《結構與物性》教學大綱課程名稱：結構與物性英文名稱：StructureandProperties課程編號：F047091662學分：3.5學分總學時/課內實踐學時：56學時課程性質：選修課程開課單位：數(shù)理科學與工程學院物理系基層教學組織適應對象：應用物理學專業(yè)課程簡介本課程是應用物理學專業(yè)的一門基礎選修課，其任務是使學生掌握微觀物質運動的基本規(guī)律，獲得原子、分子及晶體結構的基本理論、基礎知識，了解物質的結構與性能關系，了解研究分子和晶體結構的近代物理方法的基本原理，為后修課程原子物理、量子力學、固體物理的學習打下必要的基礎。通過本課程的學習，培養(yǎng)學生能從物質結構與物質性質(性能)相互關系的基本規(guī)律出發(fā)，分析和解決問題，引導學生養(yǎng)成嚴謹、活躍、創(chuàng)新的思維方式和學習方法。Thiscourseisabasicoptionalcourseofappliedphysicsmajor.Itstaskistoenablestudentstomasterthebasiclawsofthemotionofmicroscopicmatter,acquirethebasictheoriesandknowledgeofthestructureofatoms,moleculesandcrystals,understandtherelationshipbetweenthestructureandpropertiesofthematter,andunderstandthebasicprinciplesofmodernphysicalmethodsforstudyingthestructureofmoleculesandcrystals.Itlaysanecessaryfoundationforthefollow-upcoursessuchasatomicphysics,quantummechanicsandsolidstatephysics.Throughthestudyofthiscourse,studentsaretrainedtoanalyzeandsolveproblemsbasedonthebasiclawoftherelationshipbetweenmaterialstructureandproperties(performance),andstudentsareguidedtodeveloprigorous,activeandinnovativewaysofthinkingandlearningmethods.課程目標強化科學倫理教育，通過理論與科研實踐的結合培養(yǎng)學生分析問題和解決問題的能力，使學生具備良好的科研素養(yǎng)和科學的世界觀，激發(fā)學生科技報國的家國情懷和使命擔當。了解量子力學基本假設，掌握一維勢箱粒子薛定諤方程求解。研究原子、雙原子及多原子分子的結構和性質及分子光譜，探討分子對稱性和性質之間的聯(lián)系。熟悉計算化學方法，能應用計算軟件計算分析分子的結構和性質。1.Strengthenscienceethicseducation,cultivatestudents'abilitytoanalyzeandsolveproblemsthroughthecombinationoftheoryandscientificresearchpractice,makestudentshavegoodscientificresearchaccomplishmentandscientificworldoutlook,andinspirestudents'feelingsandmissionofservingthecountrybyscienceandtechnology.2.Understandthebasicassumptionsofquantummechanics,masterthesolutionofone-dimensionalpotentialboxparticleSchrodingerequation.Thestructure,propertiesandmolecularspectraofatomic,diatomicandpolyatomicmoleculesarestudied,andtherelationshipbetweenmolecularsymmetryandpropertiesisdiscussed.3.Familiarwithcomputationalchemistrymethods,abletoapplycomputationalsoftwaretocalculateandanalyzethestructureandpropertiesofmolecules.