固体物理教案下载
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固体物理教案下载篇一：固体物理教学大纲
课程编号：011908 总学分：3学分
固体物理
（Solid-State Physics）
课程性质：学科大类基础课
适用专业：应用物理学专业
学时分配：课程总学时：48学时。其中：理论课学时：46学时（含演示学时）；实验学时：0学时；上机学时：0学时；习题课学时：2学时。
先行、后续课程情况：先行课：高等数学、热力学与统计物理,；后续课：量子力学,原子物理。
教 材：《固体物理学》，黄昆，韩汝琦，高等教育出版社
参考书目：《固体物理学》，陆栋，上海科学技术出版社
《固体物理基础》，阎守胜，北京大学出版社
《固体物理简明教程》，蒋平，徐至中，复旦大学出版社
一、课程的目的与任务
固体物理学是应用物理和物理类各专业的一门必修基础课程，是继四大力学之后的一门基础且关键的课程，它的主要内容是研究固体的结构及组成粒子（原子、离子、电子等）之间的相互作用与运动规律，阐明固体的性能和用途，尤其以固态电子论和固体的能带理论为主要内容。
通过固体物理学的整个教学过程，使学生理解晶体结构的基本描述，固体电子论和能带理论，以及实际晶体中的缺陷、杂质、表面和界面对材料性质的影响等，掌握周期性结构的固体材料的常规性质和研究方法，了解固体物理领域的一些新进展，为以后的专业课学习打好基础。
二、课程的基本要求
教学内容的基本要求分三级：掌握、理解、了解。
掌握：属于较高要求。对于要求掌握的内容（包括定理、定律、原理等的内容、物理意义及适用条件）都应比较透彻明了，并能熟练地用以分析和计算有关问题，对于能由基本定律导出的定理要求会推导。
理解：属于一般要求。对于要求理解的内容（包括定理、定律、原理等的内容、物理意义及适用条件）都应明了，并能用以分析和计算有关问题。对于能由
基本定律导出的定理不要求会推导。
了解：属于较低要求。对于要求了解的内容，应该知道所涉及问题的现象和有关实验，并能对它们进行定性解释，还应知道与问题直接有关的物理量和公式等的物理意义。
三、课程教学内容
绪论：了解固体的分类和固体物理学的研究内容；了解固体物理学的发展历史；了解固体物理学的研究方法。
第一章 晶体结构
1．该章的基本要求与基本知识点
（1）理解空间点阵和布拉菲格子的概念、密堆积和配位数的概念、倒格子的概念、X射线衍射分析晶体结构的方法、原子散射因子和几何结构因子的概念 。（2）掌握确定晶向指数和米勒指数的方法；掌握晶面间距的计算方法。（3）了解晶格对称性、晶体表面的几何结构、非晶态材料的结构和准晶态。
2．教学重点和难点：重点：空间点阵和布拉菲格子的概念、密堆积和配位数的概念、倒格子的概念。难点：布拉菲格子的概念、倒格子的概念。
3. 实验：无实验要求。
4. 上机：无上机安排。
5. 习题课安排：本章无习题课安排。
第二章. 固体的结合
1．该章的基本要求与基本知识点：
（1）理解离子性结合、金属性结合 。（2）掌握共价结合。（3）了解范德瓦尔斯结合和元素和化合物晶体结合的规律性。
2．教学重点和难点：重点：离子性结合、金属性结合、共价结合。难点：离子性结合、金属性结合、共价结合。
3. 实验：无实验要求。
4. 上机：无上机安排。
5. 习题课安排：本章无习题课安排。
第三章. 晶格振动与晶体的热学性质
1．该章的基本要求与基本知识点：
（1）理解晶格振动的量子化和声子的概念、长波近似的概念、固体比热的概念。
（2）掌握一维单原子链的振动的规律、一维双原子链的振动的规律。（3）了解三维晶格的振动的规律、确定振动谱的实验方法。
