节绪论第二节原子的周期性阵列第三节点阵的基本类型第四节晶向、晶面指数系统第五节简单晶体结构第二章晶体衍射和倒易点阵第一节晶体衍射第二节散射波振幅第三节布里渊区第四节实验衍射方法第五节结构基元的傅立叶分析第三章晶体结合第一节晶体结合的基本形式第二节惰性气体的晶体第三节离子晶体第四章声子I－晶格振动第一节一维单原子链振动第二节一维双原子链振动第三节三维晶格振动第四节格波量子-声子第五节声子动量第五节声子对中子的非弹性散射第五章声子II－热学性质第一节晶格热容第二节非谐晶体相互作用第三节晶格的热传导第六章自由电子费米气体第一节金属自由电子论的物理模型第二节能级和态密度第三节自由电子气体的热容第四节电导和欧姆定律第五节电子在电磁场中的运动第六节金属热导率第七章能带I第一节近自由电子模型第二节布洛赫定理第三节电子在周期势场中的波动方程第四节能带的图示法第五节能带与导电性第八章能带II第一节准经典近似与运动方程第二节空穴第三节有效质量第九章费米面和金属第一节费米面构图第二节紧束缚近似第三节费米面研究的实验方法（一）教学方法与学时分配课堂讲授，18周，共72学时。

《材料物理性能》课程教学大纲一、课程基本信息二、课程目标（一）总体目标：《材料物理性能》是材料专业必修专业基础课，且为学位课程，也是多学科交叉的一门综合课程。

本课程系统讲解材料的声、光、电导、介电、磁、热、力学等物理性能，使学生能够掌握各种物理性能的结构起源、最重要的物理参数意义等基本理论、基本知识和基本研究方法，理解材料各种性能的物理模型、原理，了解各性能之间的联系与区别、了解材料物理性能与其他学科的联系；了解本学科的新成果和发展动态，提高学生分析问题和解决问题的能力，为今后的学习和工作打下扎实的专业基础。

（二）课程目标：课程的总体目标：通过本课程的教学，使学生具备下列能力：课程目标1掌握和理解材料的热学、电导、介电学、光学、发光、磁学和力学性能的物理模型、结构起源的核心因素、本证的物理参数及其意义；掌握评价各种物理性能的最关键的结构起因；课程目标2掌握分析影响各物理性能的因素；能够熟知评价各种物理性能的关键指标，提出对性能进行控制和改善的措施等；课程目标3掌握材料的声、光、电导、介电、半导、磁、热、力等物理性能之间相互作用及其产生的新的性能的变化规律；并初步会运用所学知识和理论从微观角度和分子角度去设计新型的功能材料，判断影响该物理性能的关键环节和参数。

课程目标4掌握材料物理性能与其他学科的联系；了解材料各种应用性能的研究领域中，其前沿课题、热点和难点问题与本课程知识点的联系，培养学生的科学精神、科学的思维方法，培养适应当今人才市场需求的厚基础、宽口径、工程性和科研性的人才。

（三）课程目标与毕业要求、课程内容的对应关系：通过本课程的学习，掌握材料物理性能的结构起因，准确把握评价材料物理性能的主要技术方法，确立材料的各种材料物理性能之间的相互关系及其制约规律、与其他学科的联系；从而为今后从事材料生产和新材料研究、开发提供坚实的理论基础。

表1：课程目标与课程内容、毕业要求的对应关系表三、教学内容第一章材料的热学性能1.教学目标（1）理解声子的意义；认识材料的热学性能起源于材料的晶格振动；（2）系统掌握材料的热容和温度的关系;（3）理解热膨胀机理、热膨胀与其他性能的关系；（4）掌握材料热稳定性概念和评价方法、影响热稳定的因素，提高材料的热稳定性能2.教学重难点（1）从理论上理解声子的物理意义，分析不同处理的声子大小和物理性能的关系。

《材料物理》课程教学大纲一、《材料物理》课程说明（一）课程代码：（二）课程英文名称：Material Physics（三）开课对象：材料物理学专业（四）课程性质：《材料物理》是材料学专业的一门基础必修课，本课程的任务是通过各种教学环节，使学生通过学习掌握金属物理、半导体物理、磁学、电介质物理等多学科基础理论。