三、課程目標與畢業(yè)要求對應關系表1課程目標與畢業(yè)要求對應關系畢業(yè)要求指標點課程目標畢業(yè)要求1量子力學初步2畢業(yè)要求1，2，3原子的結構和性質1，2畢業(yè)要求1，2，3雙原子分子結構與分子光譜1，2畢業(yè)要求1，2，3分子對稱性和群論1，2，3畢業(yè)要求1，2多原子分子的結構和性質1，2畢業(yè)要求1，3計算化學簡介1，3畢業(yè)要求1，3計算軟件使用1，2，3課程教學安排課程共有7項教學內容，具體安排如下。表2：課程教學安排表序號教學內容思政元素課堂教學學時實驗/實踐教學學時學時小計1課程綜述；量子力學基礎62原子的結構和性質63雙原子分子結構與分子光譜4+24分子對稱性和群論4+25多原子分子的結構和性質6+26計算化學簡介27MS、Gaussian、ATK、VASP等軟件計算實例16+48總結2合計56教學安排第一部分課程綜述；第一章量子力學基礎1.1微觀粒子運動特征；1.2量子力學基本假設；1.3薛定諤方程及解；1.4一維勢箱的應用1.5一維勢箱模型推廣到三維模型重點：微觀粒子波粒二象性和測不準原理；一維和三維勢箱粒子薛定諤方程及解難點：微觀粒子的波粒二象性和測不準原理；一維和三維勢箱粒子薛定諤方程及解教學要求：了解《結構與物性》課程特點，授課內容綜述概況，基本的學習方法；了解黑體輻射能量密度分布；微觀粒子波粒二象性；測不準原理；了解量子力學基本假設；一維勢箱粒子薛定諤方程及解；了解一維勢箱應用第二部分原子結構和性質2.1單電子原子與離子2.2量子數(shù)和波函數(shù)的物理意義2.3多電子原子結構與原子軌道2.4原子光譜重點：掌握單電子原子的薛定諤方程，并求解單電子原子波函數(shù)，量子數(shù)和波函數(shù)的物理意義和原子光譜難點：掌握單電子原子的薛定諤方程，并求解單電子原子波函數(shù)，量子數(shù)和波函數(shù)的物理意義和原子光譜教學要求：掌握單電子原子的薛定諤方程，了解分離變量法，求解單電子原子波函數(shù)，了解多電子原子結構與原子軌道；理解量子數(shù)和波函數(shù)的物理意義，了解多電子原子光譜第三部分雙原子分子結構與分子光譜3.1H2+的結構和分子軌道理論3.2H2分子的結構和價鍵理論3.3雙原子分子結構3.4分子光譜和雙原子分子結構測定重點：H2分子結構及價鍵理論；雙原子分子結構及分子光譜難點：H2分子結構及價鍵理論；雙原子分子結構及分子光譜教學要求：了解H2+結構和分子軌道理論；H2分子結構；雙原子分子及分子光譜和雙原子分子結構測定第四部分分子對稱性和群論4.1對稱性基本概念；4.2對稱元素的組合；4.3對稱操作的集合與分子點群；4.4分子對稱性與分子性質重點：對稱操作的組合和分子點群，對稱操作及矩陣表示難點：對稱操作的組合和分子點群，對稱操作及矩陣表示教學要求：了解分子對稱性，了解對稱操作及矩陣表示，了解對稱操作的組合、群的乘法表和分子點群；了解分子對稱性與分子的偶極矩和旋光性質第五部分多原子分子的結構和性質5.1價電子對互斥理論5.2雜化軌道理論5.3離域分子軌道理論5.4休克爾分子軌道法5.5離域π鍵和共軛效應重點：掌握離域分子軌道理論，掌握休克爾軌道法的應用，理解離域π鍵和共軛效應難點：掌握離域分子軌道理論，掌握休克爾軌道法的應用，理解離域π鍵和共軛效應教學要求：理解價電子對互斥理論；掌握雜化軌道理論和離域分子軌道理論；理解休克爾分子軌道法并應用；理解離域π鍵和共軛效應，了解分子軌道對稱性和反應機理第六部分計算化學簡介1從頭算(abinitio)方法2半經驗分子軌道法3包含電子相關的分子軌道理論4密度泛函理論(DFT)5大型計算機程序的使用重點：了解計算化學的各種方法難點：了解計算化學的各種方法教學要求：了解計算化學的各種方法軟件計算實例重點：掌握使用不同的計算軟件。難點：掌握使用不同的計算軟件。教學要求：查看軟件使用手冊，并使用計算軟件建模計算。五、課內實踐教學內容及要求無六、課程考核與評價表4：成績評定方式表考核環(huán)節(jié)分值考核/評價細則平時作業(yè)30根據(jù)全部作業(yè)的得分再按30%計入總成績