2．教学重点和难点：重点：一维单原子链的振动的规律、一维双原子链的振动的规律、晶格振动的量子化和声子的概念、长波近似的概念、固体比热的概念。难点：一维双原子链的振动的规律、晶格振动的量子化和声子的概念、长波近似的概念、固体比热的概念。
3. 实验：无实验要求。
4. 上机：无上机安排。
5. 习题课安排：一节习题课，主要对（前三章）复习总结。
第四章：能带理论
1．该章的基本要求与基本知识点：
（1）理解克龙尼克－潘纳模型、简并微扰法 散射波较强的情况、简并微扰法 散射波较强的情况、晶体中电子运动的速度和加速度的概念、三维情况的布洛赫定理、布里渊区的概念、能态密度和费米面的概念、紧束缚近似方法 。
（2）掌握布洛赫定理、金属、半导体和绝缘体区别的规律。（3）了解金属的能带结构、半导体的能带结构、晶体能带结构对称性的规律、研究能带结构的实验方法。
2．教学重点和难点：重点：布洛赫定理、金属、半导体和绝缘体区别的规律、克龙尼克－潘纳模型、简并微扰法。难点：布洛赫定理、金属、半导体和绝缘体区别的规律、克龙尼克－潘纳模型、简并微扰法。
3. 实验：无实验要求。
4. 上机：无上机安排。
5. 习题课安排：无习题课安排。
第五章：晶体中电子在电场和磁场中运动
1．该章的基本要求与基本知识点：
（1）理解准经典运动、恒定电场作用下电子的运动、恒定磁场作用下电子的运动。（2）掌握确导体、绝缘体和半导体的能带论解释。（3）了解回旋共振。
2．教学重点和难点：重点：导体、绝缘体和半导体的能带论解释。难点：导体、
绝缘体和半导体的能带论解释、恒定电场作用下电子的运动、恒定磁场作用下电子的运动。
3. 实验：无实验要求。
4. 上机：无上机安排。
5. 习题课安排：本章无习题课安排。
第六章. 金属电子论
1．该章的基本要求与基本知识点：
（1）理解电子气的费米能量和热容量的概念、电子在电场中的运动的规律、功函数和接触电势差的概念。（2）掌握费米统计和波尔兹曼方程。（3）了解金属的经典电子气理论、电子气的基态性质。
2．教学重点和难点：重点：费米统计、波尔兹曼方程、电子气的费米能量和热容量的概念、功函数和接触电势差的概念。难点: 费米统计、波尔兹曼方程、电子气的费米能量和热容量的概念。
3. 实验：无实验要求。
4. 上机：无上机安排。
5. 习题课安排：本章无习题课安排。
第七章：半导体电子论
1．该章的基本要求与基本知识点：
（1）理解半导体的基本能带结构、半导体中的杂质、半导体中的电子和费米统计分布、电导和霍尔效应。（2）掌握PN结、金属—绝缘体—半导体系统和MOS反型层。（3）了解非平衡载流子、异质结、非晶态半导体。
2．教学重点和难点：重点：半导体的基本能带结构、半导体中的杂质、PN结、金属—绝缘体—半导体系统和MOS反型层。难点：半导体的基本能带结构、半导体中的杂质、半导体中的电子和费米统计分布、电导和霍尔效应、PN结、金属—绝缘体—半导体系统和MOS反型层。
3. 实验：无实验要求。
4. 上机：无上机安排。
5. 习题课安排：一节习题课，四、五、六、七章复习总结。
第八章. 固体的磁性
1．该章的基本要求与基本知识点：
（1）理解原子的磁性、固体的磁性、铁磁性和分子场理论 。（2）掌握电子泡利自璇顺磁性和朗道抗磁性。（3）了解自发磁化的局域电子模型、自璇波、磁畴、反铁磁性和亚铁磁性。
2．教学重点和难点：重点：电子泡利自璇顺磁性和朗道抗磁性。难点(来自:WWw.HnnscY.com 博文 学习 网:固体物理教案下载)：电子泡利自璇顺磁性和朗道抗磁性。
3. 实验：无实验要求。
4. 上机：无上机安排。
5. 习题课安排：本章无习题课安排。
第九章. 固体中的光吸收
1．该章的基本要求与基本知识点：
（1）理解固体中的光吸收过程。（2）掌握无。（3）了解固体光学常数间的基本关系、半导体的带间光吸收、激光子吸收、自由载流子光吸收。
