物质科学与技术学院

开课课程手册

2019 年 10 月

I

目录

1. 《普通化学 IA》.................................................. 1

2. 《普通化学 IB》.................................................. 4

3. 《普通化学 I实验》 .............................................. 7

4. 《有机化学 I实验》 .............................................. 8

5. 《信息检索》 ................................................... 10

6. 《无机化学实验》 ............................................... 13

7. 《有机化学 II实验》 ............................................ 15

8. 《材料分析方法（含实验）》 ..................................... 17

9. 《普通化学 II实验》 ............................................ 20

10. 《计算物理》 ................................................... 21

11. 《材料科学基础 II》............................................. 24

12. 《数学物理方法 II》............................................. 34

13. 《普通物理 IIB》................................................ 38

14. 《非线性光学》 ................................................. 40

15. 《物理化学 II》................................................. 43

16. 《材料综合实验》 ............................................... 45

17. 《近代物理实验》 ............................................... 47

18. 《半导体物理学》 ............................................... 48

19. 《超导物理与器件》 ............................................. 50

20. 《绿色化学》 ................................................... 53

21. 《高级合成实验》 ............................................... 55

22. 《表面物理》 ................................................... 57

23. 《光学》 ....................................................... 58

24. 《催化原理基础》 ............................................... 62

25. 《材料热力学》 ................................................. 65

26. 《生物医学微纳器件》 ........................................... 66

27. 《分子动力学模拟》 ............................................. 69

28. 《电子显微分析》 ............................................... 71

29. 《实验电化学》 ................................................. 73

30. 《科研基础方法》 ............................................... 75

31. 《电化学》 ..................................................... 78

32. 《普通化学 I》.................................................. 79

33. 《普通物理 I》.................................................. 82

34. 《材料物理生物》 ............................................... 83

35. 《材料科学实验（上）》 ......................................... 85

36. 《现代 X射线物理学基础》 ....................................... 87

37. 《相对论量子场论》 ............................................. 89

38. 《软物质微纳功能材料与技术》 ................................... 90

39. 《材料力学》 ................................................... 94

40. 《研究型物理实验》 ............................................. 98

41. 《物理原理 I实验》 ............................................. 99

42. 《材料科学实验（下）》 ........................................ 101

43. 《光子科学导论》 .............................................. 103

II

44. 《能源科学与技术导论》 ........................................ 105

45. 《物理有机化学》 .............................................. 108

46. 《凝聚态拓扑物理》 ............................................ 109

47. 《材料分析方法》 .............................................. 111

48. 《材料物理性能》 .............................................. 113

49. 《量子力学导论》 .............................................. 117

50. 《材料科学基础 I：晶体结构和缺陷》............................. 118

51. 《分析化学实验》 .............................................. 121

52. 《铁磁学》 .................................................... 123

53. 《普通物理 IA》................................................ 125

54. 《分析化学》 .................................................. 128

55. 《电动力学》 .................................................. 130

56. 《结构化学》 .................................................. 140

57. 《量子力学》 .................................................. 143

58. 《普通物理 I实验》 ............................................ 148

59. 《激光原理技术》 .............................................. 149

60. 《原子物理学》 ................................................ 153

61. 《有机化学 I》................................................. 156

62. 《材料科学基础 I》............................................. 159

63. 《固体化学》 .................................................. 163

64. 《理论力学》 .................................................. 166

65. 《物理化学 I》................................................. 180

66. 《有机化学 II》................................................ 182

67. 《普通物理 II实验》 ........................................... 185

68. 《普通化学 II》................................................ 187

69. 《计算化学》 .................................................. 189

70. 《统计物理》 .................................................. 192

71. 《材料性能》 .................................................. 197

72. 《半导体材料物理与器件》 ...................................... 204

73. 《高等无机化学》 .............................................. 206

74. 《高等有机化学》 .............................................. 209

75. 《计算催化》 .................................................. 210

76. 《纳米材料》 .................................................. 212

77. 《结构化学》 .................................................. 213

78. 《普通物理 IC》................................................ 215

79. 《环境化学》 .................................................. 217

80. 《高等热力学与统计物理》 ...................................... 219

81. 《光子科学及其在表面科学中的应用》 ............................ 220

82. 《胶体与表面化学》 ............................................ 223

83. 《凝聚态物质的光学性质和应用》 ................................ 224

84. 《物理化学 I实验》 ............................................ 225

85. 《纳米电子学和量子输运理论》 .................................. 227

86. 《主族元素化学》 .............................................. 229

87. 《量子化学》 .................................................. 233

III

88. 《物理原理 I：力学、热学》..................................... 234

89. 《半导体材料与器件》 .......................................... 237

90. 《量子力学 B》................................................. 239

91. 《化学生物学》 ................................................ 240

92. 《简明生物化学》 .............................................. 242

93. 《固体化学》 .................................................. 245

94. 《物理原理 II：光学、电磁学》.................................. 249

95. 《储能材料与技术》 ............................................ 252

96. 《先进光源与前沿技术》 ........................................ 254

97. 《材料制备与加工（含实验）》 .................................. 258

98. 《材化热力学》 ................................................ 265

99. 《高等原子物理》 .............................................. 269

100. 《普通物理 IB》................................................ 271

101. 《晶体衍射学》 ................................................ 272

102. 《材料物理性能（含实验）》 .................................... 275

103. 《化工原理》 .................................................. 278

104. 《材料科学基础 III》 .......................................... 281

105. 《光学》 ...................................................... 284

106. 《光学实验》 .................................................. 288

107. 《材料科学基础 I（含实验）》................................... 289

108. 《工程制图》 .................................................. 294

109. 《无机化学》 .................................................. 299

110. 《普通物理 II》................................................ 301

111. 《材料力学》 .................................................. 303

112. 《普通物理 IIA》............................................... 305

113. 《固体物理》 .................................................. 307

114. 《材料制备与加工（含实验）》 .................................. 309

115. 《电化学原理、方法和应用》 .................................... 312

116. 《仪器分析》 .................................................. 314

117. 《仪器分析实验》 .............................................. 316

118. 《膜科学与技术》 .............................................. 317

119. 《太阳电池基础及工作原理》 .................................... 320

120. 《物理化学 II实验》 ........................................... 321

121. 《有机化学基础》 .............................................. 323

122. 《无机化学科创实践》 .......................................... 327

123. 《有机化学科创实践》 .......................................... 328

124. 《物理化学科创实践》 .......................................... 330

125. 《高分子化学与物理（含实验）》 ................................ 331

126. 《光电子技术》 ................................................ 335

127. 《光学和原子物理》 ............................................ 337

128. 《化工计算》 .................................................. 340

129. 《量子场论》 .................................................. 344

130. 《群论》 ...................................................... 346

131. 《无机材料物理化学》 .......................................... 349

IV

132. 《应用统计方法》 .............................................. 352

133. 《半导体器件基础》 ............................................ 354

134. 《生物材料》 .................................................. 356

135. 《膜科学与技术》 .............................................. 358

136. 《计算建模在材料中的应用》 .................................... 361

137. 《量子计算机原理》 ............................................ 362

138. 《微生物生物技术》 ............................................ 364

139. 《光谱学》 .................................................... 366

140. 《结晶化学》 .................................................. 369

141. 《飞秒激光与超快光谱技术》 .................................... 372

142. 《拓扑物理导论》 .............................................. 374

1

《普通化学 IA》

一、课程基本信息

开课单位: 物质科学与技术学院 课程代码: CHEM1101

课程名称: 普通化学 IA 英文名称: General Chemistry IA

学 分: 3 学 时: 48

授课对象: 授课语言: 中英文

先修课程:

二、课程简介和教学目的

《普通化学 I》是面向所有大一新生开设的跨学科板块必修课，授课内容涵盖

了与原子、分子体系有关的化学原理，使学生掌握现代化学的概念框架和思

维方 法，为学习化学、材料和生物类专业课程打好专业基础，同时也给物理

和信息方 向的学生打下必须的化学基础，理解和本专业相关的物质的基本组

成。本课程将 首先从宏观的角度回顾化学式、化学反应、分子、原子等经典

化学概念，然后引 入量子力学的基本原理，由浅入深地介绍电子波函数、单

电子原子、多电子原子、 元素周期性、双原子分子、多原子分子、配位化合

物、晶体、有机物及其性质。 作为原子、分子体系中的重要分支领域，光谱

学和核化学也将被简要涉及。在对 微观机理理解的基础上，我们将重新从宏

观的角度介绍物质如气体、液体、固体， 以及元素的化学特性等。除理论授

课(每周 3 学时 3 学分)外，实验课(每周 3 学时 1 学分)和习题讨论课(每

周 1 学时不计学分)也是本课程的有机组成部 分。

三、教学内容、教学方式和学时安排

课堂教学内容 教学进度和学时安排 教学方式

Overview Introduction (第 1 章)

Classical atom (第 1 章)

第 1 周

3 学时

课堂教学、课后

复习（作业）、

文献阅读、讨论

Ionization energy (第 3 章)

Electronegativity (第 3 章)

第 2 周

3 学时

课堂教学、课后

复习（作业）、

文献阅读、讨论

2

Ionic and Covalent bond (第 3 章)

Lewis structure (第 3 章)

PS1 due

第 3 周

3 学时

课堂教学、课后

复习（作业）、

文献阅读、讨论

Lewis structure (第 3 章)

Molecular geometry (第 3 章)

第 4 周

3 学时

课堂教学、课后

复习（作业）、

文献阅读、讨论

Wave function (第 4 章)

Bohr model (第 4 章)

PS2 due

第 5 周

3 学时

课堂教学、课后

复习（作业）、

文献阅读、讨论

Wave–particle duality (第 4 章)

Quantum mechanics (第 4 章)

第 6 周

3 学时

课堂教学、课后

复习（作业）、

文献阅读、讨论

Mid-term 1

Hydrogen atom (第 5 章)

PS3 due

第 7 周

3 学时

课堂教学、课后

复习（作业）、

文献阅读、讨论

Multi-electron atoms (第 5 章)

Hydrogen Molecular orbit?(第 6

章)

第 8 周

3 学时

课堂教学、课后

复习（作业）、

文献阅读、讨论

3

LCAO theory (第 6 章) ?

Homonuclear Diatomic molecules

(第 6 章)

PS4 due

第 9 周

3 学时

课堂教学、课后

复习（作业）、

文献阅读、讨论

Heteronuclear Diatomic molecules

(第 6 章)

VB theory (第 6 章)

第 10 周

3 学时

课堂教学、课后

复习（作业）、

文献阅读、讨论

Hybridization (第 6 章)

PS5 due

LCAO and VB theory comparison

(第 6 章)

第 11 周

3 学时

课堂教学、课后

复习（作业）、

文献阅读、讨论

Mid-term 2

Organics (第 7 章)

第 12 周

3 学时

课堂教学、课后

复习（作业）、

文献阅读、讨论

Organics (第 7 章)

Crystal field theory (第 8 章)

Transition metals (第 8 章)

Transition metals (第 8 章)

PS6 due

第 13 周

3 学时

课堂教学、课后

复习（作业）、

文献阅读、讨论

Liquid, solid (第 10 章)

Crystal?(第 21 章)

第 14 周

3 学时

课堂教学、课后

复习（作业）、

文献阅读、讨论

4

PS7 due

Spectroscopy (第 20 章)

Photochemistry (第 20 章)

第 15 周

3 学时

课堂教学、课后

复习（作业）、

文献阅读、讨论

Final exam

PS8 due

第 16 周

3 学时

课堂教学、课后

复习（作业）、

文献阅读、讨论

期末考试

第 17 周

闭卷

《普通化学 IB》

一、课程基本信息

开课单位: 物质科学与技术学院 课程代码: CHEM1102

课程名称: 普通化学 IB 英文名称: General Chemistry IB

学 分: 3 学 时: 48

授课对象: 授课语言: 中英文

先修课程:

二、课程简介和教学目的

《普通化学 IB》是面向所有大一新生开设的跨学科板块必修课，授课内容涵

盖了与原子、分子体系有关的化学原理，使学生掌握现代化学的概念框架和思

维方法，为学习化学、材料和生物类专业课程打好专业基础，同时也给物理和

信息方向的学生打下必须的化学基础，理解和本专业相关的物质的基本组成。

本课程将首先从宏观的角度回顾化学式、化学反应、分子、原子等经典化学概

念，然后引入量子力学的基本原理，由浅入深地介绍电子波函数、单电子原

子、多电子原子、元素周期性、双原子分子、多原子分子、配位化合物、晶

5

体、有机物及其性质。作为原子、分子体系中的重要分支领域，光谱学和电化

学也将被简要涉及。在对微观机理理解的基础上，我们将重新从宏观的角度介

绍物质如气体、液体、固体， 以及元素的化学特性等。除理论授课（每周 3

学时 3 学分）外，实验课（每周 3学时 1 学分）和习题讨论课（每周 1 学

时不计学分）也是本课程的有机组成部分。

三、教学内容、教学方式和学时安排

内容 教师 助教 时间 地点

理论课 叶柏华 未定 每周三节（16 周） 未定

答疑 叶柏华 未定 每周三小时 未定

习题讨论 曹金丽 每周一节

课堂教学内容 教学进度和学时安排 教学方式

第一章

1.1 Overview

1.2 Introduction

第 1 周

1 学时

2 学时

课堂教学

第二章

2.1 Classical atoms

2.2 Formula & Nomenclature

第 2 周

2 学时

1 学时

课堂教学

第三章

3.1 Ionization energy

3.2 Electronegativity

3.3 Ionic and Covalent bond

第 3 周

1 学时

1 学时

1 学时

课堂教学

第四章

4.1 Lewis structure

4.2 Resonance

4.3 Molecular geometry

第 4 周

1 学时

1 学时

1 学时

课堂教学

第五章 第 5、6 周 课堂教学

6

5.1 Wave function

5.2 Bohr model

5.3 Wave-particle duality

5.4 Quantum mechanics

1 学时

2 学时

1 学时

2 学时

期中考试一

第 7 周

1 学时

闭卷

第六章

6.1 Hydrogen atom

6.2 Multi-electron atoms

第 7 周

1 学时

1 学时

课堂教学

第七章

7.1 Hydrogen Molecular orbit

7.2 Homonuclear Diatomic molecules

7.3 Heteronuclear Diatomic molecules

7.4 LCAO theory

7.5 VB theory

7.6 Hybridization

第 8、9、10 周

1 学时

1 学时

1 学时

1 学时

2 学时

2 学时

1 学时

课堂教学

期中考试二

第 11 周

1 学时

闭卷

第八章

8.1 Organic bonding

8.2 Organic transformation

第 11 周

1 学时

1 学时

课堂教学

第九章

9.1 Crystal field theory

9.2 Transition metals

9.3 Transition metal catalysis

第 12、13 周

2 学时

2 学时

2 学时

课堂教学

7

第十章

10.1 Liquid

10.2 Solid

10.3 Crystal

第 14 周

1 学时

1 学时

1 学时

课堂教学

第十一章

11 Spectroscopy

第 15 周

3 学时

课堂教学

第十二章

12 Electrochemistry

第 16 周

2 学时

课堂教学

总复习

第 16 周

1 学时

课堂教学

随堂测验 30 分钟/次 闭卷

习题课 每周 1 学时、不计学分 习题分析、讨论

期末考试

第 17 周

2 学时

闭卷

《普通化学 I 实验》

一、课程基本信息

开课单位: 物质科学与技术学院 课程代码: CHEM1100

课程名称: 普通化学 I 实验 英文名称: General Chemistry I Lab

学 分: 1 学 时: 42

授课对象: 授课语言: 中文

先修课程:

二、课程简介和教学目的

普通化学 I实验是面向所有学生开设的跨学科板块必修课，与普通化学 I配套

并同步开展教学。普通化学 I实验的教学目的是：一、引导学生对化学的兴

趣，拓宽视野；二、加深学生对理论课讲授的基本原理的理解，鼓励理论与实

8

验相结合；三、启发学生对实验设计和实验结果的思考。实验内容包括经典化

学反应、原子与分子轨道、过渡金属元素以及光谱学四个板块，共 9次动手实

验和 2次上机实验。在学期开始和结束时还分别安排了绪论和机动周。

三、教学内容、教学方式和学时安排

实验内容

0 绪论

1 B-Z 振荡反应

2 金、银、铜的提取及鉴定

3 卤素的性质

4 波函数及原子轨道

5 IVB 族(Ti)和 IVA 族(Si、C)元素性质的比较

6 三草酸根合铁(Ⅲ)酸钾的制备、性质和组成分析

7 分子轨道与共振论

8 阿斯匹林的合成

9 三氯化六氨合钴(Ⅲ)的制备和性质

10 CuInS2 胶体量子点的合成

11 可见光发射光谱与吸收光谱的测定

《有机化学 I 实验》

一、课程基本信息

开课单位: 物质科学与技术学院 课程代码: CHEM1320

课程名称: 有机化学 I 实验 英文名称: Organic Chemistry I Lab

学 分: 1 学 时: 42

9

授课对象: 授课语言: 中英文

先修课程:

二、课程简介和教学目的

实验课的目的是通过理论和实验结合，加深学生对基本原理和反应的理解，并

引导学生对化学的兴趣。学生在给定实验目的和材料之后可以自如操作，熟悉

各种常用技术与仪器，并完成实验。

三、教学内容、教学方式和学时安排

课堂教学内容 教学进度和学时安排 最新进度安排

第一课 绪论、安全教育、实验准

备、清点玻璃仪器

第 2 周

4 学时

第二课 苯基丁二酸的拆分

第 4 周

4 学时

第三课 苯基丁二酸的拆分(续前)

重结晶及熔点仪使用

第 5 周

4 学时

第四课 苯基丁二酸的拆分(续前)

样品熔点和旋光的测定及柱色谱

和薄层色谱的原理介绍

第 6 周

4 学时

第五课 番茄红素的柱层析

第 7 周

4 学时

第六课 格氏试剂加成-制备三苯甲

醇

第 8 周

4 学时

第七课 格氏试剂加成-制备三苯甲

醇(续前)

第 9 周

4 学时

第八课 乙酸异戊酯制备 第 10 周

10

4 学时

第九课 乙酸异戊酯制备（续前）

第 11 周

4 学时

第十课 卤代烃 Sn2 活性比较

第 12 周

4 学时

第十一课 2-甲基环己醇消除制烯

烃

第 13 周

4 学时

第十二课 肉桂酸的亲电加成

第 14 周

4 学时

机动周

第 15 周

4 学时

《信息检索》

一、课程基本信息

开课单位: 物质科学与技术学院 课程代码: SP1102

课程名称: 信息检索 英文名称: Information Retrieval and Utilization

学 分: 1 学 时: 16

授课对象: 授课语言: 中文

先修课程:

二、课程简介和教学目的

课程简介：

《信息检索》是培养学生在数字化网络化环境下信息素质的重要课程。课程将

系统介绍信息检索与利用的必备知识，详细介绍主要类型学术信息资源、检索

工具、检索技巧、文献信息分析软件、文献管理软件等的使用。

课程目的：

11

通过本课程的理论讲授和案例演示教学，使学生全面了解信息检索的基本知识

和基本理论，掌握基本的检索方法和检索技能，熟悉各类主要信息资源，熟悉

和掌握主要的综合性和专业性中外文检索工具和数据库，了解其内容特点、结

构、著录格式和检索方法，了解大规模文献信息分析和知识图谱绘制的方法，

掌握对所获取的文献信息进行高效管理的方法，提高学生检索、发现、选择、

分析、管理信息的能力，为学生开展创新性学习、开展学术研究、高效完成毕

业论文研究打下良好的基础。

三、教学内容、教学方式和学时安排

课堂教学内容 学时安排 教学方式

第一章 信息检索基础&科研诚信

1.1 科技信息利用统筹法

学术信息传播交流的基本谱段

信息检索的基本步骤及其统筹利用

1.2物质科学领域的信息特点及主要资源

常用的资源分类及相应的获取来源

1.3 新兴信息源

1.4 传统及开放获取出版模式介绍

投稿及审稿过程介绍

1.5 科学诚信：避免学术不端行为

2学时 课堂教学

第二章 期刊论文检索

2.1．主要的期刊数据库资源

2.2．利用 Web of Science 查找 SCI 论文及课题检

索

2.3．WoS衍生数据库 ESI、JCR、InCites

2.4. Engineer Index 数据库检索

2.5. 中国知网 CNKI查阅中文期刊全文

2学时 课堂教学

第三章 领域数据库检索（1） 2 学时 课堂教学

12

3.1 SciFinder 数据库的收录范围与规则

3.2 Scifinder 的注册及检索：文献检索、物质检

索、反应检索、SciPlanner

3.3 Reaxys数据库简介

第四章 领域数据库检索（2）&专业学协会

4.1 Springer Material 数据库的收录范围与规则

4.2 学协会资源介绍

2 学时 课堂教学

第五章 专利的基础知识及专利检索

5.1专利的基本知识

5.2专利的分类号及其重要作用

5.3如何利用国家知识产权局，欧洲专利局，美国专

利局等检索各国专利以及LENS等开源专利数据库的

检索与分析

2 学时 课堂教学

第六章 数值型数据检索&文献管理

6.1 常用数值型数据库和检索工具

数值类网络信息资源的检索与利用

6.2 Endnote的使用及操作技巧

6.3 Endnote辅助论文写作

2学时 课堂教学

第七章 文献分析与科学知识图谱

7.1.文献分析方法及科学知识图谱的介绍

7.2. 文 献 分 析 开 源 工 具 及 商 业 工 具 介 绍

（CiteSpace、Vosviewer、TDA）

7.3.利用图谱工具 CiteSpace分析课题背景及发展

从大量文献资料里发现核心论文；

发现领域内不同时期的研究热点；

发掘出子领域或学科间的交叉关系；

2学时 课堂教学

第八章 实例分析 2学时 课堂教学

13

8.1 由具体的课题案例出发，构建检索式，选择检

索源及实施检索，获取所需资源，并进行分析、管

理。

期末考试

1. 上机操作考试

2. 选择一个课题，用所学的检索、分析、资源管

理方法撰写课程报告

上机操作考试

课程报告

《无机化学实验》

一、课程基本信息

开课单位: 物质科学与技术学院 课程代码: CHEM1300

课程名称: 无机化学实验 英文名称: Inorganic Chemistry Lab

学 分: 1 学 时: 48

授课对象: 授课语言: 中英文

先修课程:

二、课程简介和教学目的

这是一个针对本科生开设的实验室课程，将为无机化学计算和合成技能提供全

面的培训。参与者应已学习无机化学课程并通过相关考核。因实验室设施的容

量有限，对打算选择化学或材料作为专业的学生可考虑优先录取.

三、教学内容、教学方式和学时安排

14

编号 实验名称

1 实验 0 绪论

2 实验 1 水和硒化氢分子的势能面扫描（上机实验）

3 实验 2 高温超导体 YBa2Cu3O7-x 的制备与性能测试（第 1 部分）

4 实验 2 高温超导体 YBa2Cu3O7-x 的制备与性能测试（第 2 部分）

5 实验 3 路易斯酸碱对的强弱（上机实验）

6 实验 4 发光钌络合物的制备（第 1 部分：制备 Ru(DMSO)4Cl2）

7 实验 4 发光钌络合物的制备（第 2 部分：制备 Ru(lig)3(PF6)2）

8

实验 4 发光钌络合物的制备（第 3 部分：测试紫外可见吸收、荧

光发射光谱）

9

实验 4 发光钌络合物的制备（第 4 部分：太阳能电池的制备与性

能测试）

10 实验 5 八面体钴络合物的构型、电子结构和氧化还原势的计算（上机实验）

11 实验 6 生物无机化学：模拟血红蛋白的载氧钴络合物的合成与性能研究（第 1 部分：

制备 SalenH2 配体和 Co(salen)、熔点测定）

12

实验 6 生物无机化学：模拟血红蛋白的载氧钴络合物的合成与性

能研究（第 2 部分：Co(salen)吸氧量的测定、红外吸收光谱测

定）

15

《有机化学 II 实验》

一、课程基本信息

开课单位: 物质科学与技术学院 课程代码: CHEM1330

课程名称: 有机化学 II 实验 英文名称: Organic Chemistry II Lab

学 分: 1 学 时: 42

授课对象: 授课语言: 中英文

先修课程:

二、课程简介和教学目的

实验课的目的是通过理论和实验结合，加深学生对基本原理和反应的理解，

并引导学生对化学的兴趣。学生在给定实验目的和材料之后可以自如操作，

熟悉各种常用技术与仪器，并完成实验。

三、教学内容、教学方式和学时安排

实验内容 教学进度

第一课 绪论; 傅-克酰基化反应

目的：傅-克酰基化、路易斯酸催化机理。

活动：磷酸催化、乙酸酐和二茂铁反应。倒入冰水淬灭，

NaOH 洗，抽滤得到粗产物，重结晶并通过红外表征。

材料：二茂铁、乙酸酐、磷酸、碳酸氢钠、石油醚。

第 2 周

第二课 香豆素-3-羧酸合成

目的： 实验室安全;熟悉 Perkin 反应和 Knoevenagel 反应

活动：水杨醛和丙二酸酯在有机碱-六氢吡啶催化下,缩合生

成中间体香豆素-3-甲酸乙酯。后者加碱水解后,再次酸化闭

环内酯化生成香豆素-3-羧酸。重结晶后红外表征。

材料：水杨醛、丙二酸酯、六氢吡啶、无水乙醇、冰醋酸、

95%乙醇、氢氧化钠、浓盐酸、无水氯化钙

第 3 周

第三课 荧光素的制备

16

目的：羧酸衍生物转化机理、分水器原理、红外光谱原理；

熟悉浓硫酸取用、蒸馏、红外光谱等操作。

活动：间苯二酚和邻苯二甲酸酐在二氯化锌催化下缩合，淬

灭反应并收集固体，重结晶并干燥。在碱性溶液中溶解并观

测不同 pH 条件下的荧光吸收。

材料：间苯二酚，邻苯二甲酸酐，二氯化锌，盐酸，氢氧化

钠

第 4 周

第四课 喹啉的合成

目的：熟悉生成杂环化合物喹啉及其衍生物最重要的方法-

Skraup 反应。

活动：苯胺与无水甘油，浓硫酸及弱氧化剂硝基化合物加热

可得到粗产物。柱层析纯化。

材料：间苯二酚，邻苯二甲酸酐，二氯化锌，盐酸，氢氧化

钠。

第 5,6 周

第五课 反式肉桂醛的 Wittig 反应

目的：Wittig 反应及双键立体化学；

活动：从苄氯出发，制备磷叶立德，分离并干燥。所得磷叶

立德与肉桂醛反应，得到共轭烯烃，萃取分离，旋蒸，重结

晶，测定熔点，并通过核磁确定双键构型。

材料：肉桂醛、三苯基膦、氢氧化钠溶液、乙醇；熔点毛细

管和核磁管

第 7 周

第六课 [3,6]-亚甲基-4-环己烯-1,2-对苯二醌

目的：进一步熟悉 Diels-Alder 反应；

活动： 对苯二醌和环戊二烯冰浴中反应得到粗产物,重结晶,

测定熔点.

材料：对苯二醌、环戊二烯、无水乙醇、石油醚

第 8 周

第七课 9-芴酮还原制备 9-芴醇

目的: 熟悉硼氢化钠还原酮操作和原理

活动: 利用硼氢化钠将酮还原为醇

材料：9-芴酮，硼氢化钠，甲醇

第 9 周

17

第八课 苯甲醛制备二苯乙醇酸

目的：安息香缩合， 醇的氧化反应， 二苯乙醇酸重排。

活动：三步化学反应：硫胺素(维生素 B1)催化的安息香缩

合，产物重结晶并测定红外吸收光谱。所得产品进行下一步

氧化反应，重结晶并与原料比对红外吸收光谱。二苯乙二酮

在碱性条件下重排得到最终产物二苯乙醇酸 。

材料：苯甲醛，硫胺素盐酸盐，乙酸，六水合三氯化铁，氢

氧化钾溶液，盐酸溶液

第 10，11，

12 周

第九课 脯氨酸催化不对称羟醛缩合反应

目的：羟醛缩合、脯氨酸催化机理、旋光测定原理；旋光仪

使用。

活动：脯氨酸、丙酮与异丁醛缩合；反应之后萃取、旋蒸；

测定核磁和旋光。

材料：丙酮、异丁醛、脯氨酸、乙醚、乙醇、碳酸氢钠水溶

液旋蒸、核磁、旋光仪

第 13 周

《材料分析方法（含实验）》

一、课程基本信息

开课单

位: 物质科学与技术学院

课程代

码: MSE1501

课程名

称:

材料分析方法（含实

验）

英文名

称:

Analytical Methods for Materials Science

(with Lab)

学 分: 4 学 时: 96

授课对

象:

授课语

言: 中英文

先修课

程:

18

二、课程简介和教学目的

材料分析方法是材料科学与工程专业一门必修的专业基础课，承担着为该专业

本科生介绍有关材料科学中主要分析测试仪器的原理与使用、数据处理与分析

等重要内容的教学任务，培养学生对材料微观组织、结构和形貌分析测试及研

究的能力。对帮助学生构建完整的知识结构体系，为他们以后进行科学研究、

发展生产实践、毕业设计和就业等方面打下良好的基础。

有关材料的分析测试方法有多种多样，相关知识面广且前后章节相对独立，本

课程将着重围绕三个部分进行展开，即材料的组织结构分析、形貌观测、成分

和价键分析。涉及的分析仪器包括光学显微分析仪、X射线衍射仪、电子显微

镜、扫描探针显微镜、红外、核磁、拉曼和热分析仪。对每一类分析方法在教

学过程中安排三级教学目标：基本原理、使用和操作、数据分析和运用。以材

料表征技术为主线，通过介绍原理、仪器设备讲解、实例分析和实验练习，使

学生在掌握材料表征技术的基础上，了解材料研究过程的一般性思维与方法，

掌握解决实际问题的能力和技巧，注重培养学生综合应用材料基本知识和进行

科学研究的能力。

三、教学内容、教学方式和学时安排

课堂教学内容 教学进度和学时

安排 教学方式

第一章 绪论

第二章 X 射线衍射分析

2.1 X 射线物理学基础

2.2 X 射线晶体学

第 1 周

4 学时

课堂教学

2.3 X 射线衍射强度

第 2 周

2 学时

课堂教学

2.4 X 射线衍射仪

2.5 物相分析

第 3 周

4 学时

课堂教学

第三章 扫描电子显微镜 第 4 周

2 学时

课堂教学

19

3.1 电子与物质相互作用

3.2 电磁透镜

3.3 扫描电子显微镜的构造和成像

原理

3.4 形貌衬度和原子数衬度成像

第 5 周

4 学时

课堂教学

3.5 扫描电子显微镜的发展和应用

第 6 周

2 学时

课堂教学

第四章 透射电子显微镜

4.1 电子光学基础

4.2 透射电镜的基本构造

第 7 周

4 学时

课堂教学

4.3 电子衍射原理

4.4 电子衍射花样分析

第 8 周

2 学时

课堂教学

4.5 三种 TEM 衬度成像

4.6 透射电子显微镜的发展和应用

第 9 周

4 学时

课堂教学

第五章 扫描探针显微镜

5.1 概述

5.2 扫描探针显微镜的工作原理

第 10 周

2 学时

课堂教学

5.3 扫描隧道显微镜

5.4 原子力显微镜

5.5 扫描探针显微镜在现代材料研

究中的应用

第 11 周

4 学时

课堂教学

第六章 常见光谱分析

6.1 红外吸收光谱

第 12 周

2 学时

课堂教学

6.2 拉曼光谱 第 13 周

4 学时

课堂教学

20

6.3 紫外-可见吸收光谱

6.4 核磁共振

第 14 周

2 学时

课堂教学

第七章 热分析技术

7.1 热分析概论

7.2 热重分析与微商热重法

7.3 热分析在材料研究中的应用

第 15 周

4 学时

课堂教学

总结：材料分析方法总结和实例

分析

第 16 周

2 学时

课堂教学

期末考试

第 17 周

2 学时

闭卷

《普通化学 II 实验》

一、课程基本信息

开课单位: 物质科学与技术学院 课程代码: CHEM1110

课程名称: 普通化学 II 实验 英文名称: General Chemistry II Lab

学 分: 1 学 时: 45

授课对象: 授课语言: 中文

先修课程:

二、课程简介和教学目的

普通化学 II 实验内容主要涉及基础物理化学，分析化学，以及介绍性材料化

学等相关实验，其目的是为配合普通化学 II，为化学，材料和生物类学生学

习后续专业课程打好必要的实验和专业技术基础；为物理和信息方向的学生特

别是今后有志于进行交叉性课题研究的学生提供必要的化学实验技能基础。

21

三、教学内容、教学方式和学时安排

授课内容

绪论

实验 1 氢氧化钠溶液浓度的标定

实验 2 食醋中总酸度的测定

实验 3 水溶液中氨电离平衡常数的测定

实验 4 河水中正磷酸盐的定量分析

实验 5 河水中溶解氧的测定

实验 6 化学反应热的测定

实验 7 铜、锌电极的制备及电池电动势的测定

实验 8 溶液中过二硫酸铵与碘化钾反应动力学参数的测定

实验 9 量气法测定过氧化氢酶催化反应动力学参数

实验 10 染料敏化太阳能电池的制备与测定

实验 11 Fe3O4 磁流体的制备

实验 12 水凝胶的制备

机动周

《计算物理》

一、课程基本信息

开课单位: 物质科学与技术学院 课程代码: PHYS1504

课程名称: 计算物理 英文名称: Computational Physics

学 分: 3 学 时: 48

授课对象: 授课语言: 中英文

先修课程:

二、课程简介和教学目的

22

计算物理学作为计算科学的一个分支，是与理论物理，实验物理并列的一个重

要物理学科。它借助现代计算机的强大浮点运算能力，将常规方法无法解决的

复杂物理问题利用数值计算方法最终解决。计算物理学因而是一门多学科交叉

的理论，它涵盖了物理，应用数学以及计算机科学。计算物理明显不同于计算

机科学，在计算物理中计算机技术仅仅是解决物理问题的手段。计算物理学因

其最终的研究对象是复杂的物理系统和现象，决定了它的主要研究内容是针对

具体物理问题设计合适的计算方法。因其展示出的强大解释甚至预言能力，计

算物理学方法在物理学的几乎每一个分支上都有广泛的应用，比如经典物理，

量子物理，统计物理，凝聚态物理，粒子物理，天体物理等等。

本学期计算物理学课程将介绍一些常用的计算物理方法，着重于培养学生建

立从实际物理问题出发抽象出具体模型，并设计相应的数学方法直至编写程序

解决问题的科学素养。本课程虽然不局限于任何具体的计算机语言，课程中涉

及到的例子将主要用 Fortran 2003语言来讲解。本课程主要由 10周理论课程

和 5周上机实践课程组成。内容涵盖 Fortran基础，一维谐振子和中心势场中

的氢原子的薛定谔方程求解，密度泛函理论基础和大规模并行计算及蒙特卡洛

方法等。

三、教学内容、教学方式和学时安排

课堂教学内容 教学进度和学时安

排 教学方式

第一章 引言

1.1 计算物理简介

1.2 Fortran 语言基础

第 1 周

3 学时

作业 1

第二章 薛定谔方程求解

2.1 一维谐振子(ODE 或精确对角

化)

2.2 程序设计

第 2 周

3 学时

作业 2

上机实践与习题课（一）

第 3 周

3 学时

动手编程

习题分析、讨论

23

第三章 密度泛函理论

3.1 绝热近似

3.2 Hartree-Fock 近似

第 4 周

3 学时

作业 3

第三章 密度泛函理论

3.3 Hohenberg-Kohn 定理

3.4 Kohn-Sham 方程

第 5 周

3 学时

作业 4

上机实践与习题课（二）

第 6 周

3 学时

动手编程

习题分析、讨论

第四章 并行计算

4.1 MPI 基础

4.2 Send/Receive, Broadcast,

Collective Communication

第 7 周

3 学时

作业 5

第五章 蒙特卡洛方法

5.1 随机过程

5.2 蒙特卡洛积分

第 8 周

3 学时

第 9 周

1.5 学时

作业 6

期中测试

第 9 周

1.5 学时

课堂测验

上机实践与习题课（三）

第 10 周

3 学时

动手编程

习题分析、讨论

第五章 蒙特卡洛方法

5.3 马尔可夫过程

5.4 重要性抽样与细致平衡

第 11 周

3 学时

作业 7

24

第五章 蒙特卡洛方法

5.5 中心势场和氢原子

5.6 程序设计

第 12 周

3 学时

作业 8

上机实践与习题课（四）

第 13 周

3 学时

动手编程

习题分析、讨论

第六章 蒙特卡罗综合应用

6.1 热力学平均

6.2 Ising 模型的热力学性质

第 14 周

3 学时

作业 9

第六章 蒙特卡罗综合应用

6.3 Metropolis 算法

6.4 程序编写

第 15 周

3 学时

作业 10

上机实践与习题课（五）

第 16 周

3 学时

动手编程

习题分析、讨论

总结和答疑

第 17 周

2 学时

讨论

《材料科学基础 II》

一、课程基本信息

开课单位: 物质科学与技术学院 课程代码: MSE1303

课程名称: 材料科学基础 II 英文名称: Fundamental of Materials Science II

学 分: 3 学 时: 48

授课对象: 授课语言: 中英文

先修课程:

二、课程简介和教学目的

25

课程简介：

这门课程将简要介绍材料科学中的基本规律和现象，具体讨论材料的加工、结

构、性质和性能表现之间的关系。所涉及材料包括各种金属、陶瓷、聚合物和

复合材料。这门课程也将简要介绍具有高科技应用价值的先进材料，包括半导

体、生物材料、智能材料和纳米材料等。

教学目的：

这门课程的教学目的是让学生全面了解材料科学中的基本规律和现象，并通过

材料的实例，认识材料的加工、结构、性质和性能表现之前的关系。这门课程

将培养学生在新材料研发和新系统设计方面的知识和技能。

三、教学内容、教学方式和学时安排

课堂教学内容 教学进度和学时安排 教学方式

零 绪论

1. 课程介绍

一 金属的力学性质

1. 导言

2. 应力和应变

弹性形变：

1. 应力-应变关系

2. 滞弹性

3. 材料的弹性性质

塑性形变：

1. 拉伸性能

2. 真应力和应变

3. 塑性形变后的弹性回复

4. 压缩形变、切变和扭转形变

5. 硬度

性能变化和设计与安全因素：

1. 材料性能的变化

2. 设计与安全因素

第 1 周

3 学时

课前预习、课堂教

学、课后复习（作

业）、文献阅读、

讨论

26

二 位错和强化机制

1. 导言

位错和弹性形变：

1. 基本概念

2. 位错的表征

3. 滑移系

4. 单晶体中的滑移

5. 多晶材料的塑性形变

6. 孪晶形变

金属的强化机制：

1. 晶界强化

2. 固溶强化

3. 硬变硬化

回复，再结晶和晶粒长大：

1. 回复

2. 再结晶

3. 晶粒长大

第 2 周

3 学时

课前预习、课堂教

学、课后复习（作

业）、文献阅读、

讨论

三 失效

1. 导言

断裂：

1. 断裂的基本简介

2. 延性断裂

3. 脆性断裂

4. 断裂力学的原理

5. 断裂韧性测试

疲劳：

1. 循环应力

2. S-N 曲线

3. 裂纹的萌生和扩展

4. 影响疲劳寿命的因素

5. 环境因素

第 3 周

3 学时

课前预习、课堂教

学、课后复习（作

业）、文献阅读、

讨论

27

蠕变：

1. 蠕变

2. 应力和温度效应

3. 数据外推方法

4. 高温合金

四 相图

1. 导言

定义和基本概念：

1. 溶解极限

2. 相

3. 微结构

4. 相平衡

5. 单元系统的相图

二元系统的相图：

1. 二元匀晶系统

2. 相图的解读

3. 匀晶合金的微结构演变

4. 匀晶合金的机械性质

5. 二元共晶系统

6. 共晶合金的微结构演变

7. 含有中间产物或化合物相的

相图

8. 共析和包晶反应

9. 同一相变

10. 陶瓷和三相相图

11. 吉布斯相律

铁-碳系统：

1. 铁-碳化铁的相图

2. 铁碳合金微结构的演化

3. 其它合金元素的影响

第 4 周

3 学时

课前预习、课堂教

学、课后复习（作

业）、文献阅读、

讨论

五 相变：微结构演变和机械性能变

化

1. 导言

第 5 周

3 学时

课前预习、课堂教

学、课后复习（作

业）、文献阅读、

讨论

28

相变：

1. 基本概念

2. 相变动力学

3. 亚微态 vs. 平衡态

铁碳合金的微结构和性能变化：

1. 等温转变图

2. 连续冷却转变图

3. 铁碳合金的机械行为

4. 回火马氏体

5. 铁碳合金相变和机械性质总

结

六 金属合金的应用和加工

1. 导言

合金的种类:

1. 铁合金

2. 非铁合金

金属的制备和加工：

1. 成形操作

2. 铸造

3. 粉末冶金和焊接

金属的热处理：

1. 褪火过程

2. 钢的热处理

3. 析出硬化

第 6 周

3 学时

课前预习、课堂教

学、课后复习（作

业）、文献阅读、

讨论

七 陶瓷的结构和性质

1. 导言

陶瓷结构：

1. 晶体结构

2. 硅酸盐

3. 碳

第 7 周

3 学时

课前预习、课堂教

学、课后复习（作

业）、文献阅读、

讨论

29

4. 陶瓷中的缺陷

5. 离子材料中的扩散现象

6. 陶瓷的相图

机械性质：

1. 陶瓷的脆性断裂

2. 应力-应变行为

3. 塑性形迹的机制

4. 其它机械性质

八 陶瓷的应用和加工

1. 导言

陶瓷的种类和应用

1. 玻璃

2. 玻璃-陶瓷

3. 粘土制品

4. 耐火材料

5. 耐磨材料

6. 水泥

7. 高等陶瓷（压电陶瓷）

陶瓷的制备和处理：

1. 玻璃和玻璃陶瓷的制备和加

工

2. 粉末压制成形法

3. 流延成形法

第 8 周

3 学时

课前预习、课堂教

学、课后复习（作

业）、文献阅读、

讨论

九 聚合物结构

1. 导言

2. 碳氢化合物分子

3. 聚合物分子

4. 聚合物分子的化学

5. 分子量

6. 分子形状

7. 分子结构

8. 分子构型

9. 热塑性和热固性聚合物

10. 共聚物

11. 聚合物结晶性

第 9 周

3 学时

课前预习、课堂教

学、课后复习（作

业）、文献阅读、

讨论

30

12. 聚合物晶体

13. 聚合物的缺陷

14. 聚合物材料中的扩散现象

十 聚合物的特征、应用和加工

1. 导言

聚合物的机械性质：

1. 应力-变变行为

2. 宏观变形

3. 粘弹性变形

4. 聚合物的断裂

5. 聚合物的其它机械特征

6. 聚合物的变形和强化机制

7. 半晶聚合物的变形

8. 影响半晶聚合物机械性质的

因素

9. 弹性体的变形

聚合物的结晶、熔化和相变现象：

1. 结晶

2. 熔化

3. 玻璃相变

4. 熔化和玻璃相变温度

5. 影响熔化和玻璃相变温度的

因素

聚合物的种类：

1. 塑料

2. 弹性体

3. 纤维

4. 各种应用

5. 高等聚合物材料

聚合物的合成和加工：

1. 聚合化

2. 聚合物添加剂

3. 塑料的成形技术

4. 弹性体的制备

第 10 周

3 学时

课前预习、课堂教

学、课后复习（作

业）、文献阅读、

讨论

31

5. 纤维和薄膜的制备

十一 复合材料

1. 导言

颗粒增强复合材料：

1. 大颗粒复合材料

2. 分散强化复合材料

纤维强化复合材料：

1. 纤维长度的影响

2. 纤维方向和浓度的影响

3. 纤维相

4. 基体相

5. 聚合物-基体复合材料

6. 金属-基体复合材料

7. 陶瓷-基体复合材料

8. 碳-碳复合材料

9. 多功能复合材料

10. 纤维加强复合材料的加工

结构复合材料：

1. 叠层复合材料

2. 夹层板

第 11 周

3 学时

课前预习、课堂教

学、课后复习（作

业）、文献阅读、

讨论

十二 材料的腐蚀和退化

1. 导言

金属的腐蚀：

1. 电化学方面的原因

2. 腐蚀速率

3. 腐蚀速率的预测

4. 钝化

5. 环境的影响

6. 腐蚀的种类

7. 腐蚀的环境

8. 腐蚀的防止

9. 氧化

第 12 周

3 学时

课前预习、课堂教

学、课后复习（作

业）、文献阅读、

讨论

32

陶瓷材料的腐蚀和聚合物的退化:

1. 膨胀和溶解

2. 键断

3. 风化

十三 电学性质

1. 导言

电导性：

1. 欧姆定律

2. 电导率

3. 电子和离子的传导

4. 固体中的能带结构

5. 用能带和原子键模型解释电

导

6. 电子迁移率

7. 金属的电阻率

8. 商用合金的电学特征

半导性：

1. 本征半导性

2. 非本征半导性

3. 载流子浓度随温度的变化

4. 影响载流子迁移率的因素

5. 霍尔效应

6. 半导体器件

离子陶瓷和聚合物中的电导性：

1. 离子材料中的传导现象

2. 聚合物的电学性质

介电现象：

1. 电容

2. 场矢量和极化现象

3. 极化的种类

4. 介电常数随频率的变化

5. 介电强度

6. 介电材料

7. 材料的其它电学特征：

第 13 周

3 学时

课前预习、课堂教

学、课后复习（作

业）、文献阅读、

讨论

33

8. 铁电性

9. 压电性

十四 热学性质

1. 导言

2. 比热容

3. 热膨胀

4. 热导

5. 热应力

第 14 周

3 学时

课前预习、课堂教

学、课后复习（作

业）、文献阅读、

讨论

十五 磁学性质

1. 导言

2. 基本概念

3. 抗磁性和顺磁性

4. 铁磁性

5. 反铁磁性和铁氧体磁性

6. 温度对磁学性质的影响

7. 磁畴和磁滞

8. 磁各向异性

9. 软磁性材料

10. 磁存储

11. 超导性

第 15 周

3 学时

课前预习、课堂教

学、课后复习（作

业）、文献阅读、

讨论

十六 光学性质

1. 导言

基本概念：

1. 电磁辐射

2. 光与固体相互作用

3. 光与原子和电子的相互作用

光学性质：

1. 折射

2. 反射

3. 吸收

4. 传输

5. 颜色

6. 不透明性和半透明性

第 16 周

3 学时

课前预习、课堂教

学、课后复习（作

业）、文献阅读、

讨论

34

光学现象的应用：

1. 发光

2. 光电导性

3. 激光

4. 光纤通讯

期末考试

第 17 周

3 学时

半开卷笔试（允许

带一张 A4 纸笔

记）

《数学物理方法 II》

一、课程基本信息

开课单位: 物质科学与技术学院 课程代码: PHYS1303

课程名称: 数学物理方法 II 英文名称: Mathematical Methods for PhysicsII

学 分: 4 学 时: 64

授课对象: 授课语言: 中文

先修课程: 数学物理方法 I

二、课程简介和教学目的

《数学物理方法 II》是物质科学与技术学院开设的一门面向物理，材料和电

子专业方向的基础专业课程，本课程的目的是教给学生必要的数学工具以求解

常见的二阶偏微分方程（如波动方程，热传导方程和拉普拉斯方程），并且以

此来培养学生运用数学工具处理物理问题的能力。它是数学理论应用在具体物

理问题上的重要手段。通过本课程的学习，使学生比较熟悉的掌握常用的积分

变换法的性质和应用，数理方程的导出、以及数理方程的常用的求解方法——

分离变量法、行波法、积分变换法，Green函数法等，另外引入几个常见的特

殊函数，如 Bessel 函数（柱函数）、Legendre多项式（球函数）等，为学生

学习一些后继课程打下坚实基础。

三、教学内容、教学方式和学时安排

35

课堂教学内容 教学进度和学时安排 教学方式

第一章 绪论与数学物理方程介绍

1.1 课程内容的历史发展，实际应

用和课程设置

1.2 数学物理方程的定义

1.3 数学物理方程的建立方法

1.4 数学准备：矢量微分算子和拉

普拉斯算子，各种坐标系

第 1 周

2 学时

课堂教学、课后

复习（作业）

第二章 基本数学物理方程的建立

2.1 波动方程

2.2 热传导方程

2.3 拉普拉斯方程

2.4 二阶偏微分方程

2.5 定解问题

第 1 周~第 2 周

6 学时

课堂教学、课后

复习（作业）

第三章 一阶线性偏微分方程通解

与行波法

3.1 基本概念：通解，特解，齐

次，非齐次，

3.2 一阶常微分方程的通解法和特

征线法。

3.3 波动方程的行波解：达朗贝尔

公式，解的物理意义。高维情形的

波动。

3.4 非齐次方程的齐次化原理（冲

量原理）

第 3 周~第 4 周

8 学时

课堂教学、课后

复习（作业）

第四章 分离变量法 第 5 周~第 7 周 课堂教学、课后

复习（作业）

36

4.1 分离变量法的定义，一般步骤

和适用条件

4.2.本征值和本征函数的定义和求

解

4.3 三种偏微分方程的分离变量法

4.4 二维的分离变量法

4.5 圆形区域的分离变量法，周期

性边界条件和自然边界条件

4.6 方程非齐次项的处理，

4.7 本征函数法的定义，一般步骤

和适用条件

4.8 使用叠加原理处理混合初始/边

界条件

4.9 傅里叶变换和拉普拉斯变换的

定义，性质和用途

4.10 辅助函数法处理非齐次边界条

件

10 学时

第五章 Sturm-Liouville 定理

5.1 Sturm-Liouville 本征值问题

5.2 举例：吊摆问题

5.3 厄密算符本征函数正交性

第 7~第 8 周

4 学时

课堂教学、课后

复习（作业）

期中考试

第 8 周

2 学时

闭卷

第六章积分变换法

6.1 傅里叶级数与傅里叶变换

6.2 傅里叶变换法

第 9~第 10 周

8 学时

课堂教学、课后

复习（作业）

37

6.3 拉普拉斯变换

6.4 拉普拉斯变换法

6.5 联合变换法

6.6 一般性的积分变换

6.7 小波变换

第七章 格林函数法

7.1 格林函数的定义

7.2 三维及二维泊松方程对应的格

林函数

7.3 初值问题的格林函数解法

7.4 泊松方程和拉普拉斯方程边值

问题的格林函数解法

7.5 三类边界条件对应的格林函数

要求

7.6 电像法求满足特定边界条件的

格林函数

第 11~第 12 周

8 学时

课堂教学、课后

复习（作业）

第八章 Bessel 函数

8.1 球坐标以及柱坐标下分离变量

8.2 贝塞尔方程及其求解；第一

类，第二类贝塞尔函数

8.3 贝塞尔函数基本性质：零点，

递推关系，生成函数，渐近形式，

积分表达

8.4 贝塞尔函数本征函数集的构造

8.5 贝塞尔函数的应用：三类方程

解法

8.6 虚宗量贝塞尔方程

第 13~第 14 周

8 学时

课堂教学、课后

复习（作业）

38

8.7 球贝塞尔方程

第九章 Legendre 多项式

9.1 勒让德方程及其求解：勒让德

多项式

9.2 勒让德多项式的性质

9.3 勒让德多项式求解方程

9.4 连带勒让德方程及连带勒让德

多项式

9.5 连带勒让德多项式的性质

9.6 球（谐）函数

第 15~第 16 周

6 学时

课堂教学、课后

复习（作业）

第十章 量子力学中的数理方程

10.1 波函数与薛定谔方程

10.2 一维无限深势阱，一维谐振

子

10.3 三维薛定谔方程：中心势场

第 16 周

2 学时

课堂教学

期末考试

第 17 周

4 学时

闭卷

《普通物理 IIB》

一、课程基本信息

开课单位: 物质科学与技术学院 课程代码: PHYS1104

课程名称: 普通物理 IIB 英文名称: General Physics IIB

学 分: 3 学 时: 48

授课对象: 授课语言: 中英文

先修课程:

39

二、课程简介和教学目的

本课程主要介绍普通物理学的概况。着重介绍电磁学原理基本框架，以及相关

知识在生活及现代技术中的应用。通过本课程，培养学生对物理学的兴趣，为

以后学习各专业更高阶的课程打下基础。

三、教学内容、教学方式和学时安排

课堂教学内容 教学进度和学时安排 教学方式

第一章 静电学：电荷和场

第 1-2 周

课堂教学

第二章 电势

第 2-4 周

课堂教学

第三章 导体周围的电场

第 4-5 周

课堂教学

第四章 电流

第 5-7 周

课堂教学

第五章 移动电荷的场

第 7-8 周 课堂教学

第六章 磁场

第 8-9 周 课堂教学

期中考试

第 9 周 课堂教学+考试

（闭卷）

第七章 电磁感应

第 9-10 周 课堂教学

第八章 交流电路

第 10-12 周 课堂教学

40

第九章 麦克斯韦尔方程和电磁波

第 12-13 周 课堂教学

第十章 介质中的电场

第 13-15 周 课堂教学

第十一章 介质中的磁场

第 15-16 周 课堂教学

期末考试

第 17 周

闭卷

《非线性光学》

一、课程基本信息

开课单位: 物质科学与技术学院 课程代码: PHYS2202

课程名称: 非线性光学 英文名称: Nonlinear Optics

学 分: 3 学 时: 48

授课对象: 授课语言: 中英文

先修课程:

二、课程简介和教学目的

非线性相互作用在自然界中无处不在，但直到激光器的发展才开始广泛探索非

线性光学现象。 非线性光学相互作用现在在光谱学和技术中普遍存在，比如

形成大多数时域光谱技术以及光学通信的基础。 本课程的目的是获得对光与

物质的非线性光学相互作用的基本理解，以及非线性光学如何用于探测材料的

激发，对称和动力学。 我们的观点将是半经典：材料系统通常用量子力学处

理，但电磁场将经典地处理。

三、教学内容、教学方式和学时安排

41

Course Expectations: You are expected to take responsibility for your learnin

g, most of which will occur outside of class both in preparing for class and t

hrough homework. Extensive research in education has shown that traditional l

ectures in which the instructor presents material and students passively listen

or write notes are a sub-optimal form of instruction, even when performed by

the best instructors，regardless of “best” is judged. We learn by thinking criti

cally, engaging in discussion, and doing. A professional physicist never stops

learning physics, nor does a professional physicist do most of her learning in

the classroom. With this in mind, the goal of our time in class is not to pres

ent material that you can easily read on your own. Rather, our time in class

is an opportunity to engage in the actual practice of physics: asking physical

questions and engaging in dialogue. We are all expected to be active participa

nts in this process and our class operation is intended to promote this.

Preparation and Class Time: There is no point in a lecture that merely pres

ents what you could just as well read and understand on your own and at yo

ur own pace. Hence, you are expected to be prepared for class by reading th

e relevant material before class, and class time will, as much as possible, foc

us on consolidating what has been learned. We will sometimes cover material

treated in the text in order to highlight important points, but we will at other

times use the material in the textbook as our point of departure. In order to

keep up, you will need to be prepared. Class time is not intended to be used

as a time to lecture on all topics that you are expected to learn. Class time i

s intended to be used to reinforce what you have read, particularly those topi

cs that are most conceptually challenging or otherwise present particular diffic

ulties that are hard to resolve on one’s own. You should be prepared to ask

and be asked questions.

Homework: Homework will be assigned every 1-2 weeks and be due at the

start of class.

Some homework problems will be challenging exercises to master material tha

t has been covered. However, homework sets might also include some simpler

or conceptual problems on topics that have not yet been covered in class. T

he goal of the latter questions will be to serve as introductions to the materia

l and thereby direct you in preparing for the following class(es).

The objective of the homework is not simply to get the right answer but to d

evelop skill in making the path to that answer clear. As in the real world of

research and engineering, an unclear path makes it difficult to understand whe

re things have gone wrong. The clarity of your work will be reflected in the

grading. Clear reasoning will help garner partial credit when the answer is wr

42

ong, and a correct final answer without clear reasoning will not receive full

credit. Essential elements of your thought process include

1. illustrations,

2. discussion of your expectations and reasoning,

3. justifications for your answers, and

4. neatness.

These will all help you achieve clarity, too. Even when you have an answer t

hat you believe is incorrect but don't understand where you went wrong, it is

helpful to comment on the physical grounds that lead you to believe your ans

wer to be incorrect. This may garner partial credit, and it will help your instr

uctor address potential misunderstandings. As to neatness, it is not the grader’

s job to divine the mystical meaning of chicken scratch.

Collaboration: Rarely do scientists make discoveries in isolation. We are enga

ged in continual dialogue with our community both through the research litera

ture and through direct communication with our fellow physicists, whether in

a research group, seminars, or conferences. This spurs us to look at problems

in new ways and makes the process of learning and discovery more efficient

(and more enjoyable). You are strongly encouraged to discuss homework probl

ems with each other. Even if you feel that you have mastered the material, y

ou will internalize more deeply what you have learned by discussing it with

your fellow physicists. Still, you should always first try problems on your ow

n. You will then be best primed to benefit from your discussions.

While collaboration is strongly encouraged, it must never involve the copying

of work done by someone else; you must produce your final work independen

tly. Discuss as much as you like, but do not copy solutions from others. Che

ating is unfair to classmates and so will be dealt with seriously. Should copyi

ng occur, all parties knowingly engaged will be held accountable and will aut

omatically receive a zero for the assignment. Penalties for violation of this co

de can also be extended to include failure of the course and university discipl

inary action. If you have doubts about whether a certain level of collaboration

is acceptable, consult your instructor.

43

《物理化学 II》

一、课程基本信息

开课单位: 物质科学与技术学院 课程代码: CHEM1361

课程名称: 物理化学 II 英文名称: Physical Chemistry II

学 分: 3 学 时: 48

授课对象: 授课语言: 中英文

先修课程:

二、课程简介和教学目的

In Physical Chemistry I, how energy changes the physical/chemical pr

operties of matter was explored. This course will continue on the di

scussion, providing fundamental explanation on how microscopic inter

actions in the molecular level lead to such macroscopic behavior. In

the later part of the course, we will look at processes where chemi

cal changes occur and one form of matter is converted into others.

Main three topics that will be discussed are statistical thermodynam

ics, molecular interactions, and chemical and reaction kinetics. Stu

dents are expected to have solid understanding of topics discussed i

n Physical Chemistry I and Structural Chemistry before taking this c

ourse.

Specific topics that will be discussed includes the following;

- Boltzmann distribution and partition functions

- Canonical ensemble

- Interactions between molecules

- Rates of chemical reactions

- Collision theory

三、教学内容、教学方式和学时安排

Week #1-4 Statistical Thermodynamics

44

Boltzmann distribution, Molecular partition functions

Molecular energies, Canonical ensemble

Internal energy and entropy

Week #5-8 Molecular interactions

Electric properties of molecules

Interactions between molecules, liquids

Macromolecules and self-assembly

Week #9 Midterm exam

Week #10-11 Molecules in motion

Transportation in gases and liquids, Diffusion

Week #12-14 Chemical Kinetics

Rates of chemical reactions, integrated rate laws

Reactions approaching equilibrium, Arrhenius equation

45

Reaction mechanisms

Week #14-15 Reaction dynamics

Collision theory, Diffusion-controlled reactions

Transition-state theory, dynamics or molecular collision

Week #16 Processes on solid surfaces

Adsorption and desorption

《材料综合实验》

一、课程基本信息

开课单

位:

物质科学与技术学

院

课程代

码: MSE1507

课程名

称: 材料综合实验

英文名

称:

Comprehensive experiment of Materials

Science

学 分: 2 学 时: 16

授课对

象:

授课语

言: 中英文

先修课

程:

二、课程简介和教学目的

《材料综合实验》是材料类的综合实践课，面对高年级学生开设，通过一个小

的研究课题，由学生在导师的指导下自主完成文献阅读、课题设计、实验操作

训练、仪器表征、数据分析、撰写报告等任务。该课程是综合性的培养和考核

46

学生思考问题、分析问题、解决问题的能力，提高学生的动手能力、表达能力

和创新能力。

三、教学内容、教学方式和学时安排

《材料综合实验》由学生分组并与导师确认研究课题。学生在导师的指导下完成课题的研

究工作，撰写总结报告并进行答辩。

课堂教学内容 教学进度和学时安排 教学方式

课程介绍

分别介绍课题的背景、选题的

意义、存在的问题等等

第 1周

第 2周

课堂教学、文献阅读、讨

论等等

文献调研

整理相关文献，并以 PPT的形

式汇报答辩

第 3周

第 4周

课堂教学、文献阅读、讨

论等等

实验方法

针对不同的课题，制定合理的

实验方法

第 5周

第 6周

课堂教学、文献阅读、讨

论等等

制备样品

根据拟定的方法，制备出既定

的样品

第 7周

第 8周

第 9周

实验室样品制备

样品表征

对所得的样品进行性能表征

第 10周

第 11周

第 12周

实验室样品表征

数据分析

对所得数据进行分析

第 13周

第 14周

第 15周

数据分析

撰写报告并进行答辩 第 16周 汇报答辩

47

《近代物理实验》

一、课程基本信息

开课单位: 物质科学与技术学院 课程代码: PHYS1701

课程名称: 近代物理实验 英文名称: Modern Physical Lab

学 分: 3 学 时: 48

授课对象: 授课语言: 中文

先修课程:

二、课程简介和教学目的

这是一门为物理专业高年级学生开设的必修课。它挑选了那些在物理学发展史

上起过重大作用或获得诺贝尔物理奖的实验作为主要教学内容，并采用“模拟

科研实验”的方式进行教学。鼓励学生的创新意识，注重培养学生在实验物理

方面的能力，如选题、设计及组建实验系统，使学生从实验技术型向实验研究

型方向转变。

三、教学内容、教学方式和学时安排

课堂教学内容 教学进度和学时安排 教学方式

绪论 第 2 周，3 学时

课前预

习、在老

师指导下

实验操

作、课堂

讨论、课

后总结报

告

第一轮实验预讲 第 4 周，3 学时

实验一 表面磁光克尔效应实验 第 5 周，3 学时

实验二 脉冲核磁共振 第 6 周，3 学时

实验三 黑体辐射实验 第 7 周，3 学时

实验四 塞曼效应实验 第 8 周，3 学时

第二轮实验预讲 第 9 周，3 学时

实验五 微波铁磁共振实验 第 11 周，3 学时

实验六 单光子计数实验 第 12 周，3 学时

实验七 气体激光器原理综合实验 第 14 周，3 学时

48

实验八 弗兰克-赫兹实验 第 15 周，3 学时

实验九 高温超导转变温度测量

第 16 周，3 学时 实验十 电子自旋共振

实验十一 巨磁电阻效应实验

设计性实验答辩 第 17,18 周

《半导体物理学》

一、课程基本信息

开课单位: 物质科学与技术学院 课程代码: PHYS2203

课程名称: 半导体物理学 英文名称: Principles of Semiconductor Physics

学 分: 4 学 时: 64

授课对象: 授课语言: 中文

先修课程:

二、课程简介和教学目的

本课程主要讲授半导体的基本物理性质，包括半导体中的电子态，电子输运，

表面界面特性，光电子特性，低维结构半导体及光电器件等，适合于物理、半

导体材料、半导体器件专业的研究生作为专业基础必修课，或作为能源材料和

其他材料专业的研究生作为必修或选修课。本课程旨在使相关专业的学生掌握

扎实的半导体物理基础知识，培养学生认识问题的能力和解决问题的技能。

三、教学内容、教学方式和学时安排

课堂教学内容 教学进度和学时

安排 教学方式

1, 引言 3 学时 课堂授课

2，半导体晶体结构 3 学时 课堂授课

49

3，半导体中的电子态 3 学时 课堂授课

4，能带结构 3 学时 课堂授课

5，掺杂，及电子和空穴的统计分布 3 学时 课堂授课

6，电学性质，输运特性和非平衡载流

子 3 学时 课堂授课

7，载流子的散射 3 学时 课堂授课

8，半导体表面和界面 3 学时 课堂授课

9，半导体同金属的接触，MIS 和

MOS 结构 3 学时 课堂授课

10，半导体异质结

11，半导体 PN 结及其特性-1 3 学时 课堂授课

12，半导体 PN 结及其特性-2 3 学时 课堂授课

13，期中考试 2 小时 闭卷

14，半导体低维结构：量子阱、超晶

格和量子点 3 学时 课堂授课

15，基本光学性质：透射，吸收和反

射 3 学时 课堂授课

16，半导体的发光现象 3 学时 课堂授课

17，半导体的热力学和热电特性 3 学时 课堂授课

18，半导体中的热载流子 3 学时 课堂授课

19，半导体的磁性 3 学时 课堂授课

20，半导体中的磁输运和磁光特性 3 学时 课堂授课

21，半导体中的自旋电子及其现象 3 学时 课堂授课

22，非晶态半导体 3 学时 课堂授课

50

23，半导体中的光电导和光伏效应 3 学时 课堂授课

24，半导体器件：发光管、激光器、

探测器和光伏电池 3 学时 课堂授课

25，期末考试 2 小时 闭卷

《超导物理与器件》

一、课程基本信息

开课单位: 物质科学与技术学院 课程代码: PHYS1751

课程名称: 超导物理与器件 英文名称: Superconducting Physics and Devices

学 分: 3 学 时: 48

授课对象: 授课语言: 中英文

先修课程:

二、课程简介和教学目的

本课程为专业选修课，将通过系统讲授超导物理的基础知识、基本原理、概念

及物理模型，让学生对超导电性形成系统、深入地了解。本课程还适当介绍当

前超导的科技发展，超导新材料的进展概况、超导材料在强电及弱电方面的应

用现况及前景等。本课程旨在提高本科生分析和解决实际物理问题的能力，为

凝聚态物理和材料物理本科生后续研究生阶段的理论与实验研究打好基础。

三、教学内容、教学方式和学时安排

课堂教学内容 教学进度和学时安排 教学方式

第零章 绪论

超导研究概述

第 1 周

3 学时

课堂教学、课后

复习（作业）、

考试

超导电性基本现象 第 2 周

51

1. 零电阻现象

2. Meissner 效应

3. 临界温度、临界磁

场和临界电流密度

3 学时

超导热力学

2.1 超导相变热力学

2.1.1 二流体模型

2.1.2 超导体的吉布斯自由能

2.1.3 正常-超导相变的熵与比热

2.2 超导相变的力学效应

第 3 周

3 学时

超导电动力学

3.1 London 方程

3.2 穿透深度

3.3 Pippard 理论

第 4-5 周

6 学时

Ginzburg-Landau（GL）

理论

4.1 自由能和 GL 方程

4.2 特征长度

4.3 全磁通守恒与磁通量子化

4.4 界面能与两类超导体

4.5 理想的第 II 类超导体

第 6-7 周

6 学时

52

4.6 混合态

4.7 钉扎

4.8 磁通蠕动

期中考试

第 8 周 开卷

BCS 理论

5.1 超导能隙

5.2 电-声子相互作用

5.3 Cooper 对

5.4 BCS 基态能隙方程

5.5 BCS 的 Tc 公式

5.6 临界场和比热容

第 9-11 周

8 学时

第六章 电子隧道效应

6.1 正常电子隧道效应

6.1.1 正常金属隧道

6.1.2 超导-导体隧道效应

6.2 超导-超导隧道效应

6.2.1 相同超导体隧道效应

6.2.2 不同超导体之间的隧道效应

6.3 N-I-S 结及 S-I-S 结

6.4 超导电子隧道效应

第 11-13 周

7 学时

53

6.4.1 Josephson 方程

6.4.2 DC Josephson 效应

6.4.3 AC Josephson 效应

6.5 超导隧道效应的应用

6.5.1 直流和射频超灵敏探测器

6.5.2 高频超灵敏电磁探测器

超导量子干涉

6.1 双结超导量子干涉

6.2 单节超导环

第 14 周

高温超导

7.1 电子相图

7.2 赝能隙

7.3 超导序参量对称性

7.4 自旋涨落

第 15 周

期末考试

第 16 周

开卷

《绿色化学》

一、课程基本信息

开课单位: 物质科学与技术学院 课程代码: CHEM1523

课程名称: 绿色化学 英文名称: Green Chemistry

学 分: 2 学 时: 32

54

授课对象: 授课语言: 中英文

先修课程:

二、课程简介和教学目的

本课将简要介绍绿色化学的含义、标准、原则、技术、进展等方面，引导学生

的可持续发展意识，培养学生开发绿色化学过程的能力。内容主要包括：可持

续发展绪论、碳排放、污染物毒理学及检测、绿色化学原则、原子经济性、绿

色化学反应、绿色化学指标、催化、绿色化学试剂、绿色溶剂、绿色原材料、

废物回收利用、可再生能源与材料、生物催化与微生物工程、生命周期评估

（LCA）、绿色化学政策等。学生将进行分组课程课题研究，针对现有化学品

生产技术展开调研与分析，提出创新的、可行的绿色替代方案。

三、教学内容、教学方式和学时安排

教学内容 教学进度和学时安排 教学方式

1 绪论：可持续发展、碳排放 第 1 周 2 学时 课堂教学

2 污染物毒理学及检测绪论 第 2 周 2 学时

3 绿色化学原则 第 3 周 2 学时

4 原子经济性及绿色化学指标 第 4 周 2 学时

5 绿色化学反应 第 5 周 2 学时

6 催化 第 6 周 2 学时

7 绿色化学试剂 第 7 周 2 学时

8 绿色溶剂 第 8 周 2 学时

在线期中考试 不占学时

9 绿色原材料 第 9 周 2 学时

10 废物回收与利用 第 10 周 2 学时

11 可再生能源与材料 第 11 周 2 学时

12 生物催化与微生物工程 第 12 周 2 学时

13 生命周期评估（LCA） 第 13 周 1 学时

14 绿色化学相关政策 第 13 周 1 学时

55

15 绿色化学案例分析 第 14 周 2 学时

16 课程课题展示 第 15-16 周 4 学时

《高级合成实验》

一、课程基本信息

开课单位: 物质科学与技术学院 课程代码: CHEM1520

课程名称: 高级合成实验 英文名称: Advanced Synthesis Lab

学 分: 3 学 时: 144

授课对象: 授课语言: 中英文

先修课程:

二、课程简介和教学目的

合成实验是物质科学研究中的重要工作，不仅涉及化学反应原理，还涉及大量

实验经验和操作技术。本课将从科研需求出发，在合成实验思维和操作技术上

对学生进行严格训练，包括文献检索、常用设备的使用、无水无氧操作、低温

反应操作、活泼试剂的取用、分离提纯方法、现代分析手段等方面的知识和技

术，将这些贴近科研实际的知识和技术通过多步合成实验传授给学生。

通过本课程的学习，学生将掌握合成实验的基本常识和流程，养成良好的

实验安全和卫生习惯，为以后的学习、科研和工作打好基础。

三、教学内容、教学方式和学时安排

教师 助教 时间 地点

叶柏华 未定

每周四，五

(13:00 – 17:00）

一共 12周

未定

56

课堂教学内容 教学进度和学时安排 教学方式

第一课绪论

课题介绍、文献检索、安全培训及测

试评议,选择课题（二选一）

第 1周，4 学时

课堂教学、课后

文献查阅

第二课 常用分析仪器的原理及操

作、常用仪器设备的使用

2.1 核磁、手性柱色谱、GPC 分析原

理、图谱解析软件的使用

2.2 常用仪器使用操作（双排管、真

空泵、钢瓶）、TLC、柱层析、中压

柱色谱仪原理及使用；溶剂与试剂

的取用、纯化与储存

第 1周，4 学时

课堂教学

预习、讲解、操

作、评议

第三课 实验方案

3.1 文献调研报告评议

3.2 实验方案讲解﹑实验记录要求﹑

清点玻璃仪器

第 2周，4 学时

第 2周，4 学时

每人 3-5min 合成

路线分析

预习、讲解、操作、

评议

第四课

课题一：

轴手性磷配体的多步合成与不对称

催化应用

包含无水无氧操作、丁基锂的取用与

处理；拓展小型配体库，并且尝试不

对称催化反应。

课题二：

天然产物(-)-Esermethole 的不对

称合成

包括多步合成路线，应用钯催化反应

构建分子骨架；涉及多种不同亲电试

第 3-12 周，每周 4 学时

+4 学时

预习、讲解、操作、

评议

57

剂烷基化、LDA 的制备、四氢铝锂

还原等有机反应。

第五课

图谱解析﹑实验总结﹑提交实验报

告

第 12 周，4学时

预习、讲解、操作、

评议

《表面物理》

一、课程基本信息

开课单位: 物质科学与技术学院 课程代码: PHYS2201

课程名称: 表面物理 英文名称: Surface Physics

学 分: 2 学 时: 32

授课对象: 授课语言: 中英文

先修课程:

二、课程简介和教学目的

表面物理是为从事表面科学及其相关研究领域如材料物理，材料化学，纳米科

学等专业方向进行基础或应用科学研究的学生提供的一门必备课程。通过该课

程的学习，希望学生能够描述物理表面结构，理解表面再构，表面电子能态等

基础物理概念，了解超高真空技术，及其分子束外延技术，和用于表面分析的

常用实验手段如 x-ray photoelectron spectroscopy (XPS), low energy el

ecrodiffraction(LEED), scanning tunneling microscopy (STM)等。

三、教学内容、教学方式和学时安排

课堂教学内容 教学进度和学时安排 教学方式

第一章 绪论

1. 表面物理的定义及其重要性

2. 超高真空技术

第 1 周

2 学时

课堂教学

58

第二章 如何获得清洁表面

第 2 周

2 学时

课堂教学

第三章 表面界面和薄膜的形貌结

构

第 3,4 周

4 学时

课堂教学

第四章 表面散射

第 5.6 周

4 学时

课堂教学

第五章 表面电子态

第 7.8.9 周

6 学时

课堂教学

第六章 半导体表面

第 10.11.12 周

6 学时

课堂教学

第七章 超导和铁磁材料的界面

第 13.14.15 周

6 学时

课堂教学

复习

第 16 周

2 学时

课堂教学

《光学》

一、课程基本信息

开课单位: 物质科学与技术学院 课程代码: PHYS1381

课程名称: 光学 英文名称: Optics

学 分: 2 学 时: 32

59

授课对象: 授课语言: 中文

先修课程:

二、课程简介和教学目的

课程简介：

光学是自然学科的重要基础课程。光是信息的最重要的载体之一，因此作为物

理学中最古老的一门基础学科，光学长久以来都是人类认识世界和研究自然规

律的基本工具。其发展与自然科学的进步具有相辅相成的关系，因此具有强大

的生命力和不可估量的发展前途，譬如，在当前信息技术爆发的时代背景下，

这个古老的学科又一次站到科学研究的前沿。光学既是物质科学方向的学生进

一步学习激光原理及应用、光电子技术、信息光学、导波光学、非线性光学、

量子力学、电动力学、原子物理等课程的基础，同时又是学生探讨微观和宏观

世界的联系的一个重要工具。通过本课程的教学，学生将系统地掌握基本原理

和基本知识、发张分析问题和解决问题的能力、建立辩证唯物主义的科学观、

提升科学素质。

教学目的：

(1)了解光学学科的历史，培养辩证的科学发展观，提升科研的基本素质。

(2)了解光学所研究的内容以及当代的前沿的科学研究方向，培养开拓精神。

(3)掌握光学的基本原理、基本物理概念和规律，掌握处理光学现象及问题的

手段和方法。

(4)培养学生的浓厚科学兴趣，引导学生逐步掌握物理学的研究方法, 发挥其

主观能动性，从而提高教学效果。

三、教学内容、教学方式和学时安排

课堂教学内容 教学进度和学时安排 教学方式

第一章光和光的传播

§1.1 光和光学

§1.2 光的几何传播规律

§1.3 惠更斯原理

§1.4 费马原理

§1.5 光度学基本概念

第 1 周

2 学时

课堂教学、课后

复习、作业

第二章 几何光学成像 第 2 周-第 3 周 课堂教学、课后

复习、作业

60

§2.1 成像

§2.2 共轴球面组傍轴成像

§2.3 薄透镜

§2.4 理想光具组理论

§2.5 光学仪器

§2.6 光阑

§2.7 像差

6 学时

第三章 干涉

§3.1 波的叠加与干涉

§3.2 杨氏实验、光场的空间相干

性

§3.3 薄膜干涉（一）

§3.4 薄膜干涉（二）

§3.5 迈克尔逊干涉仪、光场的时

间相干性

§3.6 多光束干涉 法布里-珀罗干

涉仪

第 4 周-第 5 周

6 学时

课堂教学、课后

复习、作业

第四章 衍射

§4.1 光的衍射现象和惠更斯-菲涅

耳原理

§4.2 菲涅耳圆孔衍射与圆屏衍射

§4.3 夫琅禾费单缝衍射和矩孔衍

射

§4.4 光学仪器的像分辨本领

§4.5 多缝夫琅禾费衍射和光栅

第 6 周-第 8 周

6 学时

课堂教学、课后

复习、作业

61

§4.6 光栅光谱仪

§4.7 三维光栅-X 射线在晶体上的

衍射

期中考试

第 9 周

2 学时

闭卷，可以带一

页 A4 纸笔记

第五章 变换光学与全息照片

§5.1 衍射系统产生的波前变换

§5.2 阿贝成像原理与相衬显微镜

§5.3 傅里叶光学与光信息处理

§5.4 全息照相

第 10 周-第 11 周

7-8 学时

课堂教学、课后

复习、作业

第六章 偏振

§6.1 光的横波性与五种偏振态

§6.2 光在电介质表面的反射与折

射

§6.3 双折射

§6.4 晶体光学器件

§6.5 偏振光的干涉与其应用

§6.6 旋光

第 12 周-第 14 周

5 学时

课堂教学、课后

复习、作业

第七章 光与物质的相互作用 光

的量子性

§7.1 光的吸收

§7.2 光的色散

§7.3 光辐射的理论

§7.4 光的散射

第 15 周-第 16 周

5 学时

课堂教学、课后

复习、作业

62

§7.5 激光

§7.6 光的波粒二象性

期末考试

第 17 周

2 学时

闭卷，可以带一

页 A4 纸笔记

《催化原理基础》

一、课程基本信息

开课单位: 物质科学与技术学院 课程代码: CHEM1585

课程名称: 催化原理基础 英文名称: The Principles of Catalysis

学 分: 2 学 时: 32

授课对象: 授课语言: 中英文

先修课程:

二、课程简介和教学目的

化学工业占人类社会 GDP的 15%~20%，而化学工业 80%产值都是由催化剂和催

化过程产生。催化作用相关的原理及理论广泛应用于化学、材料及生物等领

域，是科学研究及工业生产相关从业人员的一项重要知识储备。在掌握普通化

学、物理化学等前期课程的基础上，本课程从阐明催化作用的本质入手，系统

讲授与催化剂及催化反应相关的基本概念及原理，主要内容包括：1）催化科

学背景介绍，气体吸附-脱附过程解析，催化剂宏观结构参量表征，气-固多相

催化反应动力学基础；2）工业常见催化剂及其催化作用概述，包括酸碱催化

剂，金属催化剂、过渡金属氧化物催化剂，络合催化剂；3）新型催化反应介

绍，如酶催化，电催化，光催化，环境催化等，在教学过程中会结合文献介绍

相关领域的最新研究内容和进展。

教学目的主要有：（1）使学生能系统地了解各种催化反应过程的本质，掌握

催化表述中涉及的基本知识和基本原理，为以后的研究打好基础；（2）培养

学生催化科学的思维方法，学会如何提出问题，分析问题，并最终解决问题。

三、教学内容、教学方式和学时安排

课堂教学内容 教学进度和学时安排 教学方式

63

绪论：课程简介、催化科学特

点、重要性及基本概念

第 1 周

2 学时

课堂教学

吸附作用（物理与化学吸附、

位能曲线、吸附热等）

第 2 周

2 学时

课堂教学

催化剂宏观参量表征（表面

积、孔结构、机械强度等）

第 3 周

2 学时

课堂教学

气/固多相催化反应动力学基础

（模型建立，动力学分析，扩

散影响等）

第 4、5 周

4 学时

课堂教学

酸碱催化剂及其催化作用

第 6、7 周

4 学时

课堂教学

期中考试

第 8 周

2 学时

闭卷

金属催化剂及其相关催化过程

第 9、10 周

4 学时

课堂教学

过渡金属氧化物催化剂及其催

化作用

第 11、12 周

4 学时

课堂教学

64

络合催化剂及其催化作用

第 13 周

2 学时

课堂教学

酶催化作用简介

第 14 周

2 学时

课堂教学

光（电）催化作用简介

第 15 周

2 学时

课堂教学

环境催化介绍

第 16 周

2 学时

课堂教学

65

《材料热力学》

一、课程基本信息

开课单位: 物质科学与技术学院 课程代码: MSE1311

课程名称: 材料热力学 英文名称: Materials Thermodynamics

学 分: 3 学 时: 48

授课对象: 授课语言: 中英文

先修课程:

二、课程简介和教学目的

本课程面向材料科学与工程专业的本科生，介绍热力学基本概念以及它们在材

料科学中的应用。课程的具体内容将包括热力学三大定律，状态函数，熵的统

计解释，功的各种形式（机械功、电磁功和化学功），单元系的相平衡，溶

液，二元系的相平衡，相图热力学，化学反应热力学，电化学热力学和相变热

力学。所讨论的材料和系统主要包括金属、合金、半导体、陶瓷氧化物、聚合

物和水溶液等。

通过严谨的理论推导和材料科学中的具体实例，本课程将使学生对热力学的基

本规律有深刻的理解，掌握热力学方法，分析从宏观到纳米尺度的材料中的物

理、化学或电化学行为。

三、教学内容、教学方式和学时安排

课堂教学内容 教学进度和学时

安排 教学方式

第一章 热力学第一定律

第 1 周

3 学时

课前预习、课堂教学、课后复

习（作业）、文献阅读、讨论

第二章 热力学第二定律

第 2 周

3 学时

课前预习、课堂教学、课后复

习（作业）、文献阅读、讨论

第三章 熵的统计解释

第 3 周

3 学时

课前预习、课堂教学、课后复

习（作业）、文献阅读、讨论

66

第四章 热力学第三定律；麦

克斯韦关系式

第 4 周

3 学时

课前预习、课堂教学、课后复

习（作业）、文献阅读、讨论

第五章 功的各种形式（机械

功、电磁功和化学功）

第 5 周

3 学时

课前预习、课堂教学、课后复

习（作业）、文献阅读、讨论

第六章 一元系中的相平衡

第 6-7 周

6 学时

课前预习、课堂教学、课后复

习（作业）、文献阅读、讨论

期中考试

第 8 周

3 学时

闭卷（允许带一张单面的 A4

纸笔记）

第七章 溶液热力学

第 9-10 周

6 学时

课前预习、课堂教学、课后复

习（作业）、文献阅读、讨论

第八章 相图热力学

第 11 周

3 学时

课前预习、课堂教学、课后复

习（作业）、文献阅读、讨论

第九章 化学反应热力学

第 12 周

3 学时

课前预习、课堂教学、课后复

习（作业）、文献阅读、讨论

第十章 电化学热力学

第 13-14 周

6 学时

课前预习、课堂教学、课后复

习（作业）、文献阅读、讨论

第十一章 相变热力学

第 15-16 周

6 学时

课前预习、课堂教学、课后复

习（作业）、文献阅读、讨论

期末考试

第 17 或 18 周

闭卷（允许带 1 张单面的 A4

纸笔记）

《生物医学微纳器件》

一、课程基本信息

67

开课单

位:

物质科学与技术

学院

课程代

码: MSE2119

课程名

称:

生物医学微纳器

件

英文名

称:

Fundamentals of Biomedical Micro-&Nano-

Devices

学 分: 2 学 时: 32

授课对

象:

授课语

言: 中英文

先修课

程:

二、课程简介和教学目的

生物医学仪器微型化、生物微纳机电系统、生物纳米芯片等前沿科技背景及介

绍；微纳加工理论基础（包括材料和技术等）；微流体和纳流体的基础知识

（涉及材料、物理及化学）；微纳生物/化学/医学传感器与执行器；微全分析

系统与芯片上的实验室简介等。

教学目的：这门课程旨在帮助学生了解最前沿的生物医学微纳器件领域并学习

相关基础知识点，为将来在相关领域的工作和科研打下基础。

三、教学内容、教学方式和学时安排

课堂教学内容 教学进度和学时安排 教学方式

第一章 背景及介绍 I

第 1 周

2 学时

课堂教学,文献

阅读,讨论

第二章 背景及介绍 II

第 2 周

2 学时

课堂教学,文献阅

读,讨论

第三章 微纳加工基础 I

第 3 周

2 学时

课堂教学,文献阅

读,讨论

第四章 微纳加工基础 II

第 4 周

2 学时

课堂教学,文献阅

读,讨论

第五章 微纳流体物理

第 5 周

2 学时

课堂教学,文献阅

读,讨论，课后作业 I

68

第六章 微纳流体电润湿及其应用

第 6 周

2 学时

课堂教学,文献阅

读,讨论

第七章 微纳流体电动学

第 7 周

2 学时

课堂教学,文献阅

读,讨论

期中考试

第 8 周

2 学时

闭卷

第八章 介电泳

第 9 周

2 学时

课堂教学,文献阅

读,讨论

第九章 微纳流体阀与泵

第 10 周

2 学时

课堂教学,文献阅

读,讨论

第十章 生物传感器-机械

第 11 周

2 学时

课堂教学,文献阅

读,讨论，课后作业 II

第十一章 生物传感器-电学 I

第 12 周

2 学时

课堂教学,文献阅

读,讨论

第十二章 生物传感器-电学 II

第 13 周

2 学时

课堂教学,文献阅

读,讨论

第十三章 生物传感器-声学

第 14 周

2 学时

课堂教学,文献阅

读,讨论

第十四章 生物传感器-表面等离子

第 15 周

2 学时

课堂教学,文献阅

读,讨论

第十五章 生物传感器-光学

第 16 周

2 学时

课堂教学,文献阅

读,讨论，课后作业 III

第十六章 生物传感器-磁学

第 17 周

2 学时

课堂教学,文献阅

读,讨论

69

期末考试

第 18/19 周

2 学时

闭卷

《分子动力学模拟》

一、课程基本信息

开课单位: 物质科学与技术学院 课程代码: PHYS2120

课程名称: 分子动力学模拟 英文名称: Molecular Dynamics

学 分: 2 学 时: 32

授课对象: 授课语言: 中英文

先修课程:

二、课程简介和教学目的

分子动力学是依靠计算机来研究原子、分子体系的客观运动的一种模拟方法。

它在物理、材料、化学、生物等学科领域有着广泛的应用。本课程重点教授分

子动力学的基本理论、算法、应用软件和相应的分析手段。重在实践，通过大

量的上机训练和课程大作业相结合，使得不同背景的学生都对分子建模、材料

建模和相应的模拟分析方法有初步的理解，具备分析、选择算法或软件等理论

工具来解决具体问题的能力。欢迎大二、大三、大四的学生选课，先修课程建

议信息科学技术导论，普通物理。

三、教学内容、教学方式和学时安排

课堂教学内容 教学进度和学时安排 教学方式

第一章 绪论

1.1 历史背景

1.2 近年来应用

第 1周

2 学时

课程讨论

第二章 分子模拟基本原理

2.1 初始化和力场

第 2周

2 学时

作业 1

70

2.2 优化算法

上机实践 1：linux 基本操作 第 3周

2 学时

动手编程、习题练

习和讨论

第二章 分子模拟基本原理

2.2 统计物理回顾

第 4周

2 学时

作业 2

第三章 分子动力学模拟实践

3.1 LAMMPS 的使用

第 5周

2 学时

习题练习和课程讨

论

第三章 分子动力学模拟实践

3.2 结构分析

第 6周

2 学时

作业 3

第三章 分子动力学模拟实践

3.3 动力学分析

第 7周

2 学时

作业 4

上机实践 2：结构分析 第 8周

2 学时

动手编程、习题分

析和讨论

上机实践 3：动力学分析 第 9周

2 学时

动手编程、习题分

析和讨论

第四章 分子模拟结果的分析

4.1 相变和动力学

第 10周

2 学时

作业 5

第四章 分子模拟结果的分析

4.2 复杂分子和力场

第 11周

2 学时

作业 6

第五章 第一性原理分子动力学 第 12周

2 学时

作业 7

上机实践 4：复杂力场 第 13周

2 学时

动手编程、习题分

析和讨论

上机实践 5：第一性原理分子动力学

模拟

第 14周

2 学时

动手编程、习题分

析和讨论

期末演示和总结答疑 1 第 15周

2 学时

演示、讨论

期末演示和总结答疑 2 第 16周

2 学时

演示、讨论

71

《电子显微分析》

一、课程基本信息

开课单位: 物质科学与技术学院 课程代码: MSE1713

课程名称: 电子显微分析 英文名称: Electron Microscopy and Analysis

学 分: 2 学 时: 32

授课对象: 授课语言: 中英文

先修课程:

二、课程简介和教学目的

本课程是物质科学相关专业基础的选修课程，是对一种常用的材料结构分析方

法——电子显微方法的介绍。课程开设对象为本科生，原则上该课程不具有专

业限制性，因为无论是材料、物理、化学等物质科学领域还是生命科学领域，

电子显微都是观察微观世界的一种重要手段，所以只要是对电子显微分析方法

感兴趣的同学均适合选修该课程。对于先修课程无特殊要求，只需要具有大学

普通物理的基础即可。有材料表征分析方法、固体物理基础更佳，但不是必备

要求。鉴于以上原因，本课程较适合大三、大四年级的本科生选修。

本课程的主要任务是通过课堂教学和课堂讨论等手段，介绍电子显微分析方法

的原理及其应用。作为入门级课程，课程遵循由浅入深的模式，介绍电子显微

分析的原理，侧重在成像和谱学分析两方面。在此基础上，介绍原子尺度成像

和谱学方法的前沿应用。其次介绍原位动态电子显微表征技术及其应用，最后

是关于电子显微前沿发展方向的展望。课程中，原理与技术方法的介绍会与材

料、物理、化学、生物等学科实例问题相结合，旨在使学生对电子显微分析方

法的基本原理、发展与应用有较全面的了解，为将来从事材料的微观结构分析

和判断打下理论基础；本课程的学习也可培养学生综合分析、解决问题的能力

和实践技能，为学生在走上工作岗位以后，无论是从事科学研究工作、工程技

术工作或者是开拓新技术领域打下坚实的技能基础。

三、教学内容、教学方式和学时安排

课堂教学内容 教学进度和学时安排 教学方式

第一章 绪论 第 1 周 课堂教学、课后

复习

72

1.1 引言，课程背景介绍

第二章 高分辨电子显微

2.1 电子显微镜简介

2.2 高分辨成像原理

2.2.1 成像理论

2 学时

2.2.2 高分辨方法应用

2.2.3 提高分辨率的方法

第 2 周

2 学时

课堂教学、课后

作业

2.3 像差校正高分辨成像

2.3.1 像差校正原理

第 3 周

2 学时

课堂教学、课后

作业、课后文献

阅读

2.3.2 像差校正应用

第 4 周

2 学时

课堂讨论、习题

分析、课后作业

2.3.3 像差校正前沿与未来发展

第 5 周

2 学时

课堂教学、课后

复习

第三章 高分辨图像模拟

3.1 图像模拟原理

第 6 周

2 学时

课堂教学、课后

复习

3.2 图像模拟举例

（配合课堂演示与讨论）

第 7 周

2 学时

课堂教学、课后

作业、文献阅读

第四章 分析电子显微学

4.1 电子显微中的能谱分析方法

4.2 X 射线能谱

第 8 周

2 学时

课堂讨论、习题

分析、课后作业

4.3 电子能量损失谱

4.3.1 电子能量损失谱原理

第 9 周

2 学时

课堂教学、课后

复习

4.3.2 电子能量损失谱应用

4.4 成像与谱学分析的结合

第 10 周

2 学时

课堂教学、课后

复习

73

第五章 原位电子显微

5.1 环境电子显微

5.1.1 原位气体环境电子显微

第 11 周

2 学时

课堂教学、课后

作业、文献阅读

5.1.2 原位液体环境电子显微

5.2 原位电学、力学性能测试

第 12 周

2 学时

课堂讨论、习题

分析、课后作业

第六章 其他前沿电子显微技术

6.1 超快电子显微

6.1.1 超快电子显微原理

第 13 周

2 学时

课堂教学、课后

复习

6.1.2 超快电子显微应用

第 14 周

2 学时

课堂教学、课后

复习

6.2 冷冻电子显微技术在生物材料

和生命医学中的应用

第 15 周

2 学时

课堂教学、课后

作业、文献阅读

课程总结

(1). 典型案例分析

(2). 电子显微未来趋势讨论

(3). 习题课

第 16 周

2 学时

课堂讨论、习题

分析、课后复习

期末考试

第 17 周

2 学时

开卷

《实验电化学》

一、课程基本信息

开课单位: 物质科学与技术学院 课程代码: CHEM2115

课程名称: 实验电化学 英文名称: Experimental Electrochemistry

74

学 分: 2 学 时: 32

授课对象: 授课语言: 中英文

先修课程:

二、课程简介和教学目的

本课程主要讲授电化学实验技术的原理和方法，着眼于开展电化学实验过程中

的工程技术问题，培养学生正确、规范地使用电化学仪器、开展电化学相关研

究的能力，使其能够灵活地分析、排除实验过程中遇到的仪器方法问题。

三、教学内容、教学方式和学时安排

课堂教学内容 教学进度和学时安排 教学方式

第一章 绪论

1. 电解池设计与电极制作

2. 电化学实验基本注意事项

第 1 周

2 学时

课堂教学

第二章 电化学基本仪器

1. 电路和恒电位仪基本知识

2. 各种恒电位仪的优缺点

3. 恒电位仪的故障排除

第 2、3 周

4 学时

课堂教学

第三章 循环伏安技术和电势（电

流）阶跃技术

1. 循环伏安技术原理

2. 电势（电流）阶跃技术原

理

3. 吸脱附过程

4. 电沉积过程

5. 动力学参数的获得

6. 应用实例：单晶电化学、

超微电极电化学、旋转环

盘电极电化学

第 4、5、6、7、8 周

10 学时

课堂教学、课后

作业（碳电极上

的氧还原反应的

循环伏安实验；

碳电极上 Cu 电

沉积的阶跃电

势、电流实验）

第四章 交流阻抗和微分电容技术 第 9、10、11 周 课堂教学、课后

作业（修饰金电

75

1. 交流阻抗技术原理

2. 微分电容技术原理

3. 等效电路模拟

4. 应用实例：电极表面状态

的电化学表征

6 学时 极表面的阻抗实

验）

第五章 腐蚀研究中的电化学技术

1. 腐蚀电化学相关参数的获

得

2. 保证测试数据的真实性

第 12 周

2 学时

课堂教学

第六章 研究、表征和评价化学电

源的传统电化学技术

1. 化学电源的种类

2. 化学电源的测试技术

第 13 周

2 学时

课堂教学

第七章 谱学电化学

1. 原位扫描探针技术

2. 原位光谱学技术

3. 原位质谱、色谱技术

4. 原位波谱技术

5. 应用实例：电化学的原位

表征

第 14、15、16 周

6 学时

课堂教学

期末考试

第 17 周

2 学时

闭卷

《科研基础方法》

一、课程基本信息

开课单

位:

物质科学与技术学

院

课程代

码: SP2001

76

课程名

称: 科研基础方法

英文名

称:

Fundamental Methods for Scientific

Research

学 分: 2 学 时: 32

授课对

象:

授课语

言: 中英文

先修课

程:

二、课程简介和教学目的

本课程内容主要着眼于硕士研究生一年级和本科四年级学生开始科学研究所需

的基本科技英语能力，包括英文科技文献的阅读和整理、数据处理和图像设

计、科技论文、学术报告、学术展板的撰写与准备、国际学术会议的参与，以

及其他科技英语基础等方面。学生通过本课程的学习，能初步了解从事科学研

究所需具备的基本科研能力和国际视野。课程在传授知识与训练技能的基础

上，以国际化的标准要求学生，这是对传统的学长或者导师的科研入门培养方

式的补充与深化。

三、教学内容、教学方式和学时安排

课堂教学内容 教学进度和学时安排 教学方式

第一章 绪论

总体介绍本课程的目的和基本内

容，讲解研究生科学研究入门所需的

科技英语基本能力。

第 1 周

2 学时

课堂教学

第二章 科技英语文献的阅读和整理

了解科技文献数据库、文献查找方

式、制作研究领域数据库、以及整理

和制作个人数据库。了解各学术期刊

的特点、科技文献分类，学习如何精

读和泛读科技文献，掌握科技文献中

提供的各种信息。掌握文献查询和整

理软件 Endnote。

第 2，3 周

4 学时

课堂教学、课堂练

习和讨论

第三章 数据处理和可视化

了解实验数据处理的要求和方法。

掌握数据处理软件，包括 Origin、

第 4-7 周

8 学时

课堂教学、课堂练

习和讨论

77

Matlab 等。了解如何根据实验数据，

设计和制作二维、三维图表。掌握图

片效果处理软件，如 3D Max、

Diamond 3.0、Blender 等软件。

第四章 科技论文的撰写软件

了解科技论文的撰写过程中需要

学会的编辑软件，如 CTeX。

第 8 周

2 学时

课堂教学、课堂练

习和讨论

第五章 科技论文的撰写和发表

了解科技论文的撰写原则和方法，

尤其是英文科技论文。了解科技论文

的基本写作模式、科技论文的构造、

科技论文各部分的写作方式、论文中

的图片等。了解投稿过程中需注意的

事项，包括学术期刊的 Guide for

Authors、Cover Letter 的写作、审稿

意见的回复，以及如何申述和复议申

请等。

第 9-12 周

10 学时

课堂教学、课堂练

习和讨论

第六章 测试程序

了解从测试仪器（硬件）的自动控

制和测试软件的编辑，主要包括学习

LabView 的使用，根据各自实验室的

情况，编辑简单的程序，实现硬件通

讯、自动控制、数据采集、以及数据

处理等功能。

第 13 周

2 学时

课堂教学、课堂练

习和讨论

第七章 学术报告和学术会议

了解学术会议的模式和重要性，学

习如何制作学术报告 PPT 和学术会

议展板，如何做口头和展板式学术报

告。

第 14 周

2 学时

课堂教学、课堂练

习和讨论

第八章 科技英语基础

了解科学研究过程中所需英语基

础，包括英文报告、英文书信、英文

职位申请书、英文简历等。

第 15 周

2 学时

课堂教学、课堂练

习和讨论

随堂测验和习题课（一） 第 2-15 周

每堂课均有课堂测试

课堂练习和讨论

口头报告 第 16 周 分组选出代表作口

头报告

78

2 学时

期末考试 无 本研究方向英文综

述论文，2000 字以

上，开卷

《电化学》

一、课程基本信息

开课单位: 物质科学与技术学院 课程代码: CHEM1530

课程名称: 电化学 英文名称: Electrochemistry

学 分: 3 学 时: 48

授课对象: 授课语言: 中英文

先修课程:

二、课程简介和教学目的

电化学是通过仪器控制并追踪电子在导电界面间传递的科学，可实时高灵敏度

记录电极表面化学反应，反映电能和化学能之间的相互转化过程。作为一种研

究方法和表征手段，电化学已广泛应用于化工，材料，生物等领域。本课程从

基础入手，介绍电化学的基本概念，电极/溶液界面构架，电势产生原理，反

应热力学及电极表面动力学过程，在熟练掌握电化学理论知识后，进一步介绍

循环伏安法、计时电流法、阻抗谱等电化学测试手段，以及电化学扫描探针显

微技术、谱学电化学等研究方法。在课程的最后会结合文献介绍电化学领域的

一些研究内容及工业应用，如电催化反应，光电化学反应，工业电化学过程

等。

教学目的主要有：（1）使学生能系统地掌握电化学的基本知识和基本原

理，加深对电化学本质的认识，从而指导实际；（2）使学生学会电化学的科

学思维方法，培养学生提出问题、研究问题、分析问题的能力，特别注重培养

学生获取知识并用来解决实际问题的能力。

三、教学内容、教学方式和学时安排

课堂教学内容 教学进度和学时安排 教学方式

79

绪论：课程简介、电化学基本概

念、电解质溶液描述方法

第 1 周

3 学时

课堂教学

电极电势和相边界的双电层结构

第 2、3、4 周

9 学时

课堂教学

电势与电流

第 5、6、7 周

9 学时

课堂教学

金属电沉积过程

第 8 周

3 学时

课堂教学

期中考试

第 9 周

3 学时

闭卷

电化学测量方法介绍

第 10、11、12 周

9 学时

课堂教学

电化学研究方法

第 13 周

3 学时

课堂教学

电催化与反应机理

第 14 周

3 学时

课堂教学

化学电源

第 15 周

3 学时

课堂教学

工业电化学过程

第 16 周

3 学时

课堂教学

期末考试

第 17 周

3 学时

闭卷

《普通化学 I》

80

一、课程基本信息

开课单位: 物质科学与技术学院 课程代码: CHEM1103

课程名称: 普通化学 I 英文名称: General Chemistry I

学 分: 3 学 时: 48

授课对象: 授课语言: 中英文

先修课程:

二、课程简介和教学目的

普通化学 I是面向所有大一新生开设的跨学科板块必修课，授课内容涵盖了与

原子、分子体系有关的化学原理，使学生掌握现代化学中轨道和化学键的概念

框架和思维方法，为学习化学、材料和生物类专业课程打好基础，同时也启发

物理和信息方向的学生思考化学所依赖的数学和物理工具。本课程将首先从宏

观的角度回顾化学式、原子、分子等经典化学概念，然后引入量子力学的基本

原理，由浅入深地介绍电子波函数、单电子原子、多电子原子、元素周期性、

双原子分子、多原子分子、有机物、配位化合物和简单晶体。作为原子、分子

体系中的重要分支领域，光谱学和核化学也将被简要涉及。与本课程配套安排

的还有习题讨论课（每周 1学时不计学分）和普通化学 I实验课（每周 3学时

1学分）。

本课程对数学和物理基础的要求如下：

? 解析几何：掌握直角坐标系、极坐标系、坐标轴投影

? 复数：掌握几何意义、模与辐角、欧拉公式

? 微积分：了解微分的意义是求斜率，积分的意义是求面积，面积微

元、体积微元的概念，不要求运用积分公式做计算

? 概率统计：频率、概率与概率密度、独立事件、条件概率

? 力学：掌握圆周运动、简谐振动、功与势能、动量与动能

? 电磁学：掌握点电荷之间的库仑力和库仑势能的公式

建议在学习本课程之前或同时修读高等数学 I、普通物理 I 和/或线性代数。

三、教学内容、教学方式和学时安排

周次 学时 教学内容 教学方式

1 Sep 11: 1 Overview

2

Sep 18: 1

Sep 20: 2

Formula

Nomenclature

Quiz 1

PS 1

81

3

Sep 25: 1

Sep 27: 2

Classical atoms

Classical bonding

Quiz 2

4

5

Oct 9: 1

Oct 11: 2

Bohr model

Quiz 3

PS 2

6

Oct 16: 1

Oct 18: 2

Quantum mechanics

Atomic orbitals

Review 1

Quiz 4

7

Oct 23: 1

Oct 25: 2

Mid-term 1

Multi-electron atoms

Quiz 5

PS 2

8

Oct 30: 1

Nov 1: 2

Periodic trends Quiz 6

9

Nov 6: 1

Nov 8: 2

Molecular orbitals

Quiz 7

PS 4

10

Nov 13: 1

Nov 15: 2

Diatomic molecules

Resonance

Quiz 8

11

Nov 20: 1

Nov 22: 2

Hybridization

VSEPR theory

Quiz 9

PS 5

12

Nov 27: 1

Nov 29: 2

Organics

Review 2

Quiz 10

13

Dec 4: 1

Dec 6: 2

Mid-term 2

Ionic compounds

Crystal structure

Quiz 11

PS 6

14

Dec 11: 1

Dec 13: 2

18-electron rule

Crystal field theory Quiz 12

15

Dec 18: 1

Dec 20: 2

Transition metals

Rare earths

Quiz 13

PS 7

16

Dec 25: 1

Dec 27: 2

Spectroscopy

Photochemistry Quiz 14

82

Nuclear chemistry

《普通物理 I》

一、课程基本信息

开课单位: 物质科学与技术学院 课程代码: PHYS1181

课程名称: 普通物理 I 英文名称: General Physics I

学 分: 3 学 时: 48

授课对象: 授课语言: 中英文

先修课程:

二、课程简介和教学目的

本课程主要为非物理专业的一年级本科生开设，将介绍物理学的概况。着重介

绍经典力学以及热力学的基本框架，以及相关知识在生活中的应用。通过本课

程，培养学生对物理学的兴趣，理解物理学的语言和研究方法，养成数理逻辑

的思维习惯，为以后学习其他自然科学和工程课程打下基础，并让学生适应从

高中到大学的学习方法的转变。

三、教学内容、教学方式和学时安排

课堂教学内容 教学进度和学时安排 教学方式

课程概览 第 1周 1学时

课堂教学、课后

复习（作业）、

文献阅读、讨论

单位，物理量，矢量 第 1周 2学时

物体沿直线运动 第 2周 2学时

二维及三维运动 第 2周 1学时

第 3周 1学时

牛顿运动定律 第 3周 2学时 习题课一次

牛顿定律应用 第 4周 2学时

83

功与动能 第 4周 1学时

第 5周 1学时

习题课一次

势能与能量守恒 第 5周 2学时 习题课一次

动量，冲量与碰撞 第 6周 3学时 习题课一次

刚体转动 第 7周 2学时 习题课一次

转动动力学 第 7周 1学时

第 8周 1学时

期中考试 1 第 8周 1学时 闭卷

平衡与弹性 第 8周 1学时

第 9周 1学时

习题课一次

流体力学 第 9周 2学时 习题课一次

重力和万有引力 第 10周 2学时 习题课一次

周期运动 第 10周 1学时

第 11周 1学时

机械波 第 11周 2学时 习题课一次

声音与听觉 第 12周 2学时 习题课一次

期中考试 2 第 12周 1学时 闭卷

温度与热 第 13周 2学时 习题课一次

物质的热学性质 第 13周 1学时

第 14周 1学时

热力学第一定律 第 14周 2学时 习题课一次

热力学第二定律 第 15周 2学时 习题课一次

相对论简介 第 15周 1学时

第 16周 2学时

习题课一次

课程回顾 第 16周 1学时

期末考试 第 17周 3学时 闭卷

《材料物理生物》

一、课程基本信息

开课单位: 物质科学与技术学院 课程代码: MSE1510

84

课程名称: 材料物理生物 英文名称: Material physical biology

学 分: 3 学 时: 48

授课对象: 授课语言: 中英文

先修课程:

二、课程简介和教学目的

材料物理生物是物理、生物、材料和力学相结合形成的交叉学科，它是研究生

命物质，例如细胞如何完成生命功能，如何形成并保持为了完成生命功能所必

须的结构，及其背后的微观机制。针对物质学院和生命学院本科生的基础知识

和要求，本课程构建了适合两个学院学生的课程体系和教学内容，使学生通过

该课的学习，掌握材料物理生物的基本概念和理论，熟悉材料物理生物的主要

研究内容，了解材料物理生物的基本方法和技术。

三、教学内容、教学方式和学时安排

课堂教学内容 教学进度和学时安排 教学方式

第一章 绪论

1.1 理想化建模

1.2 基本物理工具箱

第 1周

2 学时

课堂教学、文献

阅读、讨论

第二章 细胞组成

2.1 一个例子：大肠杆菌

2.2 生物大分子的组装

第 2周到第 3周

6 学时

课堂教学、课后复

习（作业）、文献阅

读、讨论

第三章 蛋白质

3.1 蛋白质的结构和功能

第 4周

4 学时

课堂教学、课后复

习（作业）、文献阅

读、讨论

第四章 细胞材料力学

4.1 细胞骨架

4.2 细胞中的弹性力学

第 5周到第 6周

6 学时

课堂教学、课后复

习（作业）、文献阅

读、讨论

期中考试 第 7周

2 学时

闭卷

第五章 生物膜 第 7周到第 9周

8 学时

课堂教学、课后复

习（作业）、文献阅

读、讨论

85

5.1 细胞与膜

5.2 磷脂膜的结构

5.3 磷脂膜的弹性

5.4 膜的分裂与融合

第六章 光与生命

6.1 生物量子力学

6.2 光合作用

第 10周到第 11周

4 学时

课堂教学、课后复

习（作业）、文献阅

读、讨论

第六章 生命物质中的动力学

7.1扩散

7.2低雷诺数流体力学

7.3生物钟

7.4模式形成

第 12周到第 14周

8 学时

课堂教学、课后复

习（作业）、文献阅

读、讨论

第八章 分子机器

8.1 随机行走

8.2 定向布朗运动

8.3 分子马达

第 15周到第 16周

6 学时

课堂教学、课后复

习（作业）、文献阅

读、讨论

实验 第 15周到第 16周 实验、讨论

期末考试 第 17周

2 学时

闭卷

《材料科学实验（上）》

一、课程基本信息

开课单位: 物质科学与技术学院 课程代码: MSE1513

课程名称: 材料科学实验（上） 英文名称: Material Science Lab I

学 分: 2 学 时: 96

86

授课对象: 授课语言: 中英文

先修课程:

二、课程简介和教学目的

《材料科学实验（上）》是材料类的综合实验课，面对高年级同学开设，通过

对材料科学基础，材料物理性能，材料加工与制备，材料分析方法四大材料学

重要部分内容的学习，由学生在老师的指导下自主完成相关实验的理论知识与

实践的结合，实验内容预习、课堂动手操作、设备操作训练、仪器表征学习、

数据收集分析、撰写实验报告等任务。该课程是综合性、全方面的培养同学们

在材料学专业视角下的专业能力，学生思考问题、分析问题、解决问题的能

力，提高学生的动手能力、发现能力和解决问题的能力，通过理论与实践相结

合的方式，加深对材料科学研究基础知识的理解和物理性能的认识。

三、教学内容、教学方式和学时安排

实验 1A 磁致伸缩实验；

实验 2A 声光效应\电光效应\磁光效应实验；

实验 3A 金属热膨胀系数的测量；

实验 4A 电压击穿实验；

实验 5A 电子万能拉力机实验；

实验 6A 简支梁冲击实验；

实验 7A 介电温谱特征实验；

实验 8A 物质的软硬磁性表征实验；

实验 1B 晶体结构模型搭建；

实验 2B 晶体结构模型绘制；

实验 3B 金相试样的制备与金相显微镜的使用；

实验 4B 溶胶凝胶法制备粉体;

实验 5B X 射线粉末衍射实验；

87

实验 6B 水热法制备粉体;

实验 7B 光催化性能测试.

《现代 X 射线物理学基础》

一、课程基本信息

开课单位: 物质科学与技术学院 课程代码: PHYS2123

课程名称: 现代 X 射线物理学基础 英文名称: Elements of modern X-ray Physics

学 分: 3 学 时: 48

授课对象: 授课语言: 中英文

先修课程:

二、课程简介和教学目的

该课程将介绍现代 X射线技术的物理基础，包括现代 X射线光源、X射线与物

质相互作用原理、X射线在界面处的折射和反射、非晶态材料的 X射线散射、

晶态有序材料的 X射线散射与衍射、X射线光电吸收原理、共振散射和 X射线

成像基础。通过该课程学习，学生将对现代 X射线散射、衍射、成像和吸收谱

技术有一定的理解并能将其应用于科学研究。

三、教学内容、教学方式和学时安排

课堂教学内容 教学进度和学时安排 教学方式

第一章 X射线与物质相互作用 第 1周

3 学时

课堂教学、课后

复习（作业）、

文献阅读

第二章 X射线光源 第 2周

3 学时

课堂教学、课后复

习（作业）、文献阅

读

第三章 X射线折射和反射 第 3-4周

6 学时

课堂教学、课后复

习（作业）、文献阅

读

第四章 无序结构的 X射线散射 第 5-6周

6 学时

课堂教学、课后复

习（作业）、文献阅

读

88

第五章 有序结构的 X射线散射 第 7-8周

6 学时

课堂教学、课后复

习（作业）、文献阅

读

第六章 X射线晶体衍射 第 9-10周

6 学时

课堂教学、课后复

习（作业）、文献阅

读

第七章 X射线光电吸收 第 11-12周

6 学时

课堂教学、课后复

习（作业）、文献阅

读

第八章 X射线共振散射 第 13-14周

6 学时

课堂教学、课后复

习（作业）、文献阅

读

第九章 X射线成像 第 15-16周

6 学时

课堂教学、课后复

习（作业）、文献阅

读

期末考试 第 17-18周

闭卷

89

《相对论量子场论》

一、课程基本信息

开课单位: 物质科学与技术学院 课程代码: PHYS2124

课程名称: 相对论量子场论 英文名称: Relativistic Quantum Field Theory

学 分: 3 学 时: 48

授课对象: 授课语言: 中英文

先修课程:

二、课程简介和教学目的

本课程讨论电磁场和其他相互作用场在相对论条件下的量子理论，内容包括正

则量子化方法，微扰论，费曼图的计算与简单的重正化过程，以量子电动力学

为重点。教学目的是为理论物理，核物理或粒子物理专业提供有关研究方向的

必要的理论基础.

三、教学内容、教学方式和学时安排

课堂教学内容 教学进度和学时安排 教学方式

预备知识: 经典场论的拉格朗日形式

和哈密顿形式， 正则量子化. 第 1周 3 学时 课堂教学

自旋为零的场：产生湮灭算符，希尔伯

特空间，格林函数。 第 2周 3 学时 课堂教学

自旋为 1/2 的场：狄拉克费米子，韦尔

费米子和马尼约拉费米子。 第 3-4周 6 学时 课堂教学

自由电磁场的量子化 第 5周 3学时 课堂教学

薛定谔表象，海森堡表象和相互作用表

象。Wick 定理，S-矩阵，费曼图。 第 6-7周 6学时 课堂教学

90

量子电动力学（QED）

xx. 总论。

xx. 领头阶过程，康普顿散射，电子

对光生，轫致辐射。

xx. 高阶效应，电子反常磁矩，原子

能级的兰姆移动。

xx. 强电磁场下的真空。

第 8-14周 21学时

课堂教学

其他相互作用场论：量子色动力学

（QCD），弱电统一理论，标准模型。

第 15-16周 6学时

课堂教学

《软物质微纳功能材料与技术》

一、课程基本信息

开课单

位:

物质科学与技术

学院

课程代

码: MSE2126

课程名

称:

软物质微纳功能

材料与技术

英文名

称:

Fundamentals of Soft Functional

Micro/Nanomaterials and Technology

学 分: 3 学 时: 48

授课对

象:

授课语

言: 中英文

先修课

程:

二、课程简介和教学目的

软物质微纳功能材料与技术是为材料专业和化学专业的高年级本科生以及研究

生开设的专业选修课。软物质微纳结构和技术是一个多学科交叉的领域，覆盖

了物理，化学，生物以及材料科学与工程等多基础学科。本课程的内容将侧重

探讨软物质功能材料，包括在有机物小分子，高分子聚合物以及生物大分子，

以及复合微纳材料。将主要从三个部分进行讨论，第一部分，软物质功能微纳

材料及其各种物理行为和化学现象内在的基本原则；第二部分，微纳结构在不

91

同尺度范围的自组装方法, 包括分子表界面自组装，胶体自组装，纳米颗粒制

备与表面配体，以及“自上而下”的微加工方法；第三部分，软物质功能材料

的物理化学特性，以及其在各个研究领域的应用。

教学方式以讲授为主，辅以课后完成少量习题和课上讨论。

课程考核：在第一、第二部分内容后面，将分别安排两次中期考核，为 4-5题

问答，各占总成绩的 25%，最终的期末考试将采用一种比较新颖的方式，将以

小组的形式围绕一定的课题，制作一个 video短片的形式进行展示（具体事项

将在课程过程中给出详细指导, 并给出具体例子），该部分占 30%. 平时作业

和围绕期末选定课题提交一个 2页综述 各占 10%。

三、教学内容、教学方式和学时安排

课堂教学内容 教学进度

和学时安

排

教学方式

第一部

分：软物

质功能性

微纳材料

基础

软物质的基本概念

1. 微纳软材料简介

2. 高分子聚合物种类

3. 化学组份，作用力和分子构造

4. 高分子链的构型、构象

5. 物理特性

6. 应用介绍

3学时

课堂教学

第二章 聚合物的热力学和动力学行为

1. 柔性链高分子溶液的热力学行为

2. 聚合物动力学分子运动与相转变

3学时

课堂教学

第三章 聚合物高分子共混体系

1. 高分子共混体系的相相容

2. 高分子共混体系的相行为

相转变、相结构

3. 高分子共混体系的界面

4学时

课堂教学

第四章 表界面特性

1. 分子间的相互作用力

3学时

课堂教学

92

（范德华力、电荷作用力，氢键、斥

力、亲疏水作用力等）

2. 表面张力

3. 粘附力

中期测试 1 第一部分内容中期测试

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7. 第二

部

分：

微纳

结构

自组

装方

法

第五章 表界面分子自组装

1. 表界面结构与特性

2. 高分子的界面的行为

3. 层层自组装聚合物纳米薄

4. Langmuir-Blodgett 薄膜

5. 单分子层自组装(Self-assembled

monolayers,SAMs)

3时

课堂教学

8. 第六章 胶体自组装

1. 胶体基本概念

2. 胶体间作用力与稳定性

3. 2D晶格自组装

4. 毛细管作用力自组装（ capillary

force assembly）

5. 模板自组装（ template assistance

assemble）

6. 胶体自组装超晶格（super lattice）

7. 胶体自组结构的特性与应用

4学时 课堂教学

9. 第六章 纳米颗粒自组装

1. 纳米颗粒制备方法

10. （量子点，金纳米颗粒 ect.）

11. 2. 纳米颗粒的胶体稳定性

12. （配体置换）

13. 3. 纳米颗粒基于天然大分子的

自组装

4. 量子点，金纳米颗粒自组装的光学

特 性与应用

2 学时 课堂教学

93

第七章 “Top-Down”微纳加工

14. 1. 微米范畴结构的制备

15. （光刻、 镀膜、 干/湿法刻蚀）

16. 2. 纳米范畴结构的制备

17. （电子束刻蚀）

18. 3. “自上而下”的微加工典型结构

及其特性

3 学时 课堂教学与实

验结合

实验 1： 光刻制备微流控腔

体

3学时

第六章 软微影技术(Soft lithography)

1. Microcontact printing

2. Colloid lithography

3. Nanoimprinting

4. Capillary transfer lithography

5. Micromoulding

6. Dip-pen Nanolithography

7. DNA origami

4 学时 课堂教学

中期测试 2 第二部分内容中期测试

第三部分：

软物质微纳

材料特性及

其在各个研

究领域的应

用

第八章 响应性软物质微纳结构

1. 功能化聚合物

2. 软物质微纳结构的环境响应行为

(self-healing、actuator、film/capsule

swelling, etc)

3.响应性微结构的应用

2 学时 课堂教学与实

验相结合

实验二： 水凝胶折纸微结构 (micro-

origami)

3学时

第九章 纳米复合材料 (Nanocomposite)

1. 嵌段聚合物微区结构

2. 生物复合薄膜

3. 聚合物/无机纳米材料复合薄膜

(silk, cellulose, nanoparticles, graphene oxide,

Carbon nanotubes, 物理强度性能，过滤性能)

2 学时 课堂教学

94

第十章 生物医药传输

1. Cell surface engineering

2. Drug target and delivery

3. Artificial cell

2学时 课堂教学

第第十一章 软性电子器件

（（Flexible electronics）

1. Thin film transistor

2. Flexible solar cell

3. Energy storage

4. Wearable electronics

（Flexibility vs. mechanical property）

3 学时

课堂教学

的第十二章 Photonic nanomaterial

1. 1. Photonic crystal property and

fabrication

2. 2. Polymer organic light emitting

devices

2 学时 课堂教学

第十三章 3D/4D 打印技术与应用

1. 3D打印技术，材料，应用

2. 4D 打印技术介绍

2 学时 课堂教学

期末 Research video presentation

《材料力学》

一、课程基本信息

开课单位: 物质科学与技术学院 课程代码: MSE1315

课程名称: 材料力学 英文名称: Mechanics of Materials

学 分: 2 学 时: 32

授课对象: 授课语言: 中英文

先修课程:

95

二、课程简介和教学目的

材料力学是一门用以培养学生在工程检验与设计中有关力学方面设计与计算能

力的技术基础课，本课程主要研究工程构件中构件的承载能力问题。通过材料

力学的学习，能够对构件的强度、刚度和稳定性问题具有明确的基本概念，必

要的基础知识，比较熟练的计算能力，一定的分析能力和初步的实践能力。

材料力学课程是高等院校中材料科学专业的一门必修专业课程。在教学过程中

要综合运用先修课程中所学到的有关知识与技能，结合各种实践教学环节，进

行材料科学与工程毕业生所需的基本训练，为学生进一步学习有关后续专业课

程和有目的从事材料稳定性检验与分析打下基础。因此材料力学课程在材料科

学与工程专业的教学计划中占有重要地位和作用。

本课程内容分为十一章，分别是：一 绪论； 二 轴向拉压应力与材料的力学

性能；三 轴向拉压变形；四 扭转； 五 弯曲内力； 六 弯曲应力； 七 弯曲

变形；八 应力应变状态分析；九 强度理论；十 组合变形；十一 压杆稳定。

教学方式以讲授为主，辅以课后完成每章后的少量习题和课上讨论、讲解习

题，以便于同学们掌握基本的概念和分析、计算方法。课程成绩由平时成绩

（40%）和期末考试成绩（60%）构成，平时成绩包含出勤率、作业情况和期中

测验成绩三部分。期末考试为闭卷考试。

三、教学内容、教学方式和学时安排

课堂教学内容 教学进度和学时安排 教学方式

绪论

1. 材料力学任务

2. 材料力学基本假设

3. 外力与内力

4. 应力

5. 应变

6. 胡克定律

7. 杆件变形的基本形式

2学时

指定阅读教材

课堂教学、课后作

业，课上讨论，总

结，讲解习题

第二章 轴向拉压应力与材料的力学

性能

1. 轴力与轴力图

2. 拉压杆的应力与圣维南原理

3. 材料拉伸力学性能

4. 材料拉压力学性能进一步研

究

4学时

指定阅读教材

课堂教学、课后作

业，课上讨论，总

结，讲解习题

96

5. 应力集中概念

6. 许用应力与强度条件

7. 连接部分的强度计算

第三章 轴向拉压变形

1. 拉压杆的变形与叠加原理

2. 节点位移分析与小变形概念

3. 拉压与剪切应变能

4. 简单拉压静不定问题

2学时

指定阅读教材

课堂教学、课后作

业，课上讨论，总

结，讲解习题

第四章 扭转

1 扭力偶矩与扭矩

2 圆轴扭转应力

3 圆轴扭转强度条件与合理强

度设计

4 圆轴扭转变形与刚度条件

5 简单静不定轴

6 非圆截面轴扭转

7 薄壁杆扭转

4学时

指定阅读教材

课堂教学、课后

作业，课上讨

论，总结，讲解

习题

第五章 弯曲内力

1. 梁的约束与类型

2. 剪力与弯矩

3. 剪力、弯矩方程与剪力、弯

矩图

4. 剪力、弯矩与载荷集度间的

微分关系

5. 钢架与曲梁的内力

4学时

指定阅读教材

课堂教学、课后

作业，课上讨

论，总结，讲解

习题

1. 第六章 弯曲应力

1. 对称弯曲正应力

2. 对称弯曲切应力

2学时

指定阅读教材

97

3. 梁的强度条件

4. 梁的合理强度设计

5. 双对称截面梁的非对称弯曲

课堂教学、课后作

业，课上讨论，总

结，讲解习题

2. 第七章 弯曲变形

1. 挠曲轴近似微分方程

2. 计算梁位移的积分法

3. 计算梁位移的叠加法

4. 简单静不定梁

5. 梁的刚度条件与合理刚度设

计

2学时 指定阅读教材

课堂教学、课后作

业，课上讨论，总

结，讲解习题

3. 第八章 应力应变状态分析

1. 平面应力状态应力分析

2. 应力圆

3. 极值应力与主应力

4. 复杂应力状态的最大应力

5. 平面应变分析

6. 广义胡克定律

3学时 指定阅读教材

课堂教学、课后作

业，课上讨论，总

结，讲解习题

4. 第九章 强度理论

1. 关于断裂的强度理论

2. 关于屈服的强度理论

3. 强度理论的应用

4. 承压薄壁圆筒

3 学时 指定阅读教材

课堂教学、课后作

业，课上讨论，总

结，讲解习题

5. 第十章 组合变形

1. 弯拉（压）组合

2. 偏心压缩与截面核心概念

3. 弯扭组合与弯拉（压）扭组合

4. 矩形截面杆组合变形一般情

况

3 学时 指定阅读教材

课堂教学、课后作

业，课上讨论，总

结，讲解习题

6. 第十一章 压杆稳定 3 学时 指定阅读教材

98

1. 两端铰支细长压杆的临界载

荷

2. 两端非铰支细长压杆的临界

载荷

3. 中、小柔度杆的临界应力

4. 压杆稳定条件与合理设计

课堂教学、课后作

业，课上讨论，总

结，讲解习题

期末考试

2 学时 闭卷

《研究型物理实验》

一、课程基本信息

开课单位: 物质科学与技术学院 课程代码: PHYS1703

课程名称: 研究型物理实验 英文名称: Explorative physics laboratory

学 分: 2 学 时: 96

授课对象: 授课语言: 中英文

先修课程:

二、课程简介和教学目的

本课程将通过理论和实验紧密结合的方式进行 project-based 的探索。在一个

学期的课程中，每周将有两次课，每次课 3小时。在学期之初会设定将要研究

的四个问题。在接下来的时间中，教师与学生一起讨论设计研究方案，并搭建

实验设备，进行数据测量与理论分析。基本按照每个月完成一个问题的安排推

进。如果某个问题需要拓展深入的研究，则不限于一个月的时间。通过一个学

期的训练，让学生获得利用理论知识解决实际问题的能力。

三、教学内容、教学方式和学时安排

课堂教学内容 教学进度和学时安排 教学方式

99

1：介绍本学期中的四个研究问题。

2：初步分析一维耦合摆的理论。

3：设计一维耦合摆的实验流程。

第一周 3学时 理论授课

搭建耦合摆 第一周至第二周 9学时 实验

1：测量与分析耦合摆的色散关系

2：测量与分析波的传播与衰减

第三周 6学时 实验

测量与分析缺陷态对波的散射 第四周 6学时 实验

阶段性报告 第五周 3学时 课堂报告

初步分析光在不均匀介质中传播和

散射的理论与实验设计

第五周 3学时 理论授课

搭建实验设备 第六周 3学时 实验

测量光的传播以及数据分析 第六周第七周 9学时 实验

测量光的散射的角分布及数据分析 第八周 3学时 实验

阶段性报告 第八周 3学时 课堂报告

讨论抗磁性悬浮课题所需的理论以

及实验设计

第九周 3学时 理论授课

搭建实验设备以及进行数值模拟 第九、十周 6学时 实验和计算

测量悬浮及数据分析 第十、十一周 12学时 实验

阶段性报告 第十二周 3学时 课堂报告

讨论亥姆赫兹共振腔的理论以及实

验设计

第十三周 3 学时 理论授课

测量亥姆赫兹共振腔的受迫振动以

及响应曲线

第十三、十四周 9学时 实验

研究共振腔在共振状态下的瓶口气

流

第十五周 6学时 实验

制作亥姆赫兹旋转木马 第十六周 3学时 实验

阶段性报告 第十六周 3学时 课堂报告

《物理原理 I 实验》

一、课程基本信息

开课单位: 物质科学与技术学院 课程代码: PHYS1116

课程名称: 物理原理 I 实验 英文名称: Principle of physics I lab

100

学 分: 1 学 时: 48

授课对象: 授课语言: 中文

先修课程:

二、课程简介和教学目的

课程主要教授物理实验研究基本方法和工具；通过经典力学、热学、声学若干

经典实验，培养学生基本物理实验能力。通过本课程，培养学生对物理学的兴

趣，为研究工作做工具和方法论上的准备。

三、教学内容、教学方式和学时安排

课堂教学内容 教学进度和学时安排 教学方式

实验一 数据处理与误差分析 第 1 周，3 学时 讲座

实验二 科学计算、数据分析及

绘图软件使用入门 第 2 周，3 学时 讲座

实验三 机械设计软件使用及设

计原则入门，有限元分析软件简

介

第 3 周，3 学时 讲座

实验四 超高速摄像机的使用与

运动分析软件使用 第 5 周，3 学时

课前预习、在老

师指导下实验操

作、课后总结报

告

实验五 力学实验 I：单摆及弹

簧谐振子周期测量 第 6 周，3 学时

课前预习、在老

师指导下实验操

作、课后总结报

告

实验六 力学实验 II：物体密度

与物体的杨氏模量测量 第 7 周，3 学时

课前预习、在老

师指导下实验操

作、课后总结报

告

实验七 热学实验 I：理想气体

状态方程验证 第 8 周，3 学时

课前预习、在老

师指导下实验操

作、课后总结报

告

实验八 热学实验 II：液体表面

张力、粘度的测量和研究 第 9 周，3 学时

课前预习、在老

师指导下实验操

作、课后总结报

告

101

实验九 热学实验 III：测定物

质的比热容与导热率 第 10 周，3 学时

课前预习、在老

师指导下实验操

作、课后总结报

告

实验十 声学实验：声谱采集及

频谱分析，声速测量 第 11 周，3 学时

课前预习、在老

师指导下实验操

作、课后总结报

告

实验十一 光学实验：激光使用

及光路搭建基础，光电门使用 第 12 周，3 学时

课前预习、在老

师指导下实验操

作、课后总结报

告

补做实验 第 14 周，3 学时

补做实验 第 14 周，3 学时

补做实验 第 15 周，3 学时

补做实验 第 16 周，3 学时

《材料科学实验（下）》

一、课程基本信息

开课单位: 物质科学与技术学院 课程代码: MSE1515

课程名称: 材料科学实验（下） 英文名称: Material Science Lab II

学 分: 2 学 时: 96

授课对象: 授课语言: 中英文

先修课程:

二、课程简介和教学目的

《材料科学实验（下）》是材料类的综合实验课，是材料专业本科生的必修

课，面对高年级同学开设，通过对材料科学基础，材料物理性能，材料加工与

制备，材料分析方法四大材料学重要部分内容的学习，由学生在老师的指导下

完成相关实验的理论知识与实践的结合，实验内容预习、课堂动手操作、设备

操作训练、仪器表征学习、数据收集分析、撰写实验报告等任务。该课程是综

合性、全方面的培养同学们在材料学专业视角下的专业能力，包括提出问题、

分析问题、解决问题的能力，提高学生的动手能力、培养同学们的创新意识，

侧重于材料制备、加工以及表征、性能测试等技术手段。

102

三、教学内容、教学方式和学时安排

实验 1A 快冷制备实验与表征；

实验 2A 球磨制备；

实验 3A 热压与烧结制备；

实验 4A 热电性能的测量；

实验 5A 铁电压电性能表征；

实验 6A 水热法制备 MOF；

实验 7A MOF 表征与测试；

实验 8A 旋涂法制膜；

实验 9A 薄膜的表征（SEM、四探针）；

实验 10A 3D 打印

实验 1B X 射线衍射分析实验

实验 2B 扫描电子显微镜成像和能谱微区成分分析

实验 3B 利用软件计算晶胞常数

实验 4B 透射电镜选区电子衍射和高分辨成像

实验 5B 原子力显微镜

实验 6B 扫描隧道显微镜分析

实验 7B 核磁共振

实验 8B 热重分析

103

《光子科学导论》

一、课程基本信息

开课单位: 物质科学与技术学院 课程代码: PHYS2125

课程名称: 光子科学导论 英文名称: Introduction to Photon Science

学 分: 3 学 时: 48

授课对象: 授课语言: 中英文

先修课程:

二、课程简介和教学目的

上海科技大学的光子科学课程是在加快建设张江综合性国家科学中心的背景

下，结合上海科技大学本身特点，针对上海浦东张江地区所拥有的和正在建设

的大型光子科学设施集群和与之相关的学科建设，技术研发和人才培养所制定

的导论性课程。其核心内容在于界定光子科学的学科定位和教授基本概念和科

学内涵，明确上海科技大学在发展光子科学的目标，重点领域及人才培养方

案。

光子是人类接触最早、首先揭示量子现象的、与物质相互作用最丰富和应用最

广泛的粒子。光子科学是一门新兴的交叉学科，其重要性随着大型光子科学用

户装置的快速发展日显突出。光子科学的核心科学内涵是研究、理解和利用光

与物质的相互作用，并通过由此衍生的新光源、新实验手段、新理论和数据解

析能力，解决重大科学问题。

光子科学的兴起是与近年来世界各国大力发展光子科学用户装置密不可分的，

特别是新型的大型光子科学用户装置的建设，如第三代同步辐射光源、衍射极

限同步辐射光源，高重复频率自由电子激光装置等，进一步推动了这一学科的

发展。自 2009 年中国首个第三代同步辐射光源（上海同步辐射光源）投入使

用以来，我国在这方面的投入迅速增加，科研成果也不断涌现。特别是在张江

地区，上海光源二期、上海软 X光自由电子激光用户装置、活细胞成像等线站

工程、上海硬 X 射线自由电子激光装置等大型光子科学设施相继启动建设。上

海科技大学作为这些项目的建设单位和参与单位开设光子科学专业是必要的。

本专业的学生将以解决国家重大科学问题为科学目标，通过理解光与物质相互

作用的物理基础及其衍生出的探测手段，实现光子科学与多学科领域的有效交

叉与关联，通过协同掌握光产生、光操控、光探测的前瞻性科研和系统研发核

心能力，实现重大科研成果产出及技术突破。

本门课程是创建和设置光子科学专业的导论性课程。 面向有一定物理基础的

物理、化学、材料本科生和研究生。物质学院会围绕光子科学的核心科学内涵

与特点，开办一系列核心专业课程，形成以科研前沿为引领，目标明确，特色

突出的新学科。

本门课的内容分为以下五个相互关联的部分：光子产生（Photon Creatio

n）、光子操控（Photon Manipulation）、光-物相互作用（Photon Matter I

104

nteraction）、光子探测（Photon Detection）和科学应用。具体阐述光子科

学和光子科学装置学科发展所涉及的科学基础、核心领域、核心技术、和科学

应用。

三、教学内容、教学方式和学时安排

光子科学导论引言：光、光子、光与物质相互作用 （刘志）

光子的产生：同步辐射和自由电子激光原理

a. 加速器与同步辐射光源（万唯实）

b. 自由电子激光原理（王东*）

光与物质相互作用的应用

a. X 光衍射与散射及其科学应用（Kenneth Harris*、陈刚）

b. X 射线与电子成像及其科学应用（江怀东、向导*）

c. X 射线吸收和发射谱及其科学应用（翁祖谦、刘啸嵩*、

张石磊、柳学榕）

d. X 射线光电子能谱和原子分子及其科学应用（柳仲楷，刘

志，刘小井，齐飞**）

e. 超快光学及其科学应用（John McGuire、刘伟民、黄逸

凡）

光子操控与技术

a. 硅基光子学与其应用（刘晓平）

b. X 射线光学与核心技术（董晓浩**）

*为物质学院特聘教授，**为外聘老师

105

《能源科学与技术导论》

一、课程基本信息

开课单

位:

物质科学与技术学

院

课程代

码: MSE2125

课程名

称:

能源科学与技术导

论

英文名

称:

Introduction to energy science and

technology

学 分: 2 学 时: 32

授课对

象:

授课语

言: 中英文

先修课

程:

二、课程简介和教学目的

课程简介：

本课程从能源和环境角度出发，介绍新一代核能、先进燃料循环、核能综合利

用的科学和技术前沿，将基本科学问题和国家重大应用相结合，旨在让大学本

科学生了解与能源科学特别是核能有关的基础知识和物理概念，进而了解第四

代先进核反应堆系统和燃料循环。

能源和资源的稳定供应是长期可持续发展的必要基础，中国的能源供应以化石

能源为主，正面临着越来越严峻的能源需求持续增长和 CO2 减排的双重压力。

煤、石油和天然气等化石能源因其能量密度高、便于运输、工业应用广泛等优

势，是目前使用的主要能源，但存在储量有限、碳排放高与环境污染等不利因

素。风能、太阳能等可再生能源资源丰富，但能量密度低、波动性大，存在产

地与用地不匹配、弃风弃光现象严重等问题。核能在技术成熟性、经济性、可

持续性等方面已被证明具有诸多优势，可以做到无间歇性和不受自然条件约束

供能，但也受制于安全风险与技术复杂等因素。能源与环境关系密不可分，随

着 2016年 10月 4日气候变化的《巴黎协定》正式生效，中国需按照承诺，在

气候治理政策、技术、市场做好相应变革，发展核能、风能、太阳能等清洁能

源替代化石能源以减少二氧化碳和污染物排放，通过技术革命，提高清洁能源

利用比例，走绿色低碳发展和能源转型之路，是实现我国生态治理和绿色发展

的重要途径。

能源的存储与转换技术是能源利用、智能电网的重要组成部分和关键支撑技

术，对于构建“清洁低碳、安全高效”的现代能源产业体系具有广泛而重要的

价值。主要的储能技术包括：锂离子电池、液流电池、高温电池等电化学储能

技术，压缩空气储能、熔盐储能等物理储能技术。氢能作为重要的二次能源，

不仅可以用于大规模化学品制备，也可以用于燃料电池发电等领域，是构建未

来能源体系不可或缺的环节。

106

核能作为一种能量密度高、洁净、低碳的能源，是保障国家能源安全、促进节

能减排的重要手段，在全球能源发展变革进程中具有不可或缺的重要地位；而

且，核能行业有技术含量高、产业链长、涉及领域广等特点，能体现一个国家

的科技发展水平和综合竞争实力。目前世界上核电发展主流为第三代核电技

术，并将在国际核电市场上继续保持 10-15年的优势地位，从更长远的核能可

持续发展和安全性能角度看，未来的方向在拥有更高固有安全性、核燃料可循

环、物理防止核扩散和更好经济性等特点的第四代反应堆技术。

越来越多的国家包括美、法、俄等传统核电强国和韩国、印度等新兴核电国

家，都采取多种手段，一方面整合核电资源，加快核电产业发展，同时将主要

研发力量投入到第四代核先进反应堆技术中，以期占领国际技术和市场的制高

点。我国也广泛开展了第四代核能系统的研发，包括几种主要的四代堆型及燃

料循环与后处理技术的研究，中国原子能研究院、清华核研院及上海应用物理

研究所分别牵头开展了钠冷快堆、高温气冷堆和钍基熔盐堆的研究，重点以提

高核能经济、安全性，核燃料长期供应及放射性废物最小化为目标，掌握关键

技术，形成自主知识产权，最终成为核电强国。

第四代核能系统技术的发展对核燃料循环提出了燃料利用率最大化和核废料最

小化的要求，核燃料循环包括铀的采矿，加工提纯，化学转化，同位素浓缩，

燃料元件制造，元件在反应堆中使用，核燃料后处理，废物处理和处置等。核

燃料循环有 3种主要型式：①一次通过：使用过的燃料元件不进行后处理，而

直接作为废物加以处置。②热中子堆中再循环：使用过的燃料元件经后处理回

收其中未用完的铀和新产生的钚重新制造元件，实现循环使用。③快中子增殖

堆中再循环：使用过后的快中子增殖堆燃料经后处理回收其中铀和钚并循环使

用。根据用于反应堆中进行链式反应的易裂变核素种类，核燃料循环又可以分

为铀钚循环和钍铀循环。

第四代核能系统技术逐渐成熟和应用，也使得核能有望超脱出仅仅提供电力的

角色，通过非电应用如核能制氢、高温工艺热、区域供热、海水淡化等各种工

业应用在确保全球能源安全和可持续性发展方面发挥巨大的作用。钍基熔盐堆

具有出口温度高、能量密度高、功率输出稳定可调等特点，特别适合于高温核

热的综合利用和多能融合。

钍基熔盐堆是国际第四代先进核能系统六个候选堆型之一，采用氟化熔盐作为

核燃料载体或冷却剂，是国际公认的钍资源核能利用的理想堆型，结合干法后

处理技术，可以实现钍铀循环的高效利用。钍基熔盐堆核能系统的研发可利于

实现核燃料多元化、防止核扩散和核废料最小化，为和平利用核能开辟一条新

途径，对我国能源发展模式转变和优化核能领域布局具有重要意义。

教学目的：

能源科学与技术是面向国家重大需求的前沿研究方向，未来学术界与产业界均

需要大量具备能源相关基本素质和知识的领军型人才，因此上海科技大学面向

物质科学与技术学院开设本课程，为学生今后在相关专业的学习与工作中打下

良好基础。

学生通过本阶段课程，将掌握传统化石能源及利用、风光核等新能源及利用、

以及能源利用对于环境的影响等；掌握主要物理储能和化学储能技术、氢能制

备和利用技术、核能综合利用技术等的基本知识；掌握第四代先进核能技术、

反应堆物理与热工水力、反应堆安全与控制等基本知识；基本掌握核燃料循环

107

的概念，了解放射性元素、乏燃料后处理、高放废物处置等相关内容，能够从

科学的角度准确认识放射性、乏燃料、高放废物等。

三、教学内容、教学方式和学时安排

理论课课堂教学内容 教学进度和学时安排 教学方式

第一章 绪言

1.1 人类能源简史

1.2 世界能源现状

第 1周 1，2学时

第 2周 1，2学时

徐洪杰

徐洪杰

第二章 能源结构浅析

2.1 传统化石能源

2.2 新能源-I（风光电水能）

2.3 新能源-II（核能）

2.4 能源与环境

第 3周 1学时

第 3周 2学时

第 4周 1学时

第 4周 2学时

第 5周 1学时

第 5周 2学时

王建强

王建强

王建强

王建强

第三章 能源产生、存储与转换

3.1 能源产生

3.1 储能技术

3.2 氢能技术

第 6周 1学时

第 6周 2学时

第 7周 1，2学时

王建强

王建强

王建强

第四章 第四代核能系统

4.1 国际核能研发趋势

4.2 四代堆概述及其技术特点

第 8周 1，2学时

第 9周 1，2学时

第 10周 1，2学时

蔡翔舟

蔡翔舟

蔡翔舟

第五章 反应堆科学技术

5.1 反应堆物理

5.2 堆热工水力

第 11周 1，2学时

第 12周 1，2学时

刘桂民

万维实

108

5.3 堆安全与控制 第 13周 1，2学时 刘桂民

第六章 先进核燃料循环

6.1 核燃料循环概述

6.2 乏燃料后处理技术

第 14周 1，2学时

第 15周 1，2学时

龚昱

龚昱

第七章 能源未来展望

7.1 能源解决途径

7.2 多能融合的未来

第 16周 1学时

第 16周 2学时

徐洪杰

徐洪杰

期末考试 第 17/18周 120 分钟闭卷

《物理有机化学》

一、课程基本信息

开课单位: 物质科学与技术学院 课程代码: CHEM2122

课程名称: 物理有机化学 英文名称: Physical organic chemistry

学 分: 3 学 时: 48

授课对象: 授课语言: 中英文

先修课程:

二、课程简介和教学目的

物理有机化学的最终目标是了解和理解反应机理的细节，并深入了解有机分子

和“反应性”高能化学中间体的共同结构和反应性。在这方面，大多数工作的

目的是确定反应坐标的性质：任何中间体的结构，过渡态中键形成或断裂的程

度，以及反应物、产物、中间体和过渡态的相对能量。

本课程的具体目标是向学生介绍解决研究实验室遇到的机械有机问题所必需的

概念。将介绍常见的有机反应机理、常见的实验技术和理解反应机理的理论方

法。

课程结束后，学生有能力设计实验来探索机理问题，选择理论方法来解决化学

问题，并调用已知的机理和中间物来解释观察到的现象。

三、教学内容、教学方式和学时安排

109

一、结构和键合模型

二、应变及稳定性

三、溶液与非共价结合力、分子识别与超分子化学

四、酸碱

五、立体化学

六、能面及动力学分析

七、催化作用

八、有机反应机理

九、有机金属反应机理

《凝聚态拓扑物理》

一、课程基本信息

开课单位: 物质科学与技术学院 课程代码: PHYS2122

课程名称: 凝聚态拓扑物理 英文名称: Topology in Condensed Matters

学 分: 2 学 时: 32

授课对象: 授课语言: 中英文

先修课程:

二、课程简介和教学目的

对称破缺是物理学的一个重要概念。在研究多数凝聚态物理体系的时候，我们

最在意的问题是：这个系统的对称性是什么？一旦掌握了体系的所有对称操

作，对应的本征状态以及物理图像都变得清晰。然而在某些情况下，这种理念

并不能揭示出一个体系最本质的内禀属性。事实上更重要的问题是：这个系统

哪些特性与对称性无关？拓扑正是研究一个对象与具体的几何形状无关的那些

性质的学科。也是这门课程着重讨论的话题。

拓扑学作为数学的一个分支已经建立了成熟的框架。把拓扑的核心概念引入到

理解凝聚态体系中，成功的解释和预测了很多新奇的物理现象，并发现了一系

110

列极富前景的量子材料。这也是近 10 年来活跃在凝聚态物理前沿的课题。用

拓扑的方式去处理物理问题是当代凝聚态物理重要的标志（2016诺贝尔物理

奖）。因此，将这种新的理念作为教学课程让学生的物理素养与时俱进，对培

养物质学院科研人才有着重要意义。《凝聚态拓扑物理》这门课致力成为上科

大的特色课程。本课程与我校国际领先科研资源相呼应：上科大拓扑物理实验

室平台的建立为学生提供了良好的教学平台，能够让学生亲身体验拓扑物理最

前沿科研的观点的方法论。

本课程的教授对象为物质学院对探索凝聚态实验以及量子材料有浓厚的兴趣的

本科生／研究生。在课程中我将尽量避免冗繁的数学，重点放在用拓扑的方法

重新理解一系列凝聚态系统中的物理原理：如何应用拓扑，如何寻找拓扑性

质，以及如何进行观测。课程包括 4 个部分，8个章节，32 学时。

三、教学内容、教学方式和学时安排

课堂教学内容 教学进度和学时安排 教学方式

第 1章 拓扑的直观感受：从艺术，

历史到数学

第 1-2周

3 学时

课堂教学、课后复

习（作业）、文献阅

读

第 2章 序参量和对称破缺 第 3-4周

6 学时

课堂教学、课后复

习（作业）、文献阅

读

第 3章 量子体系的几何相位 第 5-6周

6 学时

课堂教学、课后复

习（作业）、文献阅

读

第 4章 量子霍尔效应：整数的意义 第 7-8周

6 学时

课堂教学、课后复

习（作业）、文献阅

读

第 5章 动量空间中的拓扑 第 9-10周

6 学时

课堂教学、课后复

习（作业）、文献阅

读

第 6章 拓扑缺陷 第 11-12周

6 学时

课堂教学、课后复

习（作业）、文献阅

读

第 7章 有序介质中的拓扑 第 13-14周

6 学时

课堂教学、课后复

习（作业）、文献阅

读

第 8章 拓扑量子场以及拓扑量子场

计算

第 15-16周

6 学时

课堂教学、课后复

习（作业）、文献阅

读

111

期末考试 第 17-18周

闭卷

《材料分析方法》

一、课程基本信息

开课单

位:

物质科学与技术

学院

课程代

码: MSE1581

课程名

称: 材料分析方法

英文名

称:

Analytical Methods for Materials Science

(with Lab)

学 分: 3 学 时: 48

授课对

象:

授课语

言: 中英文

先修课

程:

二、课程简介和教学目的

材料分析方法是材料科学与工程专业一门必修的专业基础课，承担着为该专业

本科生介绍有关材料科学中主要分析测试仪器的原理与使用、数据处理与分析

等重要内容的教学任务，培养学生对材料微观组织、结构和形貌分析测试及研

究的能力。对帮助学生构建完整的知识结构体系，为他们以后进行科学研究、

发展生产实践、毕业设计和就业等方面打下良好的基础。

有关材料的分析测试方法有多种多样，相关知识面广且前后章节相对独立，本

课程将着重围绕三个部分进行展开，即材料的组织结构分析、形貌观测、成分

分析和价键分析。涉及的分析仪器包括光学显微分析仪、X 射线衍射仪、电子

显微镜、扫描探针显微镜、红外、核磁、拉曼和热分析仪。对每一类分析方法

在教学过程中安排三级教学目标：基本原理、使用和操作、数据分析和运用。

以材料表征技术为主线，通过介绍原理、仪器设备讲解、实例分析和实验练

习，使学生在掌握材料表征技术的基础上，了解材料研究过程的一般性思维与

方法，了解材料研究中解决问题的一般性思维和方法，注重培养学生综合应用

材料基本知识和进行科学研究的能力。

三、教学内容、教学方式和学时安排

112

课堂教学内容 教学进度和学时安

排

教学方式

第一章 绪论

第二章 X射线衍射分析

2.1 X射线物理学基础

2.2 X射线晶体学

第 1周

4学时

课堂教学

2.3 X射线衍射强度

2.4 X射线衍射仪

第 2周

2学时

课堂教学

2.5物相分析

2.6 宏观残余应力的测定

第 3周

4学时

课堂教学

第三章 扫描电子显微镜

3.1 电子与物质相互作用

3.2 电磁透镜

第 4周

2学时

课堂教学

3.3 扫描电子显微镜的构造和成像

原理

3.4 形貌衬度和原子数衬度成像

第 5周

4学时

课堂教学

3.5 扫描电子显微镜的发展和应用

3.6 X射线光电子能谱

第 6周

2学时

课堂教学

第四章 透射电子显微镜

4.1 透射电镜的结构和成像原理

4.2 分辨率和放大倍数

第 7周

4学时

课堂教学

4.3 电子衍射原理

4.4 电子衍射花样标定

第 8周

2学时

课堂教学

4.5 高分辨电子成像

4.6 图像分析

4.7 电子显微镜的发展和应用

第 9周

4学时

课堂教学

第五章 扫描探针显微镜

5.1 概述

第 10周

2学时

课堂教学

113

5.2 扫描探针显微镜的工作原理

5.3 扫描隧道显微镜

5.4 原子力显微镜

5.5 扫描探针显微镜在现代材料研

究中的应用

第 11周

4学时

课堂教学

第六章 常见光谱分析

6.1 红外吸收光谱

第 12周

2学时

课堂教学

6.2 拉曼光谱

6.3 核磁共振

第 13周

4学时

课堂教学

第七章 热分析技术

7.1 热分析概论

第 14周

2学时

课堂教学

7.2 热重分析与微商热重法

7.3 热分析在材料研究中的应用

第 15周

4学时

课堂教学

总结：材料分析方法总结和实例分析 第 16周

2学时

课堂教学

期末考试 第 17周

2学时

闭卷

《材料物理性能》

一、课程基本信息

开课单位: 物质科学与技术学院 课程代码: MSE1583

课程名称: 材料物理性能 英文名称: Physical Properties of Materials

学 分: 3 学 时: 48

授课对象: 授课语言: 中英文

先修课程:

二、课程简介和教学目的

114

本课程是物质与材料相关专业基础主干课程。随着现代科学技术的发展和时代

的进步，研究与开发具有特殊电、热、磁、光等物理性能的新材料已成为近代

物质与材料研究的发展重要方向，材料物理性能测试方法与技术在现代材料研

究领域中也显示出越来越重要的作用。本课程的主要任务是通过课堂教学和课

堂讨论等手段，阐述材料各种物理性能，包括材料的热学、电学、磁学、光学

等性能，介绍热、电、磁、光等物理性能的基本概念、基本理论及微观机制、

影响因素和变化规律、材料物理性能与材料组成、结构和工艺之间的关系，旨

在使学生尽可能地从物理效应和微观机制角度掌握固体材料；同时，本课程也

将介绍材料物理性能的主要测试方法、控制和改善性能的措施和途径。通过本

课程的学习，可使学生对材料各种基本物理性能的概念、发展与应用有较全面

的了解，为判断材料优劣，正确选择和使用材料，改善材料性能，探索新材

料、新性能、新工艺打下理论基础；本课程的学习也可培养学生综合分析、解

决问题的能力和实践技能，为学生在走上工作岗位以后，无论是从事科学研究

工作、工程技术工作或者是开拓新技术领域打下坚实的技能基础。

三、教学内容、教学方式和学时安排

课堂教学内容 教学进度和学时安排 教学方式

第一章 绪论

1.1 引言，课程背景介绍

1.2 国家重大需求和科学前沿对材

料物理性能的具体体现和实例

第二章 材料的电性能

2.1 引言

2.2 电子类载流子导电

2.3 离子类载流子导电

第 1周

3 学时

课堂教学、课后

复习

2.4 半导体

2.5 半导体陶瓷物理效应

2.6 超导体

第 2周

3 学时

课堂教学、课后

复习

2.7 电导功能材料

2.8 电性能测量及其应用举例

第 3周

3 学时

课堂教学、课后

作业、课后文献

阅读

(1). 典型案例分析 第 4周

3 学时

课堂讨论、习题

分析、课后作业

（小报告）

115

(2). 课堂讨论

(3).习题课

(4).随堂测验

第三章 材料的介电性能

3.1 电介质及其极化

3.2 交变电场下的电介质

3.3 电介质在电场中的破坏

第 5周

3 学时

课堂教学、课后

复习

3.4 压电性和热释电性

3.5 铁电性

第 6周

3 学时

课堂教学、课后

复习

3.6 介电测量简介 第 7周

3 学时

课堂教学、课后

作业、文献阅读

(1). 典型案例分析

(2). 课堂讨论

(3).习题课

(4).随堂测验

第 8周

3 学时

课堂讨论、习题

分析、课后作业

（小报告）

第四章 材料的磁学性能

4.1 磁性基本概念

4.2 铁磁性的宏观表征

第 9周

3 学时

课堂教学、课后

复习

4.3 铁磁性的微观理论

4.4 铁磁性的影响因素

第 10周

3 学时

课堂教学、课后

复习

4.5 磁性的测量及磁性分析的应用

第 11周

3 学时

课堂教学、课后

作业、文献阅读

(1). 典型案例分析

(2). 课堂讨论

第 12周

3 学时

课堂讨论、习题

分析、课后作业

（小报告）

116

(3).习题课

(4).随堂测验

第五章 材料的光学性能

5.1 光的基本性质

5.2 光在固体中的传播

5.3 固体的光发射

第 13周

3 学时

课堂教学、课后

复习

5.4 材料的耦合光学效应

第六章 材料的热学性能

6.1 材料的热膨胀

6.2 材料的导热性

第 14周

3 学时

课堂教学、课后

复习

6.3 热电性 第 15周

3 学时

课堂教学、课后

作业、文献阅读

(1). 典型案例分析

(2). 课堂讨论

(3).习题课

(4).随堂测验

第 16周

3 学时

课堂讨论、习题

分析、课后作业

（小报告）

期末考试 第 17周

2 学时

闭卷

117

《量子力学导论》

一、课程基本信息

开课单位: 物质科学与技术学院 课程代码: PHYS1541

课程名称: 量子力学导论 英文名称: Introduction of Quantum Mechanics

学 分: 3 学 时: 48

授课对象: 授课语言: 中英文

先修课程:

二、课程简介和教学目的

量子力学是物理学科的基础课，它与相对论被认为是近代物理学的基础。而且

量子力学是一门全新的物理理论，它通过对物质波粒二像性的理解，引入波函

数的描述方法，建立起一个严整的逻辑体系，给复杂的量子微观体系现象以一

个自洽的理解和说明，并得到许许多多崭新的结论。量子力学的预言现象不断

被实验所证实并取得广泛的应用，同时，量子理论本身也还在不断深化和发

展。量子力学是其它许多物理理论的必备基础，也是现代物理工作者和技术人

员的一门基本修养。本课程要求学生掌握量子力学的基本思想和基本方法，能

利用量子力学的理论框架处理微观系统问题，为进一步学习凝聚态物理和从事

科学研究打下坚实的基础。

三、教学内容、教学方式和学时安排

课堂教学内容 教学进度和学时安排 教学方式

量子力学的物理基础 4 课堂教学

波动力学基础 12 课堂教学

矩阵力学基础 I—力学量和算符 10 课堂教学

矩阵力学基础 II—表象理论 10 课堂教学

自旋和角动量 10 课堂教学

散射理论 8 课堂教学

多体问题 8 课堂教学

期末考试 2 闭卷

118

《材料科学基础 I：晶体结构和缺陷》

一、课程基本信息

开课单

位: 物质科学与技术学院

课程代

码: MSE1321

课程名

称:

材料科学基础 I：晶体结构和

缺陷

英文名

称:

Fundamentals of Materials

Science I

学 分: 3 学 时: 48

授课对

象:

授课语

言: 中英文

先修课

程:

二、课程简介和教学目的

《材料科学基础 I》是材料类专业的一门主干课，介绍材料科学研究所需的原

子结构与键合、晶体学基础、固体材料结构、晶体的塑性变形、晶体缺陷、固

体扩散和 X射线衍射等相关的基础知识。

三、教学内容、教学方式和学时安排

课堂教学内容 教学进度和学时安排 教学方式

一、绪 论 第 1 周（2 学时） 讲课

二、原子结构和键合

2.1 原子结构

2.2 原子键合

第 2 周（4 学时）

讲课

作业

三、晶体学基础

3.1 空间点阵

3.2 晶系和布拉维点阵

3.3 晶体结构和复杂晶格

第 3 周（2 学时）

第 4 周（4 学时）

第 5 周（2 学时）

第 6 周（4 学时）

第 7 周（2 学时）

讲课

作业

119

3.4 晶向指数和晶面指数

3.5 重要的晶体学公式

3.6 晶带轴

3.7 典型金属晶体结构

3.8 晶体的堆垛方式

3.9 常见金属晶体中的空隙

3.10 晶体和非晶体

3.11 准晶态和液晶态结构

3.12 旋转对称轴

3.13 32 种晶体学点群和 230 种空间群

3.14 晶体投影

3.15 倒易点阵

3.16 X 射线衍射基本原理

3.17 结构因子和系统消光

3.18 其他晶体学术语

四、固体结构

4.1 合金相结构概述

4.2 影响合金相结构的主要因素

4.3 固溶体

4.4 金属间化合物

第 8 周（4 学时）

讲课

作业

课堂展示

第 9 周（2 学时）

讲课

作业

120

4.5 超晶格

4.6 离子化合物

4.7 共价晶体结构

4.8 陶瓷材料晶体结构、制备和应用

第 10 周（4 学时）

第 11 周（2 学时）

第 12 周（2 学时）

讲课

作业

缺陷

5.1 引言

5.2 点缺陷

5.3 位错概念的提出

5.4 位错

5.5 柏氏矢量的确定

5.6 位错线的运动

5.7 缺陷化合物的应用

5.8 界面的类型与结构

5.9 界面能量

5.10 界面偏聚

5.11 界面迁移

第 12 周（2 学时）

第 13 周（2 学时）

第 14 周（2 学时）

讲课

作业

六、 固体中的扩散

6.1 引言

6.2 菲克定律

6.3 稳态扩散及其应用

6.4 非稳态扩散

6.5 D-C 关系

6.6 柯根达尔效应和分扩散系数

6.7 反应扩散

第 14 周（2 学时）

第 15 周（2 学时）

第 16 周（2 学时）

讲课

作业

121

6.8 扩散机制

6.10 影响扩散的因素

6.12 离子晶体中的扩散

6.13 扩散的实际应用-固态烧结

七、其他固体材料

7.1 有机材料

7.2 复合材料

第 16 周（2 学时）

讲课

答疑

期终考试 第 17 周（3 学时）

《分析化学实验》

一、课程基本信息

开课单位: 物质科学与技术学院 课程代码: CHEM1190

课程名称: 分析化学实验 英文名称: Analytical Chemistry Lab

学 分: 1 学 时: 48

授课对象: 授课语言: 中文

先修课程:

二、课程简介和教学目的

本学期的分析化学 I实验内容为定量分析化学实验，是面向化学专业和生

物科学专业的学生开设的实验课，与分析化学 I配套并同步开展教学。

分析化学 I实验课的目的是：

1. 学习、掌握化学定量分析实验的基本知识、基本操作、基本技

能，以及典型的分析方法和实验数据处理方法。

2. 确立“量”的概念、“误差”和“偏差”的概念及“有效数字”

的概念，了解并能掌握影响分析结果的主要因素和关键环节，合理地选择

实验条件和实验仪器，以确保定量结果的可靠性。

3. 通过实验加深对有关理论的理解并能灵活运用所学理论知识和实

验知识指导实验设计及操作，提高分析解决实际问题的独立工作能力及统

筹思维能力，培养创新与探究意识。

4. 培养严谨的科学作风和良好的实验素养。

本课程基本要求：

122

1. 课前认真预习，领会实验原理，了解实验内容、步骤和注意事

项，在认真阅读实验讲义的基础上写出预习报告，内容包括实验题目、日

期、原理、仪器与试剂、实验内容及简要步骤等，设计要记录和处理的实

验数据的表格。

2. 按时到指定实验室进行实验。实验前应认真清点清洗要用的仪

器，注意记录，积极思考，不清楚的地方及时提问，不可做其他的事情。

3. 实验时要严格按照规范的操作要求进行，仔细观察实验现象，并

及时记录；要善于思考，学会运用所学理论知识解释实验现象、研究实验

中的问题；实验数据必须记录在专用的、预先编好页码的实验记录本上，

不得涂改、编造实验数据；认真书写并按时递交实验报告，经老师许可，

方可离开实验室。

4. 自觉遵守实验室的各项规章制度，保持实验室内安静、实验台面

的清洁整齐，爱护仪器和公用设施，养成良好的实验室工作习惯，树立环

保意识，注意安全，厉行节约。

5. 值日生做好实验室的清洁卫生，关好水、电、门、窗。

三、教学内容、教学方式和学时安排

课堂教学内容 教学进度和学时安排

1. 绪论（基本要求、安全常识、

定量分析概述等）

第 4 周/4 学时

10 月 10 日，13:00 ~ 16:40

2. Calibration of Volumetric

Glassware

第 5 周/4 学时

10 月 17 日，13:00 ~ 16:40

3. Preparing Standard Base

第 6 周/4 学时

10 月 24 日，13:00 ~ 16:40

4. 有机酸摩尔质量的测定

第 7 周/4 学时

10 月 31 日，13:00 ~ 16:40

5. Preparing Standard Acid

第 8 周/4 学时

11 月 7 日，13:00 ~ 16:40

6. 混合碱（NaOH 与 Na2CO3）各组

分含量的测定

第 9 周/4 学时

11 月 14 日，13:00 ~ 16:40

7. 微波干燥恒重重量法测定可溶

性钡盐中钡含量

第 10 周/4 学时

11 月 21 日，13:00 ~ 16:40

123

8. Analysis of An Acid-Base

Titration Curve: The Gran Plot

第 11 周/4 学时

11 月 28 日，13:00 ~ 16:40

9. EDTA 溶液的标定

第 12 周/4 学时

12 月 5 日，13:00 ~ 16:40

10. Bi3+-Pb2+混合溶液中 Bi3+和

Pb2+的连续滴定

第 13 周/4 学时

12 月 12 日，13:00 ~ 16:40

11. Iodimetric Titration of

Vitamin C

第 14 周/4 学时

12 月 19 日，13:00 ~ 16:40

12. 机动周

第 15 周/4 学时

12 月 26 日，13:00 ~ 16:40

*实验 7和实验 8在第 10周和第 11 周循环。即在第 10 周一半学生做实验

7，另一半学生做实验 8，在第 11 周交换。

《铁磁学》

一、课程基本信息

开课单位: 物质科学与技术学院 课程代码: PHYS1552

课程名称: 铁磁学 英文名称: Physics of Magnetism

学 分: 3 学 时: 48

授课对象: 授课语言: 中英文

先修课程:

二、课程简介和教学目的

"课程简介：磁性作为物质的基本物理性质之一，已经被广泛地应用到人类日

常生活的各个方面。本课程系统地介绍铁磁学的物理概念和基础知识，理解

磁性的起源，铁磁，亚铁磁，顺磁，抗磁和反铁磁等现代磁学理论，并逐步

深入到介绍科学前沿的各种磁现象和新型磁性材料与器件的技术应用。教学

目的：通过本课程的学习，期望学生能够掌握以下铁磁学的基本知识与科学

研究上的前沿进展"

三、教学内容、教学方式和学时安排

124

课堂教学内容 教学进度和学时安

排 教学方式

第一章 绪论

1.1 铁磁学简介及其应用

1.2 电磁学基本知识回顾

第 1 周

1 学时

2 学时

课堂教学、 讨论

第二章 原子磁性

2.1 原子磁矩经典模型

2.2 泡利不相容原理与洪特定

则

2.3 晶体场理论

第 2-3 周

2 学时

3 学时

1 学时

课堂教学、讨论

第一次作业

第三章 物质的磁性

3.1 抗磁，顺磁，超顺磁

3.2 铁磁性

3.3 反铁磁性

3.4 亚铁磁性

第 4-6 周

3 学时

3 学时

1 学时

2 学时

课堂教学、讨论

第四章 自发磁化的交换作用

理论

4.1 分子场理论

4.2 交换相互作用

第 7-8 周

3 学时

3 学时

课堂教学、讨论

第二次作业

第五章 能带理论与自旋波理

论

5.1 金属能带磁性理论

5.2 布洛赫自旋波理论

第 9-10 周

3 学时

3 学时

课堂教学、讨论

第六章 磁各项异性 第 11-12 周 课堂教学、讨论

第三次作业

125

6.1 磁晶各项异性

6.2 磁各项异性测量方法

6.3 其他磁各向异性

2 学时

2 学时

2 学时

第七章 磁畴结构

7.1 磁畴形成机理

7.2 磁畴的典型形状

7.3 畴壁的计算

7.4 磁畴测量方法

第 13-14 周

1 学时

2 学时

1 学时

2 学时

课堂教学、讨论

第八章 磁化和反磁化过程

8.1 技术磁化

8.2 动态磁化过程

第 15 周

1 学时

2 学时

课堂教学、讨论

小论文

第九章 现代前沿磁性测量技

术简介

9.1 磁输运性质和研究简介

9.2 纳米磁学简介

第 16 周

1 学时

2 学时

课堂教学、讨论

期末考试

第 17 周

2 学时

闭卷

《普通物理 IA》

一、课程基本信息

126

开课单位: 物质科学与技术学院 课程代码: PHYS1101

课程名称: 普通物理 IA 英文名称: General Physics IA

学 分: 3 学 时: 48

授课对象: 授课语言: 中英文

先修课程:

二、课程简介和教学目的

本课程主要介绍物理学的概况。着重介绍经典力学以及热力学的基本框架，

以及相关知识在生活中的应用。通过本课程，培养学生对物理学的兴趣，为

以后学习更高阶的课程打下基础，并让学生适应从高中到大学的学习方法的

转变。

三、教学内容、教学方式和学时安排

课堂教学内容 教学进度和学时安排 教学方式

有趣的物理学 第 1 周 1 学时

课堂教学、课后

复习（作业）、

文献阅读、讨论

能量守恒 第 1 周 1 学时

时间和距离 第 1 周 1 学时

物理学中的概率（上） 第 2 周 1 学时

物理学中的概率（下） 第 3 周 1 学时 习题课一次

万有引力（上） 第 3 周 1 学时

万有引力（下） 第 4 周 1 学时 习题课一次

微积分的引入 第 4 周 1 学时

牛顿运动定律 第 4 周 1 学时

动量守恒 第 5 周 1 学时 习题课一次

向量 第 5 周 1 学时

力的性质 第 5 周 1 学时

127

功和势能 第 6 周 2 学时 习题课一次

期中考试 1 第 6 周 1 学时 闭卷

狭义相对论 第 7 周 2 学时 习题课一次

相对论的能量动量（上） 第 7 周 1 学时

相对论的能量动量（下） 第 8 周 1 学时 习题课一次

相对论时空观 第 8 周 1 学时

二维转动 第 8 周 1 学时

质心和转动惯量 第 9 周 1 学时 习题课一次

三维转动 第 9 周 1 学时

谐振子（上） 第 9 周 1 学时

谐振子（下） 第 10 周 1 学时 习题课一次

共振 第 10 周 2 学时

振动衰减 第 11 周 1 学时 习题课一次

线性系统 第 11 周 1 学时

气体动力学 第 12 周 1 学时 习题课一次

统计物理 第 12 周 2 学时

布朗运动 第 13 周 2 学时 习题课一次

动力学应用 第 13 周 1 学时

扩散 第 14 周 1 学时 习题课一次

热力学的定律 第 14 周 2 学时

热力学应用 第 15 周 2 学时 习题课一次

声波 第 16 周 1 学时 习题课一次

拍频 第 16 周 1 学时

波动模式 第 16 周 1 学时

谐波 第 17 周 1 学时

生活中的波动 第 17 周 1 学时

128

期末考试 第 18 周 2 学时 闭卷

《分析化学》

一、课程基本信息

开课单位: 物质科学与技术学院 课程代码: CHEM1191

课程名称: 分析化学 英文名称: Analytical Chemistry

学 分: 3 学 时: 48

授课对象: 授课语言: 中英文

先修课程:

二、课程简介和教学目的

分析化学是化学领域的重要分支，是应用各种理论、方法、仪器研究物质组成和性质的

一门科学。本课程主要是分析化学的基础理论部分：定量化学分析。

通过本课程的学习，学生可以掌握经典的化学分析方法如计量关系，浓度计算，重量分

析，滴定分析等，并对电化学和基本的现代仪器分析有一定了解。

三、教学内容、教学方式和学时安排

教学进度 教学内容 学时安排 教学方式

第一周 Chapter 0-2 介绍，国际单

位，浓度计算 3

课堂教学，讨论，

练习

第二周 Chapter 3.误差分析及不确定

性的传递 3

课堂教学，讨论，

练习

第三周 Chapter 4. 基本统计原理 3 课堂教学，讨论，练

习

第四周 Chapter 5.质量控制和校正方

法 3

课堂教学，讨论，

练习

129

第五周 Chapter 6. 化学平衡和缓冲溶

液

3 课堂教学，讨论，

练习

第六周

Chapter 7.滴定导论

3

课堂教学，讨论，

练习

第七周 阶段性复习+习题讨论 3 讨论，练习

第八周

期中考试

3

书面闭卷考试

第九周

Chapter 8. 活度和系统的平衡

计算方法

3

课堂教学，讨论，

练习

第十周

Chapter 9. 多元酸碱平衡

3

课堂教学，讨论，

练习

第十一周

Chapter 10 酸碱滴定

3

课堂教学，讨论，

练习

第十二周

Chapter 11. 络合反应和滴定

3

课堂教学，讨论，

练习

第十三周 Chapter 14,16: 电化学基础和

氧化还原滴定 3

课堂教学，讨论，

练习

第十四周

Chapter 23，27 分离基础和重

量分析

3

课堂教学，讨论，

练习

第十五周 现代仪器分析概述（光谱，

色谱） 3

课堂教学，讨论，

练习

第十六周 期末复习+习题讨论 3 讨论，练习

130

第十七周

第十八周

期末考试

书面闭卷考试

《电动力学》

一、课程基本信息

开课单位: 物质科学与技术学院 课程代码: PHYS1304

课程名称: 电动力学 英文名称: Electrodynamics

学 分: 3 学 时: 48

授课对象: 授课语言: 中英文

先修课程:

二、课程简介和教学目的

经典电动力学主要研究电磁场的基本性质、运动规律以及电磁场与带电物体

之间的相互作用，是理论物理重要的组成部分，本科生四大力学之一。本课

程将在电磁学课程的基础上系统的介绍电磁场理论的基本概念和方法。通过

本课程的学习，使学生理解并掌握电动力学的基本概念和基本理论，掌握基

本的计算方法和技巧，学会科学的思维方法，提高分析问题和解决问题的能

力。

三、教学内容、教学方式和学时安排

课堂教学内容 教学进度和学时安排 教学方式

第 0章 绪论

一、《电动力学》的主要

内容、研究对象等

二、电磁场理论的发展史

第 1 周

4 学时（每周 1 次 3 节

课）

课堂教学、

课堂练习和讨论

习题分析

131

三、数学知识补充（矢量

分析和算符运算）

第二章 电磁现象的普遍规

律

第一节 电荷和电场

1、库仑定律（电荷连续

分布带电体的电场）

2、高斯定理，静电场的

散度（矢量场的两个基本性

质）

3、静电场的旋度

第二节 电流和磁场

1、电荷守恒定律（微分

形式和积分形式）

2、用毕-萨定律证明磁场

旋度和散度公式

第三节 麦克斯韦方程组

1、电磁感应定律

2、位移电流

3、麦克斯韦方程组

4、洛伦兹力公式

第四节 介质的电磁性质

1、极化和磁化的物理图

象及描述

2、极化强度的散度和磁

化强度的旋度

第 2 周-第 4 周

12 学时

课堂教学、

课堂练习和讨论

习题分析

132

3、物质方程

4、介质中的 Maxwell 方

程

第五节 电磁场的边值关系

1、Maxwell 方程的积分

形式

2、法向分量的跃变

3、切向分量的跃变

第六节 电磁场的能量和能流

1、场和电荷系统的能量

转化和守恒定律的一般形式

2、电磁场能量密度和能

流密度表示式

3、电磁能量的传输

第二章 静电场

第一节 静电场的标势及其微

分方程

1、静电场的标势

2、静电势的微分方程和

边值关系

3、静电场的能量

第二节 唯一性定理

1、静电问题的唯一性定

理

第 5 周-第 6 周

8 学时

课堂教学、

课堂练习和讨论

习题分析

133

2、有导体存在时的唯一

性定理

第三节 拉普拉斯方程 分离

变量法

1、分离变量法

2、边界条件的使用

第四节 电像法

1、电像法的物理原理

2、电像法的适用区域

第五节 格林函数法（选讲）

1、点电荷密度的 δ 函数

表示

2、格林函数

3、格林公式和边值问题

的解

第六节 电多极矩

1、电势的多极展开

2、电多极矩

3、电荷体系在外电场中的

能量

第三章 静磁场

第一节 矢势及其微分方程

一、矢势（规范条件）

二、矢势微分方程

第 7 周-第 8 周

8 学时

课堂教学、

课堂练习和讨论

习题分析

134

三、矢势边值关系

四、静磁场的能量

第二节 磁标势

一、磁标势的适用条件

二、磁标势满足的方程

三、磁标势与静磁场的关

系

第三节 磁多极矩

一、矢势的多级展开

二、磁偶极矩的场和磁标

势

三、小区域内电流分布在

外磁场中的能量

第四节 阿哈罗诺夫－玻姆效

应（选讲）

一、电子双缝衍射实验

二、A-B 效应的解释

三、矢势对磁场的描述

第五节 超导体的电磁电性

（选讲）

一、超导体的基本电磁现

象

二、超导体的电磁性质方

程（伦敦方程）

三、超导体的完全抗磁性

四、超导环的磁通量子化

135

五、非局域理论，第一类

和第二类超导体，磁通钉扎

六、BCS 理论，高温超

导体

第四章 电磁波的传播

第一节 平面电磁波

1、电磁场波动方程

2、时谐波动方程

3、平面电磁波

4、电磁波的能量和能流

第二节 电磁波在介质界面上

的反射和折射

1、反射和折射定律

2、振幅关系，菲涅耳公

式

3、全反射

第三节 有导体存在时电磁波

的传播

1、导体内的自由电荷分

布

2、导体内的电磁波

3、趋肤效应和穿透深度

4、导体表面上的反射

第四节 谐振腔

第 9 周-第 11 周

10 学时`

课堂教学、

课堂练习和讨论

习题分析

136

1、有界空间中的电磁波

2、理想导体边界条件

3、谐振腔

第五节 波导管

1、高频电磁能量的传输

2、矩形波导中的电磁波

3、截止频率

4、TE10 波的电磁场和管

壁电流

第六节 高斯光束（选讲）

1、亥姆霍兹方程的波束

解

2、高斯光束的传播特性

第七节 等离子体（选讲）

1、等离子体的准电中性

和屏蔽库仑场

2、等离子体振荡

3、电磁波在等离子体中

的传播

第五章 电磁波的辐射

第一节 电磁场的矢势和标势

1、用势描述电磁场

2、规范变换和规范不变

性

第 11 周-第 13 周

8 学时

课堂教学、

课堂练习和讨论

习题分析

考试复习

137

3、达朗贝尔方程

第二节 推迟势

1、达朗贝尔方程的解

2、推迟势的物理图像

第三节 电偶极辐射

1、计算辐射场的一般公

式

2、矢势的展开式

3、偶极辐射

4、辐射能流，角分布，

辐射功率，短天线的辐射，辐

射电阻

第四节 磁偶极辐射和电四极

辐射（选讲）

1、高频电流分布的磁偶

极矩和电四极矩

2、磁偶极辐射

3、电四极辐射

第五节 天线辐射（选讲）

1、天线上的电流分布

2、半波天线

3、天线阵

第六节 电磁波的衍射（选

讲）

1、衍射问题

138

2、基尔霍夫公式

3、小孔衍射

第七节 电磁场的动量

1、电磁场的动量密度和

动量流密度

2、辐射压力

第六章 带电粒子与电磁场的

相互作用

第一节 运动带电粒子的势和

辐射电磁场

1. 李纳-维谢尔势

2. 任意运动带电粒子的电

磁场,

3. 带电粒子高速运动时的

辐射

4. 直线加速 器与回旋加

速器,

第二节 带电粒子的电磁场对

粒子的反作用,

第二节 电磁波的散射和吸收,

介质色散的经典描述

第 13 周-第 14 周

4 学时

课堂教学、

课堂练习和讨论

习题分析

考试复习

第七章 狭义相对论与电动力

学的相对论协变性

第一节 狭义相对论的实验基

础

1、相对论产生的历史背景

2、相对论的实验基础

第 14 周-第 16 周

8 学时

课堂教学、

课堂练习和讨论

习题分析

考试复习

139

第二节 相对论的基本原

理 洛伦兹变换

1、相对论的基本原理

2、间隔不变性

3、洛伦兹变换

第三节 相对论的时空理论

1、相对论时空结构

2、因果律和相互作用的最大

传播速度

3、同时相对性

4、运动时钟的延缓

5、运动尺度的缩短

6、速度变换公式

第四节 相对论理论的四维形

式

1、三维空间的正交变换

2、物理量按空间变换分类

3、洛伦兹变换的四维形

式

4、四维协变量

5、物理规律的协变性

第五节 电动力学的相对论不

变性（选讲）

1、四维电流密度矢量

2、四维势矢量

140

3、电磁场张量

4、电磁场的不变量

第六节 相对论力学（选讲）

1、能量－动量四维矢量

2、质能关系

3、相对论力学方程

4、洛伦兹力

第七节 电磁场中带电粒子的

拉格朗日量和哈密顿量（选

讲）

1、拉格朗日形式

2、哈密顿形式

3、非相对论情形

期末考试

第 17 周

2 学时

闭卷

《结构化学》

一、课程基本信息

开课单位: 物质科学与技术学院 课程代码: CHEM1371

141

课程名称: 结构化学 英文名称: Structural Chemistry

学 分: 4 学 时: 64

授课对象: 授课语言: 中英文

先修课程:

二、课程简介和教学目的

《结构化学》课程是一门在原子、分子水平上认识物质微观结构的课程，内

容涵盖量子力学基本原理及其在化学中的应用，包括原子结构、分子结构以

及相应的光谱学技术和原理，其前修课程包括：无机化学、有机化学、高等

数学含线性代数、大学物理等。

三、教学内容、教学方式和学时安排

课堂教学内容 周次/课时 教学方式

0 课程介绍 1/2

1 量子力学基本原理

1.1 量子力学的产生

1/2

1.2 薛定谔方程 2/2

1.3 波函数 2/2

2. 量子力学的简单应用

2.1 平移运动

3/2

2.2 振动与转动 3/2

2.3 近似方法 4/2

量子力学基本假设 4/2 习题分析、

讨论

3. 原子结构

3.1 氢原子的薛定谔方程

5/2

3.2 氢原子的能级和波函数 5/2

142

3.3 多电子原子结构 6/2

3.4 原子光谱 6/2 习题分析、

讨论

4. 分子结构

4.1 价键理论

双原子分子

7/2

多原子分子 7/2

4.2 分子轨道理论

双原子分子结构

8/2

4.3 多原子分子结构 8/2 习题分析、

讨论

5. 分子对称性

5.1 对称元素与对称操作

9/2

5.2 分子对称性分类 9/2

5.3 特征标表 10/2 习题分析、

讨论

6. 分子的振动和转动光谱

6.1 光谱特征

10/2

6.2 转动光谱 11/2

6.3 双原子分子的振动光谱 11/2

6.4 多原子分子的振动光谱 12/2 习题分析、

讨论

7. 电子光谱

7.1 电子跃迁

12/2

7.2 电子退激 13/2

7.3 光电子能谱 13/2 习题分析、

讨论

143

8. 磁共振

8.1 磁场对电子和核的作用

14/2

8.2 核磁共振 14/2

8.3 NMR 技术 15/2

8.4 ESR 15/2

复习 16/2 习题分析、

讨论

考试 16/2 闭卷

《量子力学》

一、课程基本信息

开课单位: 物质科学与技术学院 课程代码: PHYS1501

课程名称: 量子力学 英文名称: Quantum Mechanics

学 分: 4 学 时: 64

授课对象: 授课语言: 中英文

先修课程: 数学物理方法 II 理论力学 数学物理方法 I

二、课程简介和教学目的

量子力学是物理学的基本理论。本课程为物理专业本科生的必修课。在本课

程中主要讲授量子力学的基本理论以及量子力学的基本应用。

通过本课程的学习，可以掌握量子力学的基本思想，量子力学的数学工具，

量子力学的假设，自旋-1/2与双能级体系，一维谐振子，量子力学中角动量

的基本性质，粒子在中心势场中的运动，氢原子，散射理论，电子自旋，角

动量的合成，定态微扰理论，与时间有关问题的近似方法，全同粒子体系。

通过本课程的学习，可以了解量子力学在激光物理、原子分子物理、固体物

理中的一些应用。

三、教学内容、教学方式和学时安排

144

课堂教学内容

教学进度

和学时安

排

教学方式

第一章 早期量子现象

光电效应，Compton 效应，氢原子光谱，

Franck-Hertz 实验，Stem-Gerlach 实验，

Wien 辐射定律，Rayleigh-Jeans 辐射定律，

Planck 辐射定律。

第 1 周

2 学时

课堂教学,

课堂讨论

第二章 波粒二象性

De Broglie 波，de Broglie 关系，Young 双缝

实验，物质波的衍射，波函数，波函数的统

计解释，Schr?dinger 方程，连续性方程，叠

加原理，自由粒子，波包，自由波包的时间

演化。

第 1 周

2 学时

课堂教学,

课堂讨论

第三章 力学量的表述

线性算符，厄密算符，位置算符，动量算

符，动能算符，角动量算符，哈密顿算符，

量子力学中的基本对易关系，正则量子化，

Heisenberg 不确定性原理，能量-时间不确定

性原理，位置算符、动量算符、角动量算符

的本征值和本征函数。

第 2 周

4 学时

课堂教学,

课堂讨论

第四章 不含时标量势场中粒子的运动

空间变量与时间变量的分离，定态，定态的

叠加，一维方势场。

第 3 周

2 学时

课堂教学,

课堂讨论

第五章 量子力学的数学工具

单粒子波函数空间，波函数空间的结构，标

量积，离散正交归一基底，封闭性关系，态

空间，Dirac 符号，左矢与右矢。

第 3 周

2 学时

课堂教学,

课堂讨论

第五章 量子力学的数学工具

表象的定义，正交归一关系，封闭性关系，

左矢的表示，右矢的表示，算符的表示，表

象变换，右矢分量的变换，左矢分量的变

换，算符矩阵元的变换，可观测量，可观测

第 4 周

4 学时

课堂教学,

课堂讨论

145

量完全集，坐标表象与动量表象，Schwarz

不等式，幺正算符，宇称算符，张量积的定

义与性质，直积空间中的本征值方程。

第六章 量子力学的假设

体系状态的描述，物理量的描述，物理量的

测量，体系随时间的演化，量子化规则，测

量过程，给定态中可观测量的平均值，方均

根偏差，可观测量的相容性，叠加原理，概

率守恒，概率幅与干涉效应，密度算符，时

间演化算符，Schr?dinger、Heisenberg、相

互作用图像，规范不变性，Schr?dinger 方程

的传播子，不稳定能级，寿命，任意形状势

阱中粒子的束缚态，任意形状势阱或势垒中

粒子的非束缚态，一维周期性结构中粒子的

量子性质。

第 5 周

4 学时

课堂教学,

课堂讨论

第七章 自旋 1/2 与双能级体系

可观测量 Sz与自旋态空间，其它自旋可观

测量，各种自旋状态的实际制备，自旋测

量，均匀磁场中自旋 1/2 的演化，耦合对双

能级体系定态的影响，双能级体系在两个非

扰动状态之间的振荡，Pauli 矩阵，矩阵的

对角化，与双能级体系相联系的虚拟自旋

1/2，两个自旋 1/2 粒子的体系，自旋 1/2 密

度矩阵，静磁场与旋转磁场中的自旋 1/2 粒

子：磁共振。

第 6 周

4 学时

课堂教学,

课堂讨论

第八章 一维谐振子

谐振子在物理中的重要性，经典力学中的谐

振子，量子力学哈密顿量的一般性质，能谱

的确定，本征值的简并性，哈密顿量的本征

态，与定态相联系的波函数，基态的性质，

平均值的时间演化，位置表象中的定态研

究，Hermite 多项式，用多项式方法求解谐

振子的本征值方程，动量表象中的定态研

究，三维各向同性谐振子。

第 7 周

4 学时

课堂教学,

课堂讨论

第八章 一维谐振子

均匀电场中的带电谐振子，无限长耦合谐振

子链的振动模，谐振子的准经典相干态，连

第 8 周

2 学时

课堂教学,

课堂讨论

146

续物理体系的振动模，处于有限温度下热力

学平衡态的谐振子。

第九章 量子力学中角动量的一般性质

定义与符号，和本征值，标准表象，的本征

值，球谐函数，角动量与转动，双原子分子

的转动，二维谐振子在定态中的角动量，磁

场中的带电粒子：Landau 能级。

第 8 周

2 学时

课堂教学,

课堂讨论

期中考试

第 9 周

2 学时

考试

第十章 中心势场中的粒子 氢原子

分离变量，中心势场中粒子的定态，经典力

学中的质心运动与相对运动，量子力学中的

分离变量，氢原子的 Bohr 模型，氢原子的

量子理论。

第 9 周

2 学时

课堂教学,

课堂讨论

第十章 中心势场中的粒子 氢原子

类氢体系，各向同性三维谐振子，与氢原子

定态相联系的概率流，均匀磁场中的氢原

子，顺磁性与抗磁性，Zeeman 效应，双原

子分子的振动-转动能级。

第 10 周

2 学时

课堂教学,

课堂讨论

第十一章 散射的量子理论

碰撞现象的重要性，势散射，散射截面的定

义，稳定散射态的定义，利用概率流计算散

射截面，散射积分方程，Born 近似，分波

法原理。

第 10 周

2 学时

课堂教学,

课堂讨论

第十一章 散射的量子理论

自由粒子的定态，势场中的分波，散射截面

的相移表达式，自由粒子的具有确定角动量

的定态，弹性散射截面，吸收截面，总截

面，光学定理，Yukawa 势的 Born 近似，硬

球上的低能散射。

第 11 周

2 学时

课堂教学,

课堂讨论

第十二章 电子自旋 第 11 周

2 学时

课堂教学,

课堂讨论

147

实验证据，量子描述: Pauli 理论的假设，角

动量 1/2 的特殊性质，可观测量与态矢量，

物理测量概率的计算，自旋 1/2 粒子的转动

算符。

第十三章 角动量的合成

经典力学中的总角动量，量子力学中总角动

量的重要性，两个自旋 1/2 的合成，任意两

个角动量的合成，角动量合成的例子，

Clebsch-Gordan 系数，球谐函数的合成，

Wigner-Eckart 定理。

第 12 周

4 学时

课堂教学,

课堂讨论

第十四章 定态微扰理论

本征值方程的近似解，能量的一级修正，本

征矢的一级修正，能量的二级修正，本征矢

的二级修正，简本能级的微扰，van der

Waals 力。

第 13 周

4 学时

课堂教学,

课堂讨论

第十四章 定态微扰理论

体积效应：原子核的空间延展性对原子能级

的影响，变分方法，固体中电子的能带：简

单模型，化学键的简单例子：离子。

第 14 周

2 学时

课堂教学,

课堂讨论

第十五章 氢原子的精细与超精细结构

精细结构哈密顿量，与质子自旋相关的磁相

互作用：超精细哈密顿量，能级的精细结

构，能级的超精细结构， 基态超精细结构

的 Zeeman 效应，氢原子的 Stark 效应。

第 14 周

2 学时

课堂教学,

课堂讨论

第十六章 与时间有关问题的近似方法

表象中的 Schr?dinger 方程，微扰方程，时

刻体系的状态，跃迁概率，正弦微扰，态密

度，Fermi 黄金规则，原子与电磁波的相互

作用，共振微扰作用下体系在两离散态之间

的振动，与连续终态共振耦合的离散态的衰

变。

第 15 周

4 学时

课堂教学,

课堂讨论

第十七章 全同粒子体系 第 16 周

4 学时

课堂教学,

课堂讨论

148

全同粒子的定义，经典力学中的全同粒子，

量子力学中的全同粒子，两粒子体系，任意

数目粒子体系，对称化假设，交换简便的消

除，物理右矢的构造，其它假设的应用，

Pauli 不相容原理，独立全同粒子体系的基

态，量子统计，直接与交换过程之间的干

涉，可忽略对称化假设的情形，多电子原

子，电子结构，氦原子的能级，电子气的物

理性质，在固体上的应用。

期末考试 第 17/18

周 闭卷

《普通物理 I 实验》

一、课程基本信息

开课单位: 物质科学与技术学院 课程代码: PHYS1111

课程名称: 普通物理 I 实验 英文名称: General Physics I Lab

学 分: 1 学 时: 39

授课对象: 授课语言: 中文

先修课程:

二、课程简介和教学目的

本课程主要介绍物理学的概况。着重介绍经典力学以及热力学的基本

框架，以及相关知识在生活中的应用。通过本课程，培养学生对物理

学的兴趣，为以后学习更高阶的课程打下基础，并让学生适应从高中

到大学的学习方法的转变。

三、教学内容、教学方式和学时安排

课堂教学内容 教学进度和学时安

排 教学方式

149

实验一 数据处理与误差分析 第 3 周，3 学时

课前预习、在

老师指导下实

验操作、课堂

讨论、课后总

结报告

实验二 单摆周期测量 第 5 周，3 学时

实验三 物体密度测量 第 6 周，3 学时

实验四 理想气体状态方程验

证 第 7 周，3 学时

实验五 液体表面张力的测定 第 8 周，3 学时

实验六 测量物体的杨氏模量 第 9 周，3 学时

实验七 液体粘度的测量和研

究 第 10 周，3 学时

实验八 弹簧谐振子周期测量 第 11 周，3 学时

实验九 测定物质的比热容 第 12 周，3 学时

实验十 物质导热率的测定 第 13 周，3 学时

实验十一 声速测量 第 14 周，3 学时

实验十二 补做实验 第 15 周，3 学时

实验十二 补做实验 第 16 周，3 学时

期末考试 第 17 周，2 学时 闭卷

《激光原理技术》

一、课程基本信息

开课单位: 物质科学与技术学院 课程代码: PHYS1553

课程名称: 激光原理技术 英文名称: Laser Principles & Technologies

150

学 分: 3 学 时: 48

授课对象: 授课语言: 中文

先修课程:

二、课程简介和教学目的

"《激光原理与技术》是物理学专业的一门专业选修课程。本课程的目的在

于介绍激光的基本理论知识和基本技术。通过激光原理与技术的教学，使

学生了解和掌握激光产生的基本原理，技术和其在工业、医学、军事和科

研领域中的应用，培养学生分析解决激光物理问题的能力，为今后从事激

光方向的科学研究打下基础。"

三、教学内容、教学方式和学时安排

课堂教学内容 教学进度和学时

安排 教学方式

《激光原理与技术》绪论

历史背景及课程安排

第 1 周

1 学时

课堂教学、讨论

辐射理论概要与激光产

生的条件

第一节 光的波粒二象性

第二节 原子的能级和辐射跃迁

第三节 光的受激辐射

第四节 光谱线增宽

第五节 激光形成的条件

第 1 周→第 3 周

6 学时

课堂教学、课后复

习（作业）、文献

阅读、讨论

激光器的工作原理

第一节 光学谐振腔结构与稳定

性

第二节 速率方程组与粒子数反

转

第 3 周→第 5 周

7 学时

课堂教学、课后复

习（作业）、文献

阅读、讨论

151

第三节 均匀增宽介质的增益系

数和增益饱和

第四节 非均匀增宽介质的增益

饱和

第五节 激光器的损耗与阈值条

件

第三章激光器的输出特性

第一节 光学谐振腔的衍射理论

第二节 对称共焦腔内外的光场

分布

第三节 高斯光束的传播特性

第四节 稳定球面腔的光束传播

特性

第五节 激光输出功率

第 5 周→第 7 周

7 学时

课堂教学、课后复

习（作业）、文献

阅读、讨论

讨论课

第 8 周

2 学时

习题分析、讨论

第四章 激光的基本技术

第一节 激光器输出的选模

第二节 激光器的稳频

第三节 激光束的变换

第四节 激光调制技术

第五节 激光偏转技术

第六节 激光调 Q 技术

第七节 激光锁模技术

第 8 周→第 10 周

7 学时

课堂教学、课后复

习（作业）、文献

阅读、讨论

第五章 典型激光器介绍 第 11 周→第 12 周

4 学时

课堂教学、课后复

习（作业）、文献

阅读、讨论

152

第一节 固体激光器

第二节 气体激光器

第三节 染料激光器

第四节 半导体激光器

第五节 其他激光器

第六章 激光器的应用

第一节 激光器在精密测量

中的应用

第二节 激光加工技术

第三节 激光在医学中的应用

第四节 激光在信息技术中的应

用

第五节 激光在军事中的应用

第 12 周→第 13 周

5 学时

课堂教学、课后复

习（作业）、文献

阅读、讨论

第七章 激光在科学技术前沿问

题中的应用

第一节 激光核聚变

第二节 激光冷却

第三节 激光操纵微粒

第四节 激光诱导化学过程

第五节 激光光谱学

第 13 周→第 16 周

8 学时

课堂教学、课后复

习（作业）、文献

阅读、讨论

激光器安全和

防护

第 16 周

1 学时

课堂教学、文献阅

读、讨论

期末考试

第 17 周

2 学时

闭卷

153

《原子物理学》

一、课程基本信息

开课单位: 物质科学与技术学院 课程代码: PHYS1393

课程名称: 原子物理学 英文名称: Atomic Physics

学 分: 3 学 时: 48

授课对象: 授课语言: 中文

先修课程:

二、课程简介和教学目的

原子物理学为物理学专业的必修课，是物理学专业的一门重要基础

课。本课程的主要目标和任务是：以原子结构为中心，以实验事实及

近代物理学史为线索，了解原子和原子核层次的物质结构、运动和变

化规律，揭示宏观物理现象的内在微观机制，建立量子力学基本概

念。通过本课程的学习，进一步培养学生基本的物理科学研究方法及

创新思维，使学生对物质世界有更深入的认识，获得在本课程领域内

分析和处理一些最基本问题的初步能力，为进一步学习量子力学课程

打下良好基础。

三、教学内容、教学方式和学时安排

课堂教学内容 教学进度和学时安

排 教学方式

第一章 原子结构

1.1 历史背景

1.2 卢瑟夫模型的提出

1.3 卢瑟夫散射公式

1.4 卢瑟夫公式的实验验证

第 1 周，第 2 周，

4.5 学时

课堂教学、课

后复习（作

业）、解疑、

文献阅读、讨

论

154

1.5 行星模型的意义及困难

习题课（一） 第 2 周 1.5 学时 习题分析、讨

论

第二章 原子的量子态

2.1 历史背景

2.2 波尔模型

2.3 氢及类氢原子光谱

2.4 夫兰克-赫兹实验

2.5 波尔模型的推广

第 3 周，第 4 周，

4.5 学时

课堂教学、课

后复习（作

业）、解疑、

文献阅读、讨

论

习题课（二） 第 4 周 1.5 学时 习题分析、讨

论

第三章 量子力学导论

3.1 波尔理论的困难

3.2 波粒两象性

3.3 不确定性

3.4 波函数及其统计规律

3.5 薛定谔方程

第 5 周，第 6 周，

6 学时

课堂教学、课

后复习（作

业）、解疑、

文献阅读、讨

论

习题课（三） 第 7 周 1 学时 习题分析、讨

论

期中考试 第 7 周 2 学时 闭卷

第四章 原子光谱的精细结

构：电子的自旋

4.1 原子中电子轨道运动的磁

矩

4.2 史特恩-盖拉赫实验

第 8 周，第 9 周，

6 学时

课堂教学、课

后复习（作

业）、解疑、

文献阅读、讨

论

155

4.3 电子自旋假设

4.4 碱金属原子光谱双线结构

4.5 塞曼效应

4.6 自旋分辨电子谱学

习题课（四） 第 10 周 1.5 学时 习题分析、讨

论

第五章 多电子原子：泡利原

理

5.1 氦原子光谱及能级

5.2 两个电子的耦合

5.3 泡利不相容原理

5.4 元素周期表

第 10 周，第 11

周，4.5 学时

课堂教学、课

后复习（作

业）、解疑、

文献阅读、讨

论

习题课（五） 第 12 周 1.5 学时 习题分析、讨

论

第六章 x-射线

6.1 x-射线的发现及其波动性

6.2 x-射线的产生机制

6.3 康普顿散射

6.4 x-射线的吸收

第 12 周，第 13

周， 3 学时

课堂教学、课

后复习（作

业）、解疑、

文献阅读、讨

论

习题课（六） 第 13 周 1.5 学时 习题分析、讨

论

第七章 原子核物理概论

7.1 原子核物理的对象

7.2 核质量

7.3 核力

第 14 周，第 15

周， 4.5 学时

课堂教学、课

后复习（作

业）、解疑、

文献阅读、讨

论

156

7.4 核矩

7.5 放射性衰变

7.6 核反应

7.7 裂变和聚变

习题课（七） 第 15 周 1.5 学时 习题分析、讨

论

期末复习，答疑 第 16 周 3 学时 讨论、答疑

期末考试 2 学时 闭卷

《有机化学 I》

一、课程基本信息

开课单位: 物质科学与技术学院 课程代码: CHEM1321

课程名称: 有机化学 I 英文名称: Organic Chemistry I

学 分: 3 学 时: 48

授课对象: 授课语言: 中英文

先修课程:

二、课程简介和教学目的

"课程简介： 有机化学大体是研究各种以碳为骨架的化合物的科

学，是化学学科中的重要分支，在整个人类科学体系中也处于中心地

位。经过上百年的发展，有机化学工业为人类社会提供了不计其数的

药品和化工产品，大大提高了人类的整体生活水平。有机化学传统上

与生命科学、药学等结合紧密，与人类的健康生活密切相关；20世纪

初期开始起步的石油炼制工业为人类提供了高校的能源；在二战之后

又孕育了高分子科学，为人类提供了一大类低成本材料；近年在有机

材料、有机半导体、有机太阳能电池等领域的科学进展令有机化学与

材料、电子信息等新兴学科的结合愈加紧密，是有机化学的最新发展

方向。有机化学在化学领域中，与无机化学交叉产生了金属有机化

学、金属催化化学、高分子化学等子领域，与物理化学交叉产生了物

理有机化学、计算化学、表面催化等子领域，与分析化学交叉产生了

应用广泛的色谱、质谱、核磁等分析方法，与生物化学交叉产生了研

究小分子对生物体系作用的化学生物学等前沿领域。 有机化学是一

157

门实验科学，全部理论和应用成就都建立在坚实的实验基础之上，百

年以来发展了多种多样的处理有机物、实施有机反应的经验和实验技

术。本课程将与配套实验课程紧密结合，通过典型实验配合、拓展理

论课堂学习，并介绍多种当代研究中最常用的实验技术。 如前所

述，经过百年以上的发展，有机化学家们从实验中积累了大量的经

验，总结出既有系统性又有多样性的规律，并成功地以此进行了大量

创新。这些规律的核心是有机化学反应机理。反应机理可将孤立的化

合物和化学反应联系起来，形成有逻辑的整体，解释实验现象，预测

未知反应，并指导进一步的创新实践。 因有机化学内容繁多，第一

学期将视学生基础，首先主要介绍有机物命名、结构理论、立体化

学、波谱/色谱等分离表征方法等“静态”内容，再开始依次介绍各

种反应类别、相关化合物的性质、来源、合成等内容，预计将包括羰

基亲核加成、羰基亲核取代、烷基亲核取代、消除反应、不饱和烃亲

电加成、芳香化合物亲电取代、共轭加成以及环加成反应。预计第二

学期将讲授芳香化合物亲核取代、自由基反应、光化学反应、官能团

转化、杂元素化合物、多步合成、金属有机反应、不对称反应、高分

子聚合等高级内容。应用拓展方面，预计两个学期内将依内容相关性

介绍石化工业、能源工业、生物化学、农业、橡胶工业、食品工业、

制药工业、精细化工、绿色化学中各类有机反应的应用，以及计算化

学、有机新材料、化学生物学等最新进展。教学目的： 我国在各大

化学化工传统及前沿研究方向，以及生命科学各领域中，均需要大量

具备有机化学基本素质的高质量人才。因此，为培养未来学术界与产

业界的领袖，上海科技大学面向物质科学与技术学院、生命科学与技

术学院本科生开设有机化学课是实现这两个学院本科生培养目标的必

要条件。 本课程将以有机反应机理为核心，讲述内容包括有机物命

名、结构、合成、反应、机理、表征等，力求将传统有机化学课堂以

记忆为主的学习模式转变为理解反应机理为主的学习模式，并在此基

础上扩展学生们的知识面。 学生通过该课程两个学期的学习之后，

将基本掌握各类有机化合物的结构与性质的关系，可以独立提出反应

机理解释实验现象，能够通过各类有机化合物的结构预测它们的反应

性，能够通过有机分子的结构提出可行的合成路线

三、教学内容、教学方式和学时安排

理论课课堂教学内容 教学进度和学时安排 教学方式

绪论(Clayden Ch. 1) 1 学时 课堂教学、课后

复习（作业）

回顾结构理论：原子轨道、分子

轨道、杂化轨道(Ch. 4) 1 学时

结构与命名(Ch. 2)

1 学时

158

1 有机结构式书写、官能团、异

构体

2 有机物命名

有机物结构测定简介(Ch. 3)

1 电子衍射、X 射线

2 质谱

3 核磁共振原理及碳谱

4 红外光谱

1 学时

1 学时

1 学时

有机分子结构理论

2 构象分析(Ch. 16)

3 立体化学(Ch. 14)

2 学时

2 学时

电子对转移概论

1 反应和机理书写(Ch. 5)

2 羰基亲核加成(Ch. 6)

2 学时

2 学时

随堂期中考试 I 2学时 100 分钟闭卷

3 离域与共轭(Ch. 7)

4 酸、碱、pKa(Ch. 8)

5 金属试剂构建 C-C 键(Ch. 9)

2 学时

2 学时

1 学时

羰基亲核取代

1 羧酸衍生物转化(Ch. 10)

2 羰基氧的离去(Ch. 11)

2 学时

1 学时

平衡、速率、机理(Ch. 12) 2 学时

核磁共振氢谱(Ch. 13) 2 学时

烷基亲核取代(Ch. 15) 2 学时

消除反应(Ch. 17) 2 学时

随堂期中考试 II 2学时 100 分钟闭卷

亲电加成反应(Ch. 19) 2 学时

烯醇、烯醇盐的生成与反应

(Ch. 20) 2 学时

159

烯醇、烯醇盐的烷基化(Ch.

