课程介绍

 

“固体物理学”是凝聚态物理学的基础,而凝聚态物理又是目前物理学最活跃的领域之一。作为一门始于20世纪40年代的学科,经过70多年的发展,目前已经比较成熟。我校自上世纪50年代起,该课程就作为物理系学生的必修课程。从谢希德院士开始,经过几代教师的努力,已经积累了非常丰富的教学经验和教学成果。

固体物理学的基础主要是“量子力学”,“统计力学”;后续课程是研究生课程中“固体理论”和“凝聚态理论”。因此,本课程必须考虑承上启下,兼顾本科素质教育背景下的教学要求,和部分将来要深造学生的需求,与凝聚态物理进展相适应,难度较大;同时,由于凝聚态物理与高科技发展特别是电子科技发展密切相关,该领域不断有新现象、新成果问世,需要新理论解释。这就是固体物理学最重要的特点,所以其教学还必须兼顾这样的学科背景。

为适应这一情势,我们将固体物理学分为基础内容和深入专题两大部分,前者是大纲要求的基础内容,要求必须掌握,后者则介绍一些较新的,同时又是在现有的知识背景下能够理解的内容,目的是为了拓展学生眼界。具体内容见下。

 

课程在本专业的定位与课程目标

目标是使学生具有比较好的创新能力、综合能力和实践能力。作为物理系高年级学生的重要基础课,我们在保持教学严谨、扎实等优点的基础上,借鉴国内外大学的长处,强调在掌握基本概念、原理和方法的同时,了解相关的前沿和热点、以及与其它学科的联系;物理学方法是用最有效、最直接方法分析问题,解决问题,所以我们重点培养学生的物理思维方法、分析问题和解决问题的能力,奠定进一步学习和研究的扎实基础。

 

课程的重点、难点及解决办法

固体物理学的核心是周期性结构下各种波的运动,这是课程的难点。我们采用的解决办法是:

1.      以电子波在周期性结构中的运动,也即能带理论的基本概念和规律为核心进行教案设计,着重周期性的重要作用;同时,详细阐述其微观意义,使概念直观易懂,也为后面的周期性结构下原子振动,即晶格振动埋下伏笔;

2.      详细分析自由电子的能带,因为它是可以解析得到的,容易理解,再用微扰修正到近自由电子能带。能带一系列性质和概念用此来理解和解释就比较容易接受和掌握;

3.      再由晶格振动的规律,进一步强化周期性结构下原子集体振动的概念,并给出独立的分析和讨论;

4.      以周期结构下电子(能带理论)和原子(晶格振动)运动的不同概念和结果进行相互类比和归纳,由此及彼,不断深入;

采用各种现代教育技术手段,使抽象的规律“可视化”,特别是自由电子到近自由电子的过渡