2．教学重点和难点：重点：固体中的光吸收过程。难点：固体中的光吸收过程。
3. 实验：无实验要求。
4. 上机：无上机安排。
5. 习题课安排：本章无习题课安排。
第十章 超导电的基本现象和基本规律
1．该章的基本要求与基本知识点：
（1）理解超导转变和热力学、第二类超导体。（2）掌握什么是超导体及其基本电磁学性质。（3）了解伦敦电磁学方程、金兹堡—朗道方程、单粒子隧道效应和约瑟夫森效应。
2．教学重点和难点：重点：超导体及其基本电磁学性质。难点：超导体的基本电磁学性质。
3. 实验：无实验要求。
4. 上机：无上机安排。
5. 习题课安排：本章无习题课安排。
第十一章固体中的元激发
1．该章的基本要求与基本知识点：
（1）理解（2）掌握（3）了解元激发、声子、准电子和等离激元。
2．教学重点和难点：重点：无。难点：元激发概念、声子概念。
3. 实验：无实验要求。
固体物理教案下载篇二：固体物理教案第4次课
第 课
教学目的：掌握晶向、晶列的基本概念；掌握密勒指数的意义及表示；掌握倒格矢的定义，掌握倒格子与正格子之间的关系；掌握倒格子与晶格的几何关系；了解具有晶格周期性的傅立叶展开。
教学内容： 1.3 晶向 晶面和它们的标志
1.4倒格子
重点难点：晶向、晶列及密勒指数；倒格子与正格子之间的关系；具有晶格周期性的傅立叶展开
1.3 晶向 晶面和它们的标志
布拉伐格子的特点 —— 所有格点周围的情况都是一样的
1 晶体的晶列
在布拉伐格子中作一簇平行的直线，这些平行直线可以将所有的格点包括无遗。这些平行直线称为晶体的晶列。
特点：在一个平面里，相邻晶列之间的距离相等。
2 晶向
（1）晶向: 每一簇晶列定义了一个方向，称为晶向。
（2）晶向的标志
原胞是最小的晶格重复单元，格点只在原胞的顶角上。 ???a取某一原子为原点O，1,a2,a3为原胞的三个基矢。如图XCH_001_045_2所示。 沿???
晶向到最近的一个的A的位矢为l1a1?l2a2?l3a3 , l1,l2,l3是整数，则晶向就用l1,l2,l3来表示。
晶向指数： [l1l2l3]
图XCH_001_045_02中OA晶列的晶向指数 [311]。
图XCH_001_045中OA晶列的晶向指数[230] 。
—— 对于单胞，也有类似的晶向指数。
带轴是一些特殊的晶列。
（3）简单立方晶格的晶向标志
——如图XCH_001_018所示，立方边OA的晶向，立方边共有6个不同的晶向：
[100],[00],[010],[00],[001],[00]。涉及负值，头上加一横表示。
—— 面对角线OB的晶向[110]，面对角线晶向共有12个，如图XCH_001_019所示 —— 体对角线OC的晶向[111]，体对角线晶向共有8个，如图XCH_001_020所示
由于立方晶格的对称性，以上3组晶向是等效的，可以表示为：<100>,<110>,<111>。 3 晶面的标志
晶体的晶面：在布拉伐格子中作一簇平行的平面，这些相互平行、等间距的平面可以将所有的格点包括无遗，这些相互平行的平面称为晶体的晶面。
如图XCH_001_042_01_02所示的是同一个格子，两组不同的晶面族。
???选取某一格点为原点O，原胞的三个基矢a1,a2,a3为坐标系的三个轴（这三个轴
不一定相互正交）。
（1）晶格中一簇的晶面不仅平行，并且等距；
（2）一簇晶面必包含了所有格点而无遗漏；
（3）在三个基矢末端的格点必分别落在该簇的不同晶面上。
???设a1,a2,a3的末端上的格点分别在离原点的距离为h1d,h2d,h3d的晶面上，h1,h2,h3都是整数。如图XCH_001_021_14_15所示。
—— 最靠近原点的晶面在坐标轴上的截距为:a1a2a3 ,,h1h2h3