（五）教学目的：通过材料物理的教学，使获得材料学科完整而充实的知识，对近代物理学的全貌有一个基本的和概括的了解，毕业后可适应材料研究与开发工作。

（六）教学内容：本课程共分为四个部分。

第一部分介绍了自由电子理论、能带理论、现代电子理论及材料的物理性质。

第二部分讨论了材料结构、组织变化与控制及材料的力学性质。

第三部分涉及材料表面界面结果、行为和低维材料。

第四部分介绍硅酸盐聚集态的结构、扩散、相变的动力学。

（七）教学时数教学时数：72 学时学分数： 4 学分（八）教学方式以黑板讲授为主要形势的课堂教学（九）考核方式和成绩记载说明考核方式为考试。

严格考核学生出勤情况，达到学籍管理规定的旷课量取消考试资格。

综合成绩根据平时成绩和期末成绩评定，平时成绩占40% ，期末成绩占60%。

二、讲授大纲与各章的基本要求第一章材料的电子理论教学要点：通过本章的教学使学生初步了解自由电子理论，掌握原子间的结合与电子，包括离子键、共价键、范德华键、金属键等基本概念。

理解金属的自由电子理论、自由电子近似的德鲁特－劳伦兹模型。

1、使学生掌握原子间德结合、原子结合成晶体的键和类型。

2、使学生掌握离子键、共价键、范德华键、金属键之间的区别。

3、掌握魏德曼－弗朗兹比率4、掌握单电子问题实质是讨论电子在平均势场中的动能。

教学时数：4学时教学内容：第一节原子间的结合与电子一、离子键二、共价键三、范德华键四、金属键第二节自由电子近似考核要求：1、原子间的结合与电子1.1离子键（识记）1.2共价键（识记）1.3范德华键（识记）1.4金属键（识记）2、自由电子近似2.1 玻恩－卡曼边界条件（领会）2.2 晶体中形成的能带（领会）2.3 电子在平均势场中的动能（领会）第二章能带理论教学要点：通过本章的教学使学生初步了解能带理论。

材料物理学教学大纲一、引言1. 教学目的和意义本教学大纲旨在介绍材料物理学的基本概念、原理和实践应用，为学生提供全面的材料物理学知识基础和实验技能，以培养学生的科学研究能力和创新意识。

2. 教学内容和结构本教学大纲将涵盖材料物理学的相关主题，包括晶体结构和缺陷、材料力学性能、材料的电学和磁学性质、材料的热学性质以及材料的光学性质等。

同时，课程将注重理论学习与实践应用的结合，通过实验操作和实践案例的学习，提高学生的实验技能和问题解决能力。

3. 教学目标和要求通过本课程的学习，学生应达到以下目标和要求：- 具备材料物理学基本概念的理解和掌握；- 熟悉材料物理学的实验技术和实践应用；- 具备分析和解决材料物理学问题的能力；- 培养学生的创新思维和科学研究能力；- 培养学生的团队合作和沟通交流能力。

二、教学内容1. 晶体结构和缺陷- 晶体结构的基本概念和分类- 晶体缺陷的种类和性质- 材料的结晶方式和晶体生长控制技术 - 晶体缺陷对材料性能的影响2. 材料力学性能- 材料的力学特性：弹性、塑性、破裂等 - 应力和变形的关系及其应用- 材料的硬度和韧性测量方法- 材料的疲劳和断裂行为3. 材料的电学和磁学性质- 材料的导电和绝缘特性- 材料的电磁特性和电磁波传播- 材料的磁性和磁场的作用- 超导材料和磁性材料的应用4. 材料的热学性质- 材料的热传导和导热材料- 材料的热膨胀和热应力- 材料的相变和热处理技术- 材料的热电效应和热力学性质5. 材料的光学性质- 材料的折射和反射特性- 材料的色散和吸收特性- 材料的光学纤维和光电子器件- 材料的光学薄膜和表面处理技术三、教学方法和手段1. 授课教师将采用讲授的方式介绍材料物理学的相关理论知识和实践应用，结合具体案例和实验结果进行说明和分析。

2. 实验操作配备实验室和相关实验设备，教师将组织学生进行实验操作和案例研究，培养学生的实验技能和问题解决能力。

3. 讨论和研讨教师将组织学生进行小组讨论和研讨，引导学生深入探讨材料物理学的前沿知识和研究领域，培养学生的科学研究能力和创新意识。

《材料物理学》课程教学大纲一、课程基本信息课程编号：13103102课程类别：专业核心课程适应专业：材料物理课程总的教学时数：64学时课程总学分：3 学分课程简介：材料物理是介于物理学与材料学之间的一门边缘学科，它旨在利用物理学中的一些学科的成果来阐明材料中的种种规律和转变过程。

本课程试图从物理学的角度来说明物质的微观结构、组织形貌、原子电子运动状况以及它们与材料性能和成分之间的关系, 即突出了物理学的主干,从物理学的一些基本概念、基本原理、基本定律出发, 并建立相应的物理模型, 阐述材料本身的结构、性质和它们在各种外界条件下发生的变化及其变化规律。