—— 同族的其他晶面的截距为这组最小截距的整数倍
——h1,h2,h3的倒数是晶面族中最靠近原点的晶面的截距(用天然长度单位表示) —— 用(h1h2h3)标记这一个晶面系。称为密勒指数
—— 以单胞的基矢（晶轴）为参考系，所得出的晶列指数和晶面密勒指数，有着重要的意义
4 立方晶格的几种主要晶面标记
如对于立方晶系 ——(100) 、(110)、(111)。如图XCH_001_046_01_06所示。
立方晶格中与(100) 、(110)、(111)面等效的晶面数分别为：3个、6个和4个。
{100}:(100),(001),(010) —— 如图XCH_001_021_12所示
{110}：(110),(011),(101),(110),(011),(101)—— 图XCH_001_021_11所示 {111}：(111),(111),(111),(111)—— 如图XCH_001_045_13所示
符号相反的晶面指数只是在区别晶体的外表面时才有意义, 在晶体内部这些面都是等效的
1.4 倒格子
—— 由于晶格具有周期性，一些物理量具有周期性，如势能函数：
VA(x)?VA'(x?l1a1?l2a2?l3a3)
—— 如图XCH_001_024所示，A和A’两
点势能相同。
—— 势能函数是以a1,a2,a3为周期的三
维周期函数。
引入倒格子，可以将三维周期性函数展开
为傅里叶级数。
1 倒格子的定义
根据基矢定义三个新的矢量： b1?2?a2?a3a3?a1a?a; b2?2?；b3?2?12—— 倒格子基矢量 a1?a2?a3a1?a2?a3a1?a2?a3
—— 以b1,b2,b3为基矢，可以构成一个倒格子
倒格子每个格点的位置：Gn1n2n3?n1b1?n2b2?n3b3 —— 倒格子矢量，或倒格矢。 容易验证倒格子基矢与正格子基矢满足：
??
2?(i?j)—— i,j?1,2,3 ai?bj?2??ij???0(i?j)
固体物理教案下载篇三：1-5(黄昆-固体物理)-教案
1.5 晶体的宏观对称性
1. 教学目的和要求: 通过讲解简单晶体的对称操作，使学生理解晶体的宏观对称性及对称素。理解群的基本概念. 2．教学重点：简单晶体的对称操作。 3．教学难点：群的基本概念。 4．讲授时间：90分钟。 5．讲授方式：PPT文档。 6．作业：学生课后复习。
晶体在几何外形上表现出明显的对称性，同时这些对称性性质也在物理性质上得以体现。
例： 介电常数可以表示为一个二阶张量：???(?,??x,y,z) 电位移分量与电场强度的关系：D??
????
?
E?
可以证明对于立方对称的晶体：?????0???，对角张量 所以：D??0E，介电常数可以看作一个简单的标量。
在六角对称的晶体中，如果将坐标轴选取在六角轴和垂直于六角轴的平面内， ??//?
介电常数具有如下形式： ?0
?0?
0??0? ????
?
?
??0
对于平行轴（六角轴）的分量：D//??//E//
对于垂直于轴（垂直于六角轴的平面）的分量：D????E?
正是由于六角晶体的各向异性，而具有光的折射现象。而立方晶体的光学性质则是各向同性的。原子的周期性排列形成晶格，不同的晶格表现出不同的宏观对称性，怎样描述晶体的宏
观对称性？
概括晶体宏观对称性的系统方法就是考察晶体在正交变换的不变性。 在三维情况下，正交变换表示为：
?x?x?
?/
??
y??y??
?z/
??z???
/
??a
11
?????a12??a??13
a12a22a13
a13??x?
???a23?y
??a33????z??
矩阵{aij},i,j?1,2,3 是正交矩阵。
如图XCH001_062所示，绕z轴转θ角的正交矩阵为：
?cos??
?sin??0?
?sin?cos?0
0??0? 1??
??1
?
中心反演的正交矩阵： ?0
?0?
0?10
0??0? ?1??
一个变换为空间转动，矩阵行列式等于＋1；
变换为空间转动加中心反演，矩阵行列式等于－1。
一个物体在某一个正交变换下保持不变，称之为物体的一个对称操作，物体的对称操作越多，其对称性越高。
一些晶体的对称操作
（1） 立方体的对称操作
如图XCH001_026_01所示的立方体有如下对称操作：
1) 绕三个立方轴转动：
?
2,?,
3?2
，共有9个对称操作；
2) 绕6条面对角线轴转动?，共有6个对称操作；
2?4?
,3) 绕4个立方体对角线轴转动 ，共有8个对称操作；
3
3
?1?
4) 正交变换?0
?0?
010
0??
0?也是一个对称操作； 1??
5) 以上24个对称操作加中心反演仍是对称操作，因而立方体的对称操作共有48个。
标记如图XCH001_056所示。
的对称操作 （2） 正四面体
四个原子位于正四面体的四个顶角上，显然正四面体的对称操作包含在立方体操作之中。 如图XCH001_027所示。
1) 绕三个立方轴转动：π，共有3个对称操作；
2?4?
,2) 绕4个立方体对角线轴转动 ，共有8个对称操作；
3
3
?1
?
3) 正交变换?0
?0?
010
0??
0?也是一个对称操作； 1??
4) 绕三个立方轴转动：
?
2
,
3?2
，加上中心反演，共有6个对称操作；
5) 绕6条面对角线轴转动π，加上中心反演，共有6个对称操作；
因此正四面体的对称操作共有24个。
（3） 正六面柱的对称操作
如图XCH001_028所示的正六面柱具有如下对称操作：
?2?4?5?
1) 绕中心轴线转动： , ，共有5个对称操作； ,?,,
3
3
3
3
2) 绕对棱中点连线转动π，共有3个对称操作； 3) 绕相对面中心连线转动π，共有3个对称操作； ?1
?
4) 正交变换?0
?0?
010
0??
0?也是一个对称操作； 1??
5) 以上12个对称操作加中心反演仍是对称操作
因此正六面柱的对称操作共有24个。
对称素
为简洁明了地概括一个物体的对称性，不去一一列举所有的对称操作，而是描述它所具有的“对称素”。对称素就是一个物体的旋转轴，以及旋转－反演轴。
一个物体绕某一个转轴转动2π/n，以及其倍数不变时，称该轴为物体n重旋转轴，计为n。
一个物体绕某一个转轴转动2π/n加上中心反演的联合操作，以及其联合操作的倍数不变时，称该轴为物体n重旋转－反演轴轴，计为 。
立方体和正四面体的对称素
（1） 立方体
?3?
立方轴 (,?,) 重轴，计为4；同时也是4重旋转－反演轴，计为4；
2
2
面对角线(?)为2重轴，计为2；同时也是2重旋转－反演轴，计为2；体对角线轴 (（2） 正四面体
立方轴是4重旋转－反演轴，但不是4重轴； 面对角线是2重旋转－反演轴，但不是2重轴； 体对角线轴是3重轴，但不是3重旋转－反演轴。
2?3,4?3
) 为3重轴，计为3；同时也是3重旋转－反演轴，计为3；
对称素2的含义
对称素2的含义：先绕轴转动π，再作中心反演，如图XCH001_029所示。A''点实际上是A点在通过中心垂直于转轴的平面M的镜像，表明对称素2存在一个对称面M。所以称对称素2为镜面，用表示。
对称操作群
一个物体的全部对称操作构成一个对称操作群
群的基本知识
群代表一组“元素”的集合，G≡{E,A,B,C,D??}这些“元素”被赋予一定的“乘法法则”，满足下列性质：
1) 集合G中任意两个元素的“乘积”仍为集合内的元素，即，若 A, B ∈ G, 则AB=C ∈