本书课程内容丰富、涉及面广、实用性强。

主要介绍金属结构理论；缺陷物理；材料强化；导电物理基础；材料的介电行为；铁电物理；磁性物理；材料的相变；非晶态物理；低维材料结构。

授课教材：《材料物理》王国梅、万发荣主编，武汉理工大学出版社，2004参考书目：[1]《材料物理学概论》，李言荣、恽正中主编，清华大学出版社，2001年。

[2]《材料物理导论》，熊兆贤主编，科学出版社，2002年。

[3]《材料物理导论》，徐毓龙主编，电子科技大学出版社，1995年。

二、课程教育目标材料物理学是材料学中一门重要的基础课程，通过这门课程的教学，达到以下目标：（1）要求学生能够掌握典型固体材料的结构、物理现象、性质、形成机制和应用，了解材料的制备技术和发展状况；（2）要求学生能够掌握材料物理的基本概念，基本理论和方法技术。

三、教学内容与要求第一章概论2学时第二章材料结构理论教学重点：晶体学中的一些基本概念和初步计算方法教学难点：材料结构的实验表征方法教学时数：6学时教学内容：概述，原子结合与结合键，晶体结构与晶体学，准晶、非晶和液晶，材料结构的实验研究教学方式：课堂讲授教学要求：（1）了解材料中原子的结合方式：离子键、共价键、极化键、金属键。

（2）掌握晶体学中的一些基本概念和初步计算方法。

《材料物理》课程教学大纲一、课程名称（中英文）中文名称：材料物理英文名称：Physics of Materials二、课程代码及性质课程代码:0801142课程性质:专业基础课、专业必修课三、学时与学分总学时：40（理论学时：40学时；实践学时：0学时）学分：2.5四、先修课程大学物理、材料科学基础五、授课对象本课程面向材料科学与工程专业、功能材料专业学生开设。

六、课程教学目的（对学生知识、能力、素质培养的贡献和作用）本课程的教学目的:1、掌握材料物理（能带论、晶格振动、材料磁性）的基本理论,具备解决和分析问题的能力；2、掌握功能材料的物理（电学、热学、磁学、光学）现象与本质规律，培养学生开发新型功能材料的能力；3、了解功能材料的发展趋势和动态,培养学生学习新知识的能力。

七、教学重点与难点：教学重点：影响材料物理性质的基本理论。

晶体结合、能带论、晶格振动与热学性质、材料的磁性教学难点：能带论、材料的磁性、材料的介电性、超导电性八、教学方法与手段：教学方法：(1)以课堂讲授为主,阐述该课程的基本内容,保证主要教学内容的完成;(2)从材料的物理性质及物理现象为引导、探讨产生光、电、磁的材料物理本质，掌握重要的理论。

教学手段：(1)运用现代教学工具,在课堂上通过PPT讲授方式,实现图文并茂,形象直观;(2)强调研究思路的创新过程，注重理论与实践相结合。

每一个基本理论学习介绍后再增加介绍其带来新功能材料与器件的研究突破，引导学生的学习兴趣。

九、教学内容与学时安排（1）总体安排教学内容与学时的总体安排，如表2所示。

（2）具体内容各章节的具体内容如下：绪论（2h）第一章晶体结构（4h）1.1 晶格的周期性1.2晶格的对称性1.3 倒格子1.4 准晶第二章晶体结合 (4h)2.1晶体结合的普遍描述2.2 晶体结合的基本类型及特性2.3 晶体结合类型与原子的负电性第三章能带理论 (8h)3.1 经典电子论3.2 布洛赫定理3.3能带论3.4费米-狄拉克分布3.5应用举例第四章晶格振动与热学性质 (6h)4.1 一维晶格振动4.2 三维晶格振动4.3晶格振动的长波分析4.4 晶格热容4.5晶格的热膨胀4.6晶体的热传导第五章材料的导电性 (6h)5.1 金属材料的导电性5.2半导体材料的导电性5.3固体电解质材料的导电性5.4材料的超导电性第六固体的磁性 (6h)6.1材料的磁现象6.2材料磁性的物理本质6.3 抗磁性6.4顺磁性6.5金属材料的抗磁性与顺磁性6.6铁磁性6.7磁畴与技术磁化6.8反铁磁性和亚铁磁性6.9 磁性材料应用第七章材料的光学性能与介电性能 (4h) 7.1 活跃的材料材料的光学与介电性7.2 材料的极化7.3 材料的压电性7.4 介电常数与电容7.5 耗散与介电损耗 7.6 折射与反射 7.7吸收、透射与散射 7.7激光与激光材料7.8光的传输与光纤材料（3）各章节的课后思考题（作业）及讨论要求 思考题（课后作业）：第1章思考题与作业题：1、对于六角密积结构，固体物理学原胞基矢为j i a a a 2321+=j i a a a 2322+-=k a c =31）原胞体积 2）试求倒格子基矢。