25) 2 学时

共轭加成(Ch. 22, 25) 2 学时

烯醇盐与羰基：羟醛缩合(Ch.

26) 2 学时

期末考试 第 17/18 周 120 分钟闭卷

《材料科学基础 I》

一、课程基本信息

开课单位: 物质科学与技术学院 课程代码: MSE1381

课程名称: 材料科学基础 I 英文名称: Fundamentals of Materials Science I

学 分: 3 学 时: 48

授课对象: 授课语言: 中英文

先修课程:

二、课程简介和教学目的

《材料科学基础 I》是材料类专业的一门主干课，介绍材料科学研究所需的

原子结构与键合、晶体学基础、固体材料结构、晶体的塑性变形、晶体缺

陷、固体扩散和 X射线衍射等相关的基础知识、软件应用、认知实验、以及

合成与表征、性能研究等实践。

三、教学内容、教学方式和学时安排

课堂教学内容 教学进度和学时安排 教学方式

一、绪 论 第 1 周（2 学时） 讲课

160

二、原子结构和键合

1. 原子结构

2.1 原子结构理论的发展历程

2.2 量子数与电子轨道

2.3 电子组态

2.4 元素周期表

2. 原子间的键合

1. 金属键

2. 离子键

3. 共价键

4. 范德华力

5. 氢键

第 2 周（4 学时）

讲课

作业

三、晶体学基础

3.1 空间点阵

3.2 晶系和布拉维点阵

3.3 晶向指数和晶面指数

3.4 常见晶体结构

3.5 常见金属晶体中的空隙

3.6 晶面指数和晶向指数

3.7 一些重要的晶体学公式

3.8 晶体的堆垛方式

3.9 晶体投影

3.10 倒易点阵

3.11 布拉格方程

第 3 周（2 学时）

第 4 周（4 学时）

第 5 周（2 学时）

讲课

作业

161

3.12 倒易空间

3.13 Ewald sphere

3.14 散射因子

3.15 系统消光

3.16 旋转对称轴

3.17 32 种晶体学点群

3.18 230 种空间群

2.19 一些其他的晶体学描述

四、固体结构

4.1 合金相结构概述

4.2 影响合金相结构的主要因素

4.3 固溶体

4.4 超晶格

4.5 离子化合物

4.6 陶瓷材料晶体结构

4.7 色心

4.8 金属间化合物

4.9 价化合物

4.10 电子化合物

4.11 尺寸因素化合物-密排相

4.12 硅酸盐

4.13 高分子晶体

4.14 非晶态固体

第 6 周（4 学时）

第 7 周（2 学时）

第 8 周（4 学时）

讲课

作业

162

五、晶体的范性形变

5.1 引言

5.2 滑移系统

5.3 滑移时参考方向和参考面的变

化

5.4 滑移过程中晶体的转动

5.5 加工硬化

5.6 晶体滑移后的表面形貌

5.7 孪生(Ⅰ)—微观方面

5.8 孪生(Ⅱ)—宏观方面

5.9 滑移和孪生的比较

5.10 多晶体塑性形变的基本特征

第 9 周（2 学时）

第 10 周（4 学时）

讲课

作业

课堂展示 第 11 周（2 学时）

讲课

作业

六、固体中的扩散与晶格振动

1. 固体中的扩散

6.1 引言

6.2 热缺陷的运动、产生与复合

6.3 基本扩散定律——菲克定律

6.4 稳态扩散及其应用

6.5 非稳态扩散

6.6 柯根达尔效应和分扩散系数

第 12 周（4 学时）

第 13 周（2 学时）

第 14 周（4 学时）

讲课

作业

163

6.7 扩散热力学

6.8 扩散微观理论和机制

6.9 影响扩散的因素

6.10 反应扩散

6.11 离子晶体中的扩散

6.12 扩散的实际应用-固态烧结

2. 晶格振动

6.13 晶格的振动

6.14 晶格振动与热过程

七、无机非金属、有机物和复合材

料

7.1 无机非金属材料的结构和性能

7.2 无机非金属材料的制备和应用

7.3 有机物的结构和性能

7.4 有机物的制备和应用

7.5 复合材料

第 15 周（2 学时）

第 16 周（4 学时）

讲课

作业

复习 第 17 周（3 学时） 答疑

期终考试 第 18 周（3 学时）

《固体化学》

164

一、课程基本信息

开课单位: 物质科学与技术学院 课程代码: CHEM1511

课程名称: 固体化学 英文名称: Solid State Chemistry

学 分: 2 学 时: 32

授课对象: 授课语言: 中英文

先修课程:

二、课程简介和教学目的

固体化学课程是为化学专业，材料专业高年级本科生开设的专业选修课。本

课程主要学习关于固体，固体反应，相图的应用；晶体，晶体结构特点，晶

体的缺陷；固体材料的合成与制备等重要的基础知识，同时还要介绍固体材

料的测量手段与固体材料的研究进展；旨在培养高年级本科生既具有进一步

深造材料科学领域学业的基础专业知识和理论，又具有开阔视野，能够胜任

材料科学领域骨干力量的能力。

本课程内容分为六章，分别是：一 绪论；二 凝聚系统相图及其应用；

三 晶体结构的对称性；四 结晶化学；五 固体中的缺陷与缺陷化学；六 无

机固体材料的合成与制备。教材为《固体化学及新材料的设计合成》，赵新

华等编著，高等教育出版社，2012年，ISBN: 978 - 7 - 04 - 034128 - 7。

教学方式以讲授为主，辅以课后完成每章后的少量习题和课上讨论、讲解习

题，以便于同学们掌握基本的概念和方法。

三、教学内容、教学方式和学时安排

165

课堂教学内容 教学进度和学时安排 教学方式

第一章 绪言

1.1 固体化学的形成与发展

1.2 固体物质的形态

1.3 教材，参考书与参考文献源

第 18 周

1 学时

课堂教学、课后

作业

第二章 凝聚系统相图及其应用

2.1 相变热力学与相平衡

2.2. 相律与单组分体系相图

2.3. 凝聚态两组分体系相图

2.4 二元体系相图在材料化学

中的应用

2.5. 凝聚态三组分体系相图及

应用

第 18 周

7 学时

指定阅读教材

课堂教学、课后

作业，课上讨

论，总结，讲解

习题

第三章 化学键与晶体结构

3.1 晶体结构的基础知识

3.2 单质的化学键与晶体结构

3.3 金属键与金属间化合物

3.4 离子键与离子化合物结晶

化学

3.5 共价键与广义价键化合物

3.6 混合键型化合物

第 19 周

8 学时

指定阅读教材

课堂教学、课后

作业，课上讨

论，总结，讲解

习题

第第四章 固体中的缺陷与缺陷化学

4.1 实际晶体中的点缺陷

4.2 固溶体化学

4.3. 晶体中的线缺陷

第 20 周

8 学时

指定阅读教材

课堂教学、课后

作业，课上讨

论，总结，讲解

习题

166

第五章 无机固体材料的合成

与制备

6.1 固态反应的类型

6.2 固态反应的机理

6.3 影响固态反应的措施

第 21 周

6 学时

指定阅读教材

课堂教学、课后

作业，课上讨

论，总结，讲解

习题

期末考试

第 21 周

2 学时

闭卷

《理论力学》

一、课程基本信息

开课单位: 物质科学与技术学院 课程代码: PHYS1302

课程名称: 理论力学 英文名称: Theoretical Mechanics

学 分: 3 学 时: 48

授课对象: 授课语言: 中文

先修课程:

二、课程简介和教学目的

理论力学是一门基础理论课，是大学物理的核心课程之一。本课程在

普通物理力学的基础上，运用高等数学工具，通过严密的逻辑推理，

全面系统的阐述宏观机械运动的基本概念和基本规律。通过本课程的

学习，使学生对经典力学的理论体系、内容、方法及其在物理学中的

地位和作用有较好的理解，能掌握处理力学问题的一般方法。由于本

课程在内容上和方法上具有较基础的性质，它不仅为学生学习后继理

论物理课程起着打基础的作用，并且在培养、造就高素质人才过程中

起着重要作用。

三、教学内容、教学方式和学时安排

167

课堂教学内容 教学进度和学时安

排 教学方式

第 0章 绪论

教学内容与学时分配建

议

§绪论

1. 经典力学的对象、目的

和任务

2. 经典力学发展简史及其

在物理学中的地位

第一章 质点力学

1. 教学基本要求

(1) 理解位移、速度和加速度等概念。

(2) 掌握极坐标系和自然坐标系下的速度、加速度公式及其应用。

(3) 掌握平动参照系下速度、加速度合成定理

(4) 掌握运动微分方程的建立和求解

第 1 周

1 学时

课堂教学、课

后习作业、课

后讨论、闭卷

考试检查

168

2. 重点难点

重点：速度、加速度的分量表示；运动微分方程的应用；保守力及有心力。

难点：掌握运动微分方程的建立和求解

3. 讲授内容

§1.1 运动的描述方法

1. 、参照系与坐标系

2. 、运动学方程与轨道

3. 、位移、速度和加速度

§1.2 速度、加速度的分量

表示式 1.2.1、直角坐标系

1. 、极坐标系

2. 、切向加速度与法向加

速度

§1.3 平动参照系

1. 、绝对速度、相对速度

与牵连速度

2. 、绝对加速度、相对加

速度与牵连加速度

§1.4 质点运动定律

1. 、牛顿运动定律

第 1-4 周

11 学时

169

2. 、相对性原理

§1.5 质点运动微分方程

1. 、运动微分方程的建立

2. 、运动微分方程的解

§1.6 非惯性系动力学

（一）

1. 、在加速平动参照系中

的运动 1.6.2、惯性力

§1.7 功和能

1. 、功和功率

2. 、能

3. 、保守力、非保守力和

耗散力

4. 、势能

§1.8 质点动力学的基本定

理与基本守恒律

1. 、动量定理与动量守恒

律

2. 、力矩与动量矩（角动

量）

3. 、动量矩（角动量）定

理与动量矩（角动量）

守恒律

4. 、动能定理与机械能守

恒 五、势能曲线

170

§1.9 有心力

1. 、有心力的基本性质

2. 、轨道微分方程—比耐

公式

3. 、平方反比引力—行星

的运动

4. 、开普勒定律

5. 、宇宙速度和宇宙航行

6. 、圆形轨道的稳定性

7. 、平方反比斥力—α 质

点的散射

第二章 质点组力学

1. 教学基本要求

(1) 理解质心的概念并会计算质心位置。

(2) 掌握质点组三大基本运动定理及相应的守恒定律。

(3) 掌握质心系中的三大运动定理。

(4) 理解变质量物体的运动方程，火箭。

2. 重点和难点

重点：质心的概念；质点组三大基本运动定理及相应的守恒定律；质心系中的三大运动定

第 5-6 周

6 学时

171

理表达式；变质量物体的运动。

难点：变质量物体的运动。

3. 讲授内容

§2.1 质点组

1. 、质点组的内力和外力

2. 、质心

§2.2 动量定理与动量守恒

律

1. 、动量定理

2. 、质心运动定理

3. 、动量守恒律

§2.3 动量矩定理与动量矩

守恒律

1. 、对固定点 O 的动量矩

定理

2. 、动量矩守恒律

3. 、对质心的动量矩定理

§2.4 动能定理与机械能守

恒律

1. 、质点组的动能定理

2. 、机械能守恒律

3. 、柯尼希定理

4. 、对质心的动能定理

172

§2.5 两体问题

1. 、在惯性系里研究两体

问题

2. 、在质心系里研究两体

问题

2.5.3、在非惯性系里研究两体

问题

§2.6 质心坐标系与实验室坐

标系

2.6.1、概念

2.6.2、在质心系与实验室系中

碰撞的规律

2.6.3、从质心系到实验室系的

变换

§2.7 变质量物体的运动

2.7.1、变质量物体的运动方程

2.7.2、解题的一般步骤

第三章 刚体力学

1. 教学基本要求

(1) 理解角速度、角加速度的矢量性，理解欧勒角和欧勒运动方程。

第 7-9 周

9 学时

173

(2) 理解转动瞬心、瞬轴、空间极迹和本体极迹的概念。掌握用基点法、瞬心法求平面运动刚体一点的速度和加速度，以及刚体的角速度。

(3) 理解转动惯量、惯量张量，惯量椭球，惯量主轴以及运动刚体角动量和动能等概念。掌握运动刚体动量和动能的计算。

(4) 能运用刚体平面运动微分方程求解平面运动动力学问题。

(5) 了解欧勒动力学方程实质，了解怎样运用对定点的角动量定理，解决定点转动刚体中的动力学问题。

2. 重点难点

重点：欧勒角；转动惯量；刚体的平面平行运动运动学和动力学；定轴转动动力学。

难点：转动惯量张量；定点转动运动学和动力学。

3. 讲授内容

174

§3.1 刚体运动的分析

3.1.1、描述刚体位置的独立变

量

3.1.2、刚体运动的分类

§3.2 角速度矢量

3.2.1、有限转动与无限小转动

3.2.2、角速度矢量

§3.3 欧勒角

3.3.1、欧勒角

3.3.2、欧勒运动学方程

§3.4 刚体运动方程与平衡方

程

3.4.1、力系的简化

3.4.2、刚体运动微分方程

3.4.3、刚体平衡方程

§3.5 转动惯量

3.4.1、刚体的动量矩

3.4.2、刚体的转动动能

3.4.3、转动惯量

175

3.3.4、惯量张量和惯量椭球

3.4.5、惯量主轴及其求法

§3.6 刚体的平动与绕固定

轴的转动

3.6.1、平动

3.6.2、定轴转动

3.6.3、轴上的附加压力

§3.7 刚体的平面平行运动

3.7.1、平面平行运动运动学

3.7.2、转动瞬心

3.7.3、平面平行运动动力学

3.7.4、滚动摩擦

§3.8 刚体绕固定点的转动

3.8.1、定点转动运动学

3.8.2、欧勒动力学方程

第四章 转动参照系

1. 教学基本要求

(1) 理解绝对、相对、牵连运动和绝对、相对、牵

第 10-12 周

9 学时

176

连速度及绝对、相对、牵连、科氏加速度等概念

(2) 理解惯性离心力、科里奥利力等概念。会解决非惯性系质点动力学问题。

(3) 了解地球自转所产生的影响。

2. 重点难点

重点：转动参照系中质点速度分布表达式

难点：科里奥利加速度和科里奥利力

3. 讲授内容

§4.1 平面转动参照系

§4.2 空间转动参照系

§4.3 非惯性系动力学（二）

4.3.1、平面转动参照系

4.3.2、空间转动参照系

4.3.3、相对平衡

§4.4 地球自转所产生的影

响

4.4.1、惯性离心力

第 13-16 周

12 学时

177

4.4.2、科里奥利力

第五章 分析力学

1. 教学基本要求

（1）掌握判断力学体系自由度的方法，明确选择广义坐标的基本原则。

（2）能应用虚功原理，求解处于静平衡的力学体系的各类问题。

（3）掌握运用广义坐标、广义速度和时间来表示拉格朗日函数的方法；能熟练地用拉格朗日方程建立力学体系的运动微分方程。

（4）掌握运用广义坐标、广义动量和时间表示力学体系的哈密顿函数，并能用正则方程写出力学体系的运动微分方程。

2.重点难点

重点：约束与自由度，广义坐标，虚功原理，拉格朗日方程与拉格朗日函数，哈密顿函

178

数，正则变量与哈密顿正则方程，哈密顿原理。

难点：虚位移；拉格郎日方程；哈密顿正则方程

3. 讲授内容

§5.1 约束与广义坐标

5.1.1、约束的概念与分类

5.1.2、广义坐标

§5.2 虚功原理

5.2.1、实位移与虚位移

5.2.2、理想约束

5.2.3、虚功原理

§5.3 拉格朗日方程

5.3.1、基本形式的拉格朗日

方程

5.3.2、保守系的拉格朗日方

程

5.3.3、循环积分

5.3.4、能量积分

5.3.5、拉格朗日方程的应用

179

§5.4 小振动

5.4.1、保守系在广义坐标系

中的平衡方程

5.4.2、多自由度力学体系的

小振动

5.4.3、简正坐标

§5.5 哈密顿正则方程

5.5.1、勒让德变换

5.5.2、正则方程

5.5.3、能量积分与循环积分

§5.6 泊松括号与泊松定理

5.6.1、泊松括号

5.6.2、泊松定理

期中考试

第 8 周

2 学时

闭卷

实验/ 无

期末考试

第 17 周

2 学时

闭卷

180

《物理化学 I》

一、课程基本信息

开课单位: 物质科学与技术学院 课程代码: CHEM1351

课程名称: 物理化学 I 英文名称: Physical Chemistry I

学 分: 3 学 时: 48

授课对象: 授课语言: 中英文

先修课程:

二、课程简介和教学目的

物理化学是化学科学中的重要组成部分，主要介绍化学科学与化学工

艺学的理论基础，在整个大学化学化工教学中起着承上启下的作用。

物理化学 I 主要介绍关于平衡态方面的知识，包括气体的性质，热力

学定律，胶体与界面化学，相变，化学平衡以及电化学平衡等。教学

目的一是加强学生对自然现象本质的认识；二是培养学生运用数理方

法理解化学问题的思维方法和能力；三是让学生从宏观角度理解化

学、物理变化过程，并为接下来从宏观角度向微观角度过渡来学习统

计力学，量子化学与化学反应动力学奠定基础。

三、教学内容、教学方式和学时安排

课堂教学内容 教学进度和学时安

排 教学方式

1. 绪论及第一章

气体性质（The properties of

gases）

第 1～2 周，1+3

学时

课堂教学、课

后复习（作

业）

2. 第二章

热力学第一定律的概念（The

first law: the concepts）

第 2~3 周，4 学时

课堂教学、课

后复习（作

业）、习题讨

论

3. 第三章

热力学第一定律（The first

law: the machinery）

第 3~4 周

3 学时+1 学时习题

课

课堂教学、课

后复习（作

业）、习题课

讨论

181

随堂测验 1 复习 第 5 周，1 学时 习题分析、讨

论

随堂测验 1 第 5 周，1 学时 考试，闭卷

4. 第四章

热力学第二定律的概念（The

second law: the concepts）

第 5～6 周，4 学

时

课堂教学、课

后复习（作

业）、习题课

讨论

5. 第五章

热力学第二定律（The second

law: the machinery）

第 7～8 周

3 学时+1 学时习题

课

课堂教学、课

后复习（作

业）、习题课

讨论

随堂测验 2 复习 第 8 周，1 学时 习题分析、讨

论

随堂测验 2 第 8 或 9 周，1 学

时 考试，闭卷

6. 第六章

单组分系统的物理变化

（Physical transformations

of pure substances）

第 9~10 周

4 学时+1 学时习题

课

课堂教学、课

后复习（作

业）、习题课

讨论

7. 第七章

简单多组分混合物系统

（Simple mixtures）

第 10~11 周

5 学时+1 学时习题

课

课堂教学、课

后复习（作

业）、习题课

讨论

8. 第八章

相图（Phase diagrams）

第 11~12 周

4 学时+1 学时习题

课

课堂教学、课

后复习（作

业）、习题课

讨论

随堂测验 3 复习 第 12～13 周，1

学时

习题分析、讨

论

随堂测验 3 第 12～13 周，1

学时 考试，闭卷

9. 第九章 第 13~14 周 课堂教学、课

后复习（作

182

化学平衡（Chemical

equilibrium）

4 学时+1 学时习题

课

业）、习题课

讨论

10. 第十章

电化学平衡（Equilibrium

electrochemistry）

第 14~15 周

4 学时+1 学时习题

课

课堂教学、课

后复习（作

业）、习题课

讨论

期末复习 第 16 周，2 学时 习题分析、讨

论

期末考试 第 17 周，2 学时 闭卷

《有机化学 II》

一、课程基本信息

开课单位: 物质科学与技术学院 课程代码: CHEM1331

课程名称: 有机化学 II 英文名称: Organic Chemistry II

学 分: 3 学 时: 48

授课对象: 授课语言: 中英文

先修课程:

二、课程简介和教学目的

有机化学是一门实验科学，全部理论和应用成就都建立在坚实的实验

基础之上，百年以来发展了多种多样的处理有机物、实施有机反应的

经验和实验技术。本课程将与配套实验课程紧密结合，通过典型实验

配合、拓展理论课堂学习，并介绍多种当代研究中最常用的实验技

术。在授课上分为第一学期（有机化学 I）和第二学期（有机化学 I

I）两学期课程。第一学期已经教授：有机物命名、结构理论、立体

化学、波谱/色谱等分离表征方法等“静态”内容， 羰基亲核加成、

羰基亲核取代、烷基亲核取代、消除反应、不饱和烃亲电加成、芳香

化合物亲电取代、共轭加成以及环加成等各种反应。在此基础上，预

计第二学期将讲授芳香化合物取代、自由基反应、管能团转化、杂元

素化合物、多步合成、金属有机反应、不对称反应、生命有机化学高

级内容。应用拓展方面，预计介绍石化工业、能源工业、生物化学、

农业、橡胶工业、食品工业、制药工业、精细化工、绿色化学中各类

183

有机反应的应用，以及计算化学、有机新材料、化学生物学等最新进

展。本课程将以有机反应机理为核心，讲述内容包括有机物命名、结

构、合成、反应、机理、表征等，力求将传统有机化学课堂以记忆为

主的学习模式转变为理解反应机理为主的学习模式，并在此基础上扩

展学生们的知识面。

学生通过该课程两个学期的学习之后，将基本掌握各类有机化合物

的结构与性质的关系，可以独立提出反应机理解释实验现象，能够通

过各类有机化合物的结构预测它们的反应性，能够通过有机分子的结

构提出可行的合成路线。同时学生将对有机化学在现实社会各行各业

中的应用有广泛涉猎。这些知识和能力将为学生在以后在相关专业的

学习与工作中打下良好基础。

三、教学内容、教学方式和学时安排

理论课课堂教学内容 教学进度和学时安排 教学方式

第一章 芳环取代反应

1.1 加成消除机理

1.2 芳环取代基效应

1.3 芳环亲核取代反应

1.4 芳环亲电取代反应

第 1 周 1 学时

第 1 周 2 学时

第 1 周 3 学时

第 2 周 1 学时

第二章 重排反应

2.1 邻基参与效应

2.2 碳正离子重排

2.3 频哪醇重拍反应

2.4 拜耳－维立格氧化重排

2.5 扩环重排反应

2.6 重排反应应用

第 2 周 2 学时

第 2 周 3 学时

第 3 周 1 学时

第 3 周 2 学时

第 3 周 3 学时

第 4 周 1 学时

第三章 自由基反应

3.1 自由基的结构、性质

3.2 自由基的稳定性

第 4 周 2 学时

第 4 周 3 学时

184

3.3 自由基的生成

3.4 自由基的链式反应

3.5 自由基–自由基反应

第 5 周 1 学时

第 5 周 2 学时

第 5 周 3 学时

随堂期中考试 I 第 6 周 1，2 学时 90 分钟闭卷

第四章 芳杂环化合物

4.1 芳杂环化合物介绍

4.2 五元芳杂环

4.3 六元芳杂环

4.4 吡咯、吡啶合成

第 6 周 3 学时

第 7 周 1 学时

第 7 周 2 学时

第 7 周 3 学时

第五章 杂元素化合物

5.1 含硫化合物

5.2 含磷化合物

5.3 含硅化合物

5.4 烯烃化反应

5.5 保护基化学

第 8 周 1 学时

第 8 周 2 学时

第 8 周 3 学时

第 9 周 1 学时

第 9 周 2 学时

第六章 周环反应

6.1 Diels-Alder 反应、机理

6.2 Diels-Alder 选择性

6.3 前线轨道理论

6.4 【2+2】环加成反应

6.5 【3，3】重排反应

6.6 σ 迁移反应

6.7 电环化反应

第 9 周 3 学时

第 10 周 1 学时

第 10 周 2 学时

第 10 周 3 学时

第 11 周 1 学时

第 11 周 2 学时

第 11 周 3 学时

随堂期中考试 II 第 12 周 1，2 学时 90 分钟闭卷

第七章 金属有机反应

185

7.1 经典金属有机试剂性质

7.2 过渡金属复合物性质

7.3 钯催化的偶联反应

7.4 过渡金属参与的反应

第 12 周 3 学时

第 13 周 1 学时

第 13 周 2 学时

第 13 周 3 学时

第八章 不对称催化

8.1 手性池化合物

8.2 手性辅基

8.3 不对称催化反应

第 14 周 1 学时

第 14 周 2 学时

第 14 周 3 学时

第九章 逆合成分析

9.1 逆合成分析、断键方式

9.2 合成子、官能团转换

第 15 周 1 学时

第 15 周 2 学时

第十章 生命有机化学

10.1 碳水化合物的结构和性质

10.2 氨基酸的结构、命名和性

质

10.3 多肽、蛋白质的组成和结

构

10.4 核酸的组成、结构和功能

第 15 周 3 学时

第 16 周 1 学时

第 16 周 2 学时

第 16 周 3 学时

期末考试 第 17/18 周 120 分钟闭卷

《普通物理 II 实验》

一、课程基本信息

开课单位: 物质科学与技术学院 课程代码: PHYS1113

186

课程名称: 普通物理 II 实验 英文名称: General Physics II Lab

学 分: 1 学 时: 39

授课对象: 授课语言: 中文

先修课程:

二、课程简介和教学目的

本课程主要配合物理学（电磁学部分）的教学，着重培养学生电磁学

实验动手能力，加深对理论课的理解把握。通过本课程，培养学生对

物理学的兴趣，为以后学习更高阶的课程打下基础。

三、教学内容、教学方式和学时安排

课堂教学内容 教学进度和学时安排 教学方式

实验一 电磁学实验绪论 第 4 周，3 学时

课前预习、在老

师指导下实验操

作、课堂讨论、

课后总结报告

实验二 制流和分压电路的分析

与研究 第 5 周，3 学时

实验三 用惠斯通电桥测量电阻 第 6 周，3 学时

答疑与补做实验 第 7 周，3 学时

实验四 材料介电常数的测定 第 8 周，3 学时

实验五 测定亥姆赫兹线圈磁场

的分布研究与应用 第 9 周，3 学时

实验六 霍尔法测定螺线管的磁

场 第 10 周，3 学时

答疑与补做实验 第 11 周，3 学时

实验七 四端法测低值电阻与导

体电阻率的研究 第 12 周，3 学时

187

实验八 LRC 电路的相频和幅频

特性研究 第 13 周，3 学时

实验九 电感式位移传感器的研

究 第 14 周，3 学时

期末讨论题答疑与补做实验 第 15 周，3 学时

《普通化学 II》

一、课程基本信息

开课单位: 物质科学与技术学院 课程代码: CHEM1111

课程名称: 普通化学 II 英文名称: General Chemistry II

学 分: 3 学 时: 48

授课对象: 授课语言: 中英文

先修课程:

二、课程简介和教学目的

普通化学 II 的授课内容主要包括基础物理化学，分析化学，以及介绍性材料化学。本课程分为四大

单元，包括: 1. 溶液的基本性质以及这些重要性质和溶液组分之间的关系；2. 化学反应平衡 （涵

盖以下内容：平衡状态下组分和平衡常数的关系；从平衡常数中计算具体的成份组成；温度对平衡

常数的影响，热动力学角度解释各参数的关联，应用热动力学知识提高反应产率以及电化学反应平

衡）3. 化学反应和物理过程的反应动力学；4. 材料化学基本概念以及各种材料简介（包括金属，

无机，高分子和生物分子材料等）。 其教学目的是为化学，材料和生物类学生学习高等专业课程

打好必要的专业基础；该课程同时为物理和信息方向的学生特别是今后有志于进行交叉性课题研究

的学生提供必要的化学基础。

三、教学内容、教学方式和学时安排

188

Week Monday Wednesday Saturday Chapters/Exams

Week 1

Feb 13

Course Overview

/Solutions

Chapter 11

Week 2

(HW1)

Feb 20

Solutions/Chemical

Equilibrium

Feb 22

Chemical Equilibrium

Chapter 11/14

(Except 14.3 &

14.7)

Week 3

(HW2)

Feb 27

Chemical/Acid-Base

Equilibrium

Chapter 14/15

Week 4

(HW3)

Mar 6

Acid-Base Equilibrium

Mar 8

Acid-Base/ Solubility

Equilibrium

Chapter 15/16

Week 5

(HW4)

Mar 13

Solubility Equilibrium

Chapter 16

Week 6

(HW5)

Mar 20

Solubility Equilibrium/

Thermodynamics, Part 1

Mar 22

Thermodynamics, Part 1

Chapter 16/12

Week 7

(HW6)

Mar 27

Thermodynamics, Part

1&2

Mar 29

Thermodynamics, Part 2

April 1

Thermodynamics, Part2

Chapter 12

Week 8

April 3

No class (Holiday)

Week 9

Apr 10

(Midterm Exam I)

Week 10

(HW7)

Apr 17

Electrochemistry

Apr 19

Electrochemistry

Chapter 17

Week 11

(HW8)

Apr 24

Electrochemistry /

Chemical kinetics

Chapter 17&18

189

Week 12

(HW9)

May 1

No class (Holiday)

May 3

Chemical kinetics

Chapter 18

Week 13

(HW10)

May 8

Chemical kinetics

Week 14

May 15

Midterm Exam II (Part I)

May 17

Structure and bonding

in solids

Chapter 18&21

Week 15

May 22

Inorganic Materials

May 27

Polymeric Materials

Chapter 22&23

Week 16

May 29

No class (Holiday)

May 31

Nanomaterials

Extra

Week 17 Final Exam

《计算化学》

一、课程基本信息

开课单位: 物质科学与技术学院 课程代码: CHEM2271

课程名称: 计算化学 英文名称: Computational Chemistry

学 分: 2 学 时: 32

授课对象: 授课语言: 中文

先修课程:

190

二、课程简介和教学目的

《计算化学：理论与实践》是基于 2015年春季授课经验重新打造的

重基础概念更重应用实践的专业课程，其主要目的在于介绍计算化学

的基本原理，并通过大量的实例帮助学生迅速掌握实用的计算方法，

以便于直接应用于科研活动中。该课程基于授课老师多年来一线的研

究经验，结合计算化学广泛的应用领域，有以下突出的特点：

（1）内容丰富：涵盖气相、液相、纳米颗粒、及固体表面的建模与

模拟，介绍多种软件（Materials Studio、GaussView、CASTEP、VAS

P、Gaussian、Molpro）的主要使用技巧。

（2）案例教学：结合最新文献，详细介绍分子构型、电子跃迁、热

力学性质、分子反应机理、酸碱性质、溶剂化效应、纳米结构、表面

热力学、表面反应机理、表面微观反应动力学等的模拟。

（3）最低负担：所有教学内容包括随堂小测、期末测验均在课堂进

行，以尽量减少学生的课外负担，提高学生的学习效率。

三、教学内容、教学方式和学时安排

本课程按内容可分为两大部分，第一部分主要涉及气相和液相体系的

理论及模拟，分为六章，共 18 个学时，第二部分主要涉及固体、纳

米结构和表面的理论及模拟，分为五章，共 15 个学时。

课堂教学内容

教学进度

和学时安

排

教学方式

第一章 量子化学基础及单电子理论

1.1 简介

1.2 分子的电子结构

1.3 计算化学的数学基础

1.4 单电子理论

1.5 计算机配置

第 1 周

3 学时

课堂教学

第二章 密度泛函理论及分子构型计算 第 2 周

3 学时

课堂教学、上

机实践、随堂

测验

191

2.1 密度泛函理论

2.2 GaussView 及 Gaussian 入门

2.3 案例 1：分子构型计算

第三章 电子相关理论及电子跃迁计算

3.1 电子相关理论

3.2 Gaussian 进阶

3.3 案例 2：电子跃迁计算

第 3 周

3 学时

课堂教学、上

机实践、随堂

测验

第四章 热力学性质计算

4.1 电子相关计算中的常见问题

4.2 Molpro 入门

4.3 案例 3：热力学性质计算

第 4 周

3 学时

课堂教学、上

机实践、随堂

测验

第五章 过渡态理论及分子反应机理计算

5.1 过渡态理论

5.2 Molpro 进阶

5.3 案例 4：分子反应机理计算

第 5 周

3 学时

课堂教学、上

机实践、随堂

测验

第六章 酸碱性质及溶剂化效应计算

6.1 溶剂化理论

6.2 案例 5：酸碱性质计算

6.3 案例 6：溶剂化效应计算

第 6 周

3 学时

课堂教学、上

机实践、随堂

测验

第七章 固体电子结构及纳米结构计算

7.1 固体电子结构理论

7.2 Materials Studio/CASTEP 入门

7.3 案例 7：纳米结构计算

第 7 周

3 学时

课堂教学、上

机实践、随堂

测验

192

第八章 表面结构及表面热力学计算

8.1 表面结构模型及理论

8.2 Materials Studio/CASTEP 进阶

8.3 案例 8：表面热力学计算

第 8 周

3 学时

课堂教学、上

机实践、随堂

测验

第九章 表面反应机理计算

9.1 表面反应理论

9.2 VASP 入门

9.3 案例 9：表面反应机理计算

第 9 周

3 学时

课堂教学、上

机实践、随堂

测验

第十章 表面微观反应动力学计算

10.1 表面微观反应动力学理论

10.2 VASP 进阶

10.3 案例 10：表面微观反应动力学计算

第 10 周

3 学时

课堂教学、上

机实践、随堂

测验

第十一章 总结、答疑

11.1 结语

11.2 答疑

第 11 周

3 学时

课堂教学、答

疑

期末测验

第 12 周

2 学时

开卷

《统计物理》

一、课程基本信息

开课单位: 物质科学与技术学院 课程代码: PHYS1503

课程名称: 统计物理 英文名称: Statistical Mechanics

学 分: 3 学 时: 48

授课对象: 授课语言: 中文

先修课程:

193

二、课程简介和教学目的

课程简介：本课程主要讲解热运动的规律、与热运动相关的物理特性

以及宏观物质系统的演化过程。课程首先从热运动的宏观理论切入，

引出热力学第一定律、第二定律以及第三定律。热力学以这几个基本

规律为基础，应用数学方法，通过逻辑演绎可以得出物质各种宏观性

质之间的关系、宏观过程的方向等。这方面，着重介绍理想气体、均

匀物质、单元系以及多元系的相变的热力学过程。然而，热力学规律

与物质的具体微观结构，把物质看成连续体，用连续函数分析，因此

不能解释涨落现象。为了克服这个局限性，需要从微观统计的角度重

新看待热运动。课程接下来从统计物理学的角度深入分析热运动的本

质，将热力学中的三个基本规律归结为一个基本的统计原理，阐明这

三个定律的统计意义，解释涨落现象，求得具体的物质的特性。这方

面，主要介绍平衡态中的玻尔兹曼统计、波色统计和费米统计，接着

引出相互作用的粒子组成的系统中的系综理论，最后简单介绍涨落理

论。

教学目的：通过本课程的学习，要求能够掌握热力学和统计物理中的

基本物理概念。具体地，掌握研究热运动的三个基本定律以及它们的

适用范围以及局限性，掌握平衡态中的不同统计分布原理以及适用系

统，掌握涨落的物理本质以及相关的研究手段等。

三、教学内容、教学方式和学时安排

课堂教学内容 教学进度和学

时安排 教学方式

第一章 热力学的基本规律

1. 热力学系统的平衡及其描述

2. 热平衡定律和温度

3. 物态方程

4. 功

5. 热力学第一定律

第 1 周

2 学时

第一章 热力学的基本规律

1. 热容量和焓

2. 理想气体的内能

3. 理想气体的绝热过程

4. 理想气体的卡诺循环

第 2 周

4 学时

课堂教学、课

后复习（作

业）

194

5. 热力学第二定律

6. 卡诺定理

7. 热力学温标

8. 克劳修斯等式和不等式

9. 熵和热力学基本方程

10. 理想气体的熵

11. 热力学第二定律的普通表述

12. 熵增加原理的简应用

13. 自由能和吉布斯函数

第二章 热力学的基本规律

1. 内能、焓、自由能和吉布斯

函数的全微分

2. 麦氏关系的简单运用

3. 气体的节流过程和绝热膨胀

过程

第 3 周

2 学时

第二章 热力学的基本规律

1. 基本热力学函数的确定

2. 特性函数

3. 平衡辐射热力学

第三章 单元系的相变

1. 热动平衡判据

2. 开系的热力学基本方程

3. 单元系的复相平衡条件

4. 单元系的复相平衡性质

第 4 周

4 学时

课堂教学、课

后复习（作

业）

第三章 单元系的相变

1. 临界点和气液两相的转变

2. 相变的分类

3. 朗道连续相变理论

第 5 周

2 学时

课堂教学、课

后复习（作

业）

第四章 多元系的复相平衡和化学平

衡

第 6 周

4 学时

课堂教学、课

后复习（作

业）

195

1. 多元系的热力学函数和热力

学方程

2. 多元系的复相平衡条件

3. 吉布斯相律

4. 化学平衡条件

4.8 热力学第三定律

期中考试

第 7 周

2 学时

闭卷

第六章 近独立粒子的最概然分布

6.1 粒子运动状态的经典描述

6.2 粒子运动状态的量子描述

6.3 系统微观运动状态的描述

6.4 等概率原理

6.5 分布和微观状态

第 8 周

4 学时

第六章 近独立粒子的最概然分布

6.6 玻耳兹曼分布

6.7 玻色分布和费米分布

6.8 三种分布的关系

第 9 周

2 学时

课堂教学、课

后复习（作

业）

第七章 玻耳兹曼统计

7.1 热力学量的统计表达式

7.2 理想气体的物态方程

7.3 麦克斯韦速度分布律

7.4 能量均分定律

第 10 周

4 学时

第七章 玻耳兹曼统计

7.5 理想气体的内能和热容量

第 11 周

2 学时

课堂教学、课

后复习（作

业）

196

7.6 理想气体的熵

7.7 固体热容量的爱因斯坦理论

第八章 波色统计和费米统计

8.1 热力学量的统计表达式

8.2 弱简并理想玻色体和费米气

8.3 玻色—爱因斯坦凝聚

8.4 光子气体

8.5 金属中的自由电子气体

第 12 周

4 学时

课堂教学、课

后复习（作

业）

第九章 系综理论

9.1 相空间、刘维尔定理

9.2 微正则分布

9.3 微正则分布的热力学公式

9.4 正则分布

第 13 周

2 学时

第九章 系综理论

9.5 正则分布的热力学公式

9.6 实际气体的物态方程

9.7 固体的热容量

9.10 巨正则分布

第 14 周

4 学时

第九章 系综理论

9.11 巨正则分布的热力学函公式

9.12 巨正则分布的简单应用

第 15 周

2 学时

课堂教学、课

后复习（作

业）

第十章 涨落理论

10.1 涨落理论的准热力学理论

第 16 周

4 学时

课堂教学、课

后复习（作

业）

197

10.2 临界点领域序参量的涨落

期末考试

第 17 周

2 学时

闭卷

《材料性能》

一、课程基本信息

开课单位: 物质科学与技术学院 课程代码: MSE1382

课程名称: 材料性能 英文名称: Properties of Materials

学 分: 3 学 时: 48

授课对象: 授课语言:

先修课程:

二、课程简介和教学目的

本课程主要讲授内容包括材料的力学性能和物理性能两大部分。力学性

能以金属材料为主，系统介绍材料的静载拉伸力学性能；其它载荷下的

力学性能，包括扭转、弯曲、压缩、缺口、冲击及硬度等；断裂韧性；

变动载荷下、环境条件下、高温条件下的力学性能；摩擦、磨损性能以

及其它先进材料的力学性能等。物理性能概括介绍常用物理性能如热

学、电学、磁学、光学等的基本参数及物理本质，各种影响因素，测试

方法及应用。通过本课程的学习，使学生掌握材料各种主要性能指标的

宏观规律、物理本质及工程意义，了解影响材料性能的主要因素，了解

材料性能测试的原理、方法和相关仪器设备，理解如何才能改善或提高

材料性能指标；如何才能充分发挥材料的潜能，初步具备合理的选材和

设计，开发新型材料所必备的基础知识和基本技能。

本门课程除注重基础知识外，还对各种材料性能的应用方向进行详细介

绍，力图把前沿设备、新技术引入到材料性能学的实验课中。期望学生

能在理论联系实际的方面有所收获。

198

三、教学内容、教学方式和学时安排

课堂教学内容

教学进度

和学时安

排

教学方式

绪论

第 1 周

2 学时

课堂教学

1 材料的常规力学性能

1．1 单向静拉伸试验及性能

1．1．1 单向静拉伸试验

1．1．2 拉伸曲线

1．1．3 单向静拉伸基本力学性能指标

1．2 其他静载下的力学试验及性能

1．2．1 应力状态软性系数

1．2．2 压缩

1．2．3 弯曲

1．2．4 扭转 （10 分钟视频）

1．2．5 剪切 （5 分钟视频）

1．2．6 几种静载试验方法的比较

1．3 缺口效应

1．3．1 缺口处应力分布及缺口效应

1．3．2 缺口敏感度

1．4 硬度

1．4．1 布氏硬度

1．4．2 洛氏硬度

1．4．3 维氏硬度

1．4．4 其他硬度

1．4．5 常用材料的硬度

1．4．6 纳米硬度

1．5 冲击韧度

1．5．1 夏比缺口冲击试验

1．5．2 冲击韧度和冲击功的适用性

1．5．3 冲击试验的应用

1．6 强度的统计学分析

第 2 周

2 学时

课堂教

学、课后

复习（作

业）、文

献阅读、

讨论

2 材料的变形

2．1 弹性变形

第 3、4 周

4 学时

课堂教

学、课后

复习（作

业）、文

199

2．1．1 弹性变形的宏观描述

2．1．2 弹性变形的微观本质

2．1．3 弹性模量影响因素

2．1．4 橡胶弹性

2．1．5 非理想弹性变形

2．2 黏弹性变形

2．2．1 黏弹性行为

2．2．2 力学松弛

2．2．3 黏弹性变形的唯象描述

2．2．4 时温等效原理

2．3 塑性变形

2．3．1 塑性变形的一般特点

2．3．2 塑性变形机理

2．3．3 屈服

2．3．4 应变硬化

2．3．5 颈缩

2．4 先进材料的力学性能

2．4．1 金属玻璃

2．4．2 多孔材料

2．4．3 纳米结构材料

献阅读、

讨论

3 材料的断裂

3．1 断裂概述

第 5、6 周

4 学时

课堂教

学、课后

复习（作

业）、文

200

3．1．1 断裂类型

3．1．2 断裂强度

3．1．3 宏观断口

3．1．4 断裂机制图

3．2 断裂过程及机制

3．2．1 解理断裂

3．2．2 微孔聚集断裂

3．2．3 沿晶断裂

3．2．4 韧一脆转变

3．3 非金属材料的断裂

3．3．1 陶瓷材料的断裂

3．3．2 高分子材料的断裂

3．4 断裂韧度

3．4．1 裂纹尖端应力强度因子

3．4．2 断裂韧度

3．4．3 裂纹尖端塑性区及有效裂纹修正

3．4．4 断裂韧度的测试

3．4．5 断裂韧度的工程应用

3．5 材料的韧化

3．5．1 金属材料的韧化

3．5．2 陶瓷材料的韧化

献阅读、

讨论

4 材料的疲

劳

4．1 疲劳概述

第 7、8 周

4 学时

课堂教

学、课后

复习（作

201

4．1．1 变动应力

4．1．2 疲劳破坏特点

4．1．3 疲劳宏观断口

4．2 疲劳的宏观表征

4．2．1 疲劳曲线

4．2．2 疲劳极限

4．2．3 疲劳过载

4．2．4 疲劳缺口敏感度

4．2．5 低周疲劳

4．2．6 疲劳裂纹扩展速率

4．3 疲劳的微观过程

4．3．1 延性固体的循环变形

4．3．2 疲劳裂纹的萌生

4．3．3 疲劳裂纹的扩展

4．3．4 疲劳裂纹扩展的阻滞和瞬态过程

4．4 非金属材料的疲劳

4．4．1 陶瓷材料的疲劳

4．4．2 高分子材料的疲劳

4．5 特种条件下的疲劳

4．5．1 接触疲劳

4．5．2 冲击疲劳

4．5．3 微动疲劳

4．5．4 多轴疲劳

4．5．5 变幅疲劳

业）、文

献阅读、

讨论

5 材料在不同工程环境下的力学性

能

5．1 高温蠕变

5．1．1 概述

5．1．2 蠕变曲线

5．1．3 蠕变极限

5．1．4 持久强度及持久塑性

5．1．5 松弛稳定性

5．1．6 蠕变的微观过程

5．1．7 常见高温结构材料的蠕变性能

5．2 高速加载下的力学性能

5．2．1 概述

5．2．2 高速载荷下的变形

5．2．3 高速载荷下的断裂

5．2．4 动态断裂韧性

5．2．5 高分子材料的冲击强度

5．3 环境诱发断裂

5．3．1 应力腐蚀断裂

第 9、10

周

4 学时

课堂教

学、课后

复习（作

业）、文

献阅读、

讨论

202

5．3．2 氢致开裂

5．3．3 液体金属脆

5．4 材料的磨损性能

5．4．1 概述

5．4．2 磨损机理

5．4．3 磨损试验方法

5．4．4 非金属材料的磨损特性

6 材料的热学性

能

6.1 热容的基本概念

6.1.1 固体热容的量子理论

6.1.2 热容的测量

6.2 热膨胀

6.2.1 热膨胀的概念及热膨胀系数

6.2.2 热膨胀的机理

6.3 热传导

6.3.1 材料的热导率

6.3.2 热传导的微观机理

第 11、12

周

4 学时

课堂教

学、课后

复习（作

业）、文

献阅读、

讨论

7 材料的磁学性能

7.1 磁学基本概念

7.2 铁磁性的宏观表征

7.3 铁磁性的微观理论

7.4 铁磁性的影响因素

7.5 磁性测量及应用

7.6 磁性材料及其应用

第 13 周

2 学时

讲座形

式，文献

阅读、讨

论

8 材料的电学性能

第一节 导电性能

第 14、

15、16 周

课堂教

学、课后

复习（作

203

第二节 能带与导电性

第三节 半导体的导电性

第四节 材料的超导电性

第五节 材料的介电性能

第六节 材料的压电性能

第七节 材料的热释电性能

第八节 材料的铁电性能

第九节 材料的热电性及其应用

6 学时 业）、文

献阅读、

讨论

9 材料的光学性能

第一节 光的波粒二相性

第二节 线形光学性能

一、折射和色散

二、反射和散射

三、吸收与颜色

四、透射

第二节 线形光学性能

五、光电效应

第三节 非线形光学性能

一、非线形光学性能的概念

二、产生非线形光学性能的条件

三、非线形光学晶体的结构与性能

四、光发射

第 17 周

2 学时

课堂教

学、课后

复习（作

业）、文

献阅读、

讨论

204

第四节 材料的光发射

第五节 激光器

一、激光器的原理及组成

二、光学材料及应用

期末考试

第 17 周

2 学时

闭卷

《半导体材料物理与器件》

一、课程基本信息

开课单

位:

物质科学与技术

学院

课程代

码: MSE2102

课程名

称:

半导体材料物理

与器件

英文名

称:

Semiconducting Physical Materials

and Devices

学 分: 3 学 时: 48

授课对

象:

授课语

言: 中英文

先修课

程:

二、课程简介和教学目的

This course will bring together quantum theory, fabrication

and properties of semiconductor crystals, hetero- and nano-s

tructures, and physics of semiconductor electronic and optoe

lectronic devices. The purpose is to provide graduate studen

ts a basis for understanding semiconductor materials, charac

terization, operation and limitations of their devices which

form the cornerstones of modern information and communicati

on technology. The course will be given in a fashion combini

ng classical semiconductor and device knowledge with recent

advances on the relevant research frontiers. In addition to

205

traditional lectures and tutorials, students are required to

do mini-projects in team focusing on a special research top

ic through literature searching and analysis, writing a revi

ew-like report and giving a presentation in the class. The l

ectures will be given in English.

三、教学内容、教学方式和学时安排

教学内容

学时

安排

教学方式

Semiconductor, hetero- and nano-

strcutures, electronic property 4 Lecture

Semiconductor in equilibrium & non-

equilibrium 6 Lecture

Carrier transport, scattering and optical

property 6 Lecture

Problem solving 1 2 Tutorial

p-n junction diodes 4 Lecture

Bipolar junction transistors & hetero-

junction bipolar transistors 4 Lecture

Metal-semiconductor junctions, MESFET 4 Lecture

MOSFET and high electron mobility

transistors 4 Lecture

Problem solving 2 2 Tutorial

Light emitting diodes and laser diodes 4 Lecture

Photodetectors and solar cells 6 Lecture

Problem solving 3 2 Tutorial

206

Advanced epitaxy 4 Lecture

Problem solving 4 2 Tutorial

Nanostructures and devices 4 Lecture

Mini-project presentation 6 Seminar

《高等无机化学》

一、课程基本信息

开课单位: 物质科学与技术学院 课程代码: CHEM2101

课程名称: 高等无机化学 英文名称: Advanced Inorganic Chemistry

学 分: 3 学 时: 48

授课对象: 授课语言: 中英文

先修课程:

二、课程简介和教学目的

Upon completion of this course, students will have a firm gr

asp on the structure and bonding of inorganic and organometa

llic molecules. Using qualitative and intuitive bonding mode

ls, students will be able to understand and rationalize the

reactivity of transition metal complexes. Furthermore, this

course will expose students to emerging areas of chemical re

search and the fundamental chemistry at the heart of global

challenges (sustainability, renewable energy, “green” chem

istry, etc.). Students in this course will also be exposed t

o modern physical and analytical characterization technique

s, including methods in spectroscopy, electrochemistry, and

materials characterization.

207

三、教学内容、教学方式和学时安排

Although the course is named “Advanced Inorganic Chemistry” a sig

nificant portion of the class will be covering the fundamental materia

ls in chapters 2, 3, 4, and 5. Major topics to be covered: symmetry

and group theory, molecular orbital theory, ligand field theory.

Topics covered (order and content subject to change)

I. Introduction to inorganic/organometallic chemistry and chemical lite

rature

(Chapter 1)

II. Bonding in inorganic molecules (Chapter 2-3)

a. Review of orbitals, quantum numbers, and valence shells (Cha

pter 2.1-

2.2)

b. Periodic trends (Chapter 2.3)

c. Lewis structures (Chapter 3.1)

d. VSEPR theory (Chapter 3.2)

III. Molecular orbital theory (Chapter 4-5)

a. Basic molecular symmetry (Chapter 4.1)

b. Building Molecular orbital diagrams from simple homonuclear

diatomics to more complicated (Chapter 5)

IV. Acid/Base chemistry (Chapter 6)

a. Historical definitions of “acids” and “bases” – Bronsted vs Le

wis (Chapter

6.1-6.4)

208

b. Superacids and superbases (Chapter 6.3.5)

c. The hard/soft concept (Chapter 6.6)

d. The importance of non-coordination anions (and cations!)

e. Frustrated Lewis pairs (Chapter 6.4.8)

V. Transition metal complexes (Chapters 9- 10)

a. Coordination numbers and geometric preferences (Chapter 9.4)

b. d-orbital splitting diagrams derived using ligand field theory (Chap

ter 10)

VI. Organometallic Chemistry (Chapter 13)

a. Ligand types, L/X approach

b. Electron-counting, the 18-electron “rule” and formal oxidation state

s

(Chapter 13.3)

c. Transition metal carbonyls (Chapter 13.4.1-13.4.2)

d. Transition metal hydrides (Chapter 13.4.3)

e. Metallocenes and related compounds (Chapter 13.5)

VII. Bonding in Inorganic/organometallic complexes (Chapter 15)

a. Metal-ligand multiple bonds – tearing down the “oxo” wall

b. Metal-metal multiple bonds (Chapter 15.3)

c. The isolobal analogy (Chapter 15.2)

VIII. Organometallic reaction mechanisms (Chapter 14)

a. General reaction steps – oxidative addition, reductive elimination,

metathesis, insertion, elimination (Chapter 14.1-14.2)

b. Cross-coupling reactions (Chapter 14.1.3)

209

c. Hydrogenation/hydrosilylation (Chapter 14.3.4)

d. Hydroformylation (Chapter 14.3.2)

e. Olefin polymerization (Chapter 14.4.1)

f. Olefin metathesis (Chapter 14.3.6)

g. Fundamental transformations related to renewable energy applicatio

ns

《高等有机化学》

一、课程基本信息

开课单位: 物质科学与技术学院 课程代码: CHEM2121

课程名称: 高等有机化学 英文名称: Advanced Organic Chemistry

学 分: 3 学 时: 48

授课对象: 授课语言: 中英文

先修课程:

二、课程简介和教学目的

学生在巩固有机化学基本结构、反应及有机化学基本理论的基础上,

更深入地掌握有机中间体的稳定性及作用；自由基反应、亲核取代、

亲电取代、亲电加成、亲核加成、消去、氧化还原、分子重排的反应

机理；上述反应中的立体构型、周环反应的立体选择性等。

三、教学内容、教学方式和学时安排

教学内容 学时安

排 教学方式

Chemical Bonding and Molecular Structure 4

210

Stereochemistry, Conformation, Stereoselectivity 4

Structural Effects on Stability and Reactivity 4

Nucleophilic Substitution 4

Addition and Elimination 4

Carbanion 4

Carbonyl Chemistry 3

Aromaticity 4

Aromatic Substitution 4

Concerted Pericyclic Reactions 4

Free Radical Reaction 5

Photo Chemistry 4

《计算催化》

一、课程基本信息

开课单位: 物质科学与技术学院 课程代码: CHEM2261

课程名称: 计算催化 英文名称: Computational Catalysis

学 分: 2 学 时: 32

授课对象: 授课语言: 中英文

211

先修课程:

二、课程简介和教学目的

Introduction to heterogeneous catalysis, including models of

surface reactivity, surface equilibria, kinetics of surface

reactions, electronic and geometrical effects in heterogene

ous catalysis, trends in reactivity, catalyst structure and

composition, electro-catalysis and photo-catalysis. Selected

applications and challenges in energy transformations will

be discussed.

三、教学内容、教学方式和学时安排

课堂教学内容 教学进度和学时安

排 教学方式

Catalysis and the Energy

Challenge；The Potential Energy

Diagram

4 学时，第 1-2 周 课堂教学

The CatApp；Surface Equilibria;

Free energy diagrams 4 学时，第 3-4 周 课堂教学

Rate theory；Surface Reaction

Kinetics 4 学时，第 5-6 周 课堂教学

Trends in Reactivity – scaling

Relations；Activity and

selectivity maps

4 学时，第 7-8 周 课堂教学

Electronic factors in Catalysis 4 学时，第 9-10 周 课堂教学

Electronic Structure Theory 4 学时，第 11-12

周 课堂教学

Catalyst Structure – Nature of the

Active Site

4 学时，第 13-14

周 课堂教学

Electrocatalysis and

Photoelectrocatalysis

4 学时，第 15-16

周 课堂教学

212

《纳米材料》

一、课程基本信息

开课单位: 物质科学与技术学院 课程代码: MSE1309

课程名称: 纳米材料 英文名称: Nanomaterials

学 分: 3 学 时: 48

授课对象: 授课语言: 中英文

先修课程:

二、课程简介和教学目的

The main goal of this course is to bring the charm of nanosc

ience, nanomaterials and nanotechnologies to the students. T

he class will start with the basic principles and theories o

f nanoscience. Then well-known synthesis and characterizatio

n methods for nanomaterials will be discussed in depth. Fina

lly, the self-assembly of nanostructures and the state-of-th

e-art nanotechnology will be outlined. Based on the acquired

knowledge from these lectures, students are asked to team u

p and select a specific topic of a recent nanotechnology to

study. Each team is required to give a formal presentation d

uring class.

The final exam aims to test the students' ability to utilize

learned knowledge to solve practical nanoscience problems.

三、教学内容、教学方式和学时安排

课堂教学内容 教学进度和学时安

排 教学方式

Introduction to Nanoscale Week 1 Lecture

Theory on Surface

Energy Week 2 Lecture

Top-down Fabrication of

Nanomaterials Week 3 Lecture

213

Botton-up Synthesis of

Nanomaterials Week 4-5 Lecture

Nanomaterials Characterization

Techniques Week 6-8 Lecture

Midterm exam Week 9

Self-Assembly of

Nanomaterials Week 10-11 Lecture

Nanotechnology State-of-

the-Art Week 12 Lecture

Group Assignment

Presentation Week 13-16

Group

presentation

Final exam Week 17

《结构化学》

一、课程基本信息

开课单位: 物质科学与技术学院 课程代码: CHEM1372

课程名称: 结构化学 英文名称: Structural Chemistry

学 分: 2 学 时: 32

授课对象: 授课语言: 中英文

先修课程:

二、课程简介和教学目的

Structural chemistry is a course for the studies of microscopic structu

res of matters at the atomic and molecular level. This course will deve

lop a fundamental understanding of quantum mechanics and their applicat

ions in chemical systems, particularly in atomic orbitals and atomic st

ructure，chemical bonding and molecular structure. Students are require

214

d to have completed in advanced mathematics, linear algebra, college ph

ysics, inorganic chemistry and organic chemistry as pre-courses.

三、教学内容、教学方式和学时安排

Week Class Topic Notes

1 0．Introduction

2

1. The basic knowledge of quantum mechanics

1.1 The origins of quantum mechanics

3 1.2 Schrodinger equation

4 1.3 Wave function

5

2. Simple applications of quantum mechanics

2.1 Translational motion

6 2.2 Vibrational motion & Rotational motion

7 2.3 Techniques of approximation

8

3. Atomic structure and atomic spectra

3.1 The Schrodinger equation of hydrogen-like atoms

9 3.2 The wave function and orbital energy of H-like ions

10 3.3 The structure of many-electron atoms

11 3.4 The spectra of complex atoms

12

4. Molecular structure

4.1 Valence bond theory

diatomic molecules

13

4.1 Valence bond theory

polyatomic molecules

14

4.2 Molecular orbital theory

the structure of diatomic molecules

15 4.3 Molecular orbitals for polyatomic systems

16 Final examination

215

《普通物理 IC》

一、课程基本信息

开课单位: 物质科学与技术学院 课程代码: PHYS1105

课程名称: 普通物理 IC 英文名称: General Physics IC

学 分: 3 学 时: 48

授课对象: 授课语言: 中文

先修课程:

二、课程简介和教学目的

物理学是研究物质的基本结构、相互作用和物质运动最基本最普遍的

形式(包括机械运动、热运动、电磁运动、微观粒子运动等)及其相互

转化规律的科学。物理学的研究对象具有极大的普遍性，它的基本理

论渗透在自然科学的一切领域，广泛地应用于生产技术的各个部门，

它是自然科学和工程技术的基础。

以物理学的基础知识为内容的《普通物理》课程，它所包括的经典物

理、近代物理及它们在科学技术上应用的初步知识等都是一个高级工

程技术人员所必备的。《普通物理》课程的作用，一方面在于为学生

较系统地打好必要的物理基础，另一方面，使学生初步学习科学的思

想方法和研究问题的方法。这些都起着开阔思路、激发探求和创新精

神、增强适应能力、提高人才素质的重要作用。学好本课程，不仅对

学生在校的学习十分重要，而且学生毕业后的工作和进—步学习新理

论、新技术，不断更新知识，都将发生深远的影响。由于本课程是在

低年级开设的，因而它在使学生树立正确的学习态度，掌握科学的学

习方法，培养独立获取知识的能力，以尽快适应大学阶段的学习规律

等方面也起着重要的作用，此外，学习物理知识、物理思想和物理学

的研究方法，有助于培养学生建立辩证唯物主义世界观。

通过本课程的教学，应使学生对物理学所研究的各种运动形式以及它

们之间联系，有比较全面和系统的认识；对本课程中的基本理论、基

本知识和基本技能能够正确地理解，并具有初步应用的能力。在本课

程的各个教学环节中，应注意对学生进行严肃的科学态度，严格的科

学作风和科学思维方法的培养和训练，应重视对学生能力的培养。

在整个教学过程中，应注意有计划地、循序渐进地培养学生独立阅读

与本课程水平相当的教材和参考书的能力，并要求学生达到理解其主

要内容和写出条理较清楚的笔记、小结和心得体会。

216

通过众多的理想模型的建立和应用，培养学生能根据问题的性质和需

要，抓住主要因素，略去次要因素，对所研究的复杂问题进行合理简

化处理的能力。在大学物理学习的全过程中需注意培养学生抽象思维

的能力和理论联系实际的能力。

通过本课程的学习，学生应掌握运用物理学的理论、观点和方法以及

高等数学工具，分析、研究、计算或估算一般难度的物理问题，并能

根据量纲、数量级以及与已知典型结论比较等方法判断结果的合理

性。

三、教学内容、教学方式和学时安排

周次 课堂教学内容

1 绪论、质点运动学、相对运动和伽利略变换。

2 经典力学相对性原理、狭义相对论基本假设、相对论时空

观。

3 牛顿运动定律、相互作用力、非惯性系、惯性力。

4 动量和冲量、动量定理和动量守恒定律、质心运动定理。

5 功、动能定理、保守力和势能、机械能守恒定律。

6 相对论能量与动量、角动量定理和角动量守恒定律。测验。

7 刚体运动的描述、定轴转动定理、刚体的转动惯量。

8 定轴转动的功能关系、刚体角动量、回转效应。

9 简谐振动、微振动近似、阻尼振动、受迫振动。

10 振动的叠加和分解、机械波的产生与传播、简谐波、简谐波

的能量。

11 波的叠加与干涉、多普勒效应。测验。

12 平衡态、热力学第零定律、理想气体状态方程、热力学系统

的微观模型。

13 能量均分定理与理想气体内能、麦克斯韦速率分布律。

14 热力学第一定律及其应用、循环过程与热机的效率。

15 热力学第二定律、可逆过程与不可逆过程、卡诺定理。

217

16 熵的定义及计算、能量退化原理、熵增原理、熵和熵增原理

的统计意义。测验。

《环境化学》

一、课程基本信息

开课单位: 物质科学与技术学院 课程代码: CHEM1541

课程名称: 环境化学 英文名称: Environmental Chemistry

学 分: 2 学 时: 32

授课对象: 授课语言: 英语

先修课程:

二、课程简介和教学目的

During this course you will study the chemistry of air, wate

r, and toxic organic compounds as well as how anthropogenic

activities affect this chemistry on planet Earth. Specifical

ly, we will examine the sources, reactions, transport, effec

ts, and fates of chemical species found in air and water as

well as the effects of technology thereon. This course is di

vided into 4 major parts that reflects the most pressing iss

ues in Environmental Chemistry today: (1) Atmospheric Chemis

try and Air Pollution; (2) Climate Change and Energy; (3) Wa

ter Chemistry and Water Pollution; and (4) Toxic Organic Com

pounds.

三、教学内容、教学方式和学时安排

Introduction to Environmental Chemistry

218

Chapter 1: Stratospheric Chemistry (Chapman Mechanism & Catalytic

Processes of Ozone Destruction

Chapter 2: The Ozone Holes (Catalytic Processes of Ozone Destructio

n)

Chapter 3: The Chemistry of Ground-Level Air Pollution (The Photoc

hemical Smog Process, Particulates in Air Pollution)

Chapter 4: Environmental and Health Effects of Polluted Air (Acid R

ain and Health Effects of Outdoor Air)

Chapter 5: The Greenhouse Effect

Chapter 6: Energy Use, Fossil Fuel Energy, and CO2 Emissions

Chapter 7: Biofuels and other Alternative Fuels

Chapter 9: Radioactivity, Radon, and Nuclear Energy

Chapter 11: The Pollution and Purification of Water

Chapter 12: Toxic Heavy Metals

Chapter 13: Pesticides

219

Chapter 14: Dioxins, Furans and PCBs.

《高等热力学与统计物理》

一、课程基本信息

开课单

位:

物质科学与技术

学院

课程代

码: PHYS2110

课程名

称:

高等热力学与统

计物理

英文名

称:

Advanced Thermodynamics and

Statistical Physics

学 分: 3 学 时: 48

授课对

象:

授课语

言: 中英文

先修课

程:

二、课程简介和教学目的

本课程是在大学物理课程的基础上对热力学和统计物理做进一步的探

讨.其内容包括热力学定律及其应用,系综理论,经典和量子统计方

法，趋向平衡过程，相变理论, 非理想气体, 超导与超流。教学目的

是为物理或材料专业的研究生提供有关研究方向的必要的理论基础.

三、教学内容、教学方式和学时安排

课堂教学内容

教学进度

和学时安

排

教学方式

热力学 热力学定律 3 课堂讲授

220

热力学函数及其应用 3 课堂讲授

系综理论 正则系综与巨正则系综 3 课堂讲授

理想量子气体

Fermi 气体及其应用 4 课堂讲授

Bose 气体与 Bose-Einstein

凝聚 4 课堂讲授

经典统计

量子统计的经典极限 2 课堂讲授

非理想气体与 Mayer 展开 4 课堂讲授

趋向平衡过程

Liouville 定理与 Poincare 周

期 3 课堂讲授

Ehrenfest 模型 3 课堂讲授

输运过程与 Boltzmann 方程 3 课堂讲授

相变理论

李-杨定理 3 课堂讲授

Ising 模型 3 课堂讲授

临界现象 2 课堂讲授

非理想量子气

体

二次量子化 2 课堂讲授

弱耦合 Fermi 气体，超导 3 课堂讲授

弱耦合 Bose 气体，超流 3 课堂讲授

《光子科学及其在表面科学中的应用》

一、课程基本信息

221

开课单

位: 物质科学与技术学院

课程代

码: MSE2202

课程名

称:

光子科学及其在表面

科学中的应用

英文名

称:

Photon Science and its Applications

in Surface Science

学 分: 3 学 时: 48

授课对

象:

授课语

言: 中英文

先修课

程:

二、课程简介和教学目的

Material Science, especially surface and interface science, h

as had a dramatic growth in importance in recent years due to

the increased interest in nanometer-scale structures and mat

erials. A number of experimental techniques, theoretical mode

ls, and computational methods have thus been developed in ord

er to better understand and control such surface and interfac

e properties. Synchrotron radiation has also become an indisp

ensable tool for such systems, with over 50 such facilities w

orldwide, and several new free-electron laser sources for tim

e-resolved studies now coming online.

This course will first introduce some basic properties of su

rfaces, including their thermodynamics, their electronic stru

cture, and the theoretical approaches that are used to model

them. We will then turn to synchrotron radiation and its prin

cipal spectroscopies use to study atomic and electronic struc

ture. Special emphasis will be on spectroscopies provided by

synchrotron radiation: photoelectron spectroscopy, x-ray abso

rption spectroscopy, x-ray emission spectroscopy and diffract

ion.

三、教学内容、教学方式和学时安排

课堂教学内容

教学进度

和学时安

排

教学方式

第一讲 Introduction/绪论 每周

3 学时

课堂教学、课

后复习（作

222

第二讲 Synchrotron Radiation/同步

辐射

第三讲 Probing Matter with X-ray/X

光材料探测

第四讲 Basic Parameters in

Electron and Photon

Spectroscopies/电子和光子谱学基本

要素

第五讲 X-ray Photoelectron

Spectroscopy /光电子能谱

第六讲 Ambient Pressure X-ray

Photoelectron Spectroscopy/近常压

光电子能谱

第七讲 Special Seminar

第八讲 Auger Electron

Spectroscopy/俄歇电子能谱

第九讲 X-ray Absorption

Spectroscopy/X 射线吸收谱

第十讲 Extended X-ray Absorption

Fine Structure/X 射线远边吸收谱

第十一讲 X-ray Emission

Spectroscopy/X-光发射谱

第十二讲 Lecture on Free electron

laser and its applications /自由

电子激光专题

第十三讲/第十四讲 Physics and

Chemistry of Interfaces/界面物理化

学

第十五讲 In-situ Characterization

in Catalysis

业）、文献阅

读、讨论

…

223

随堂测验 习题分析、讨

论

期末考试 第十六/十

七周

论文撰写与答

辩

《胶体与表面化学》

一、课程基本信息

开课单位: 物质科学与技术学院 课程代码: CHEM1584

课程名称: 胶体与表面化学 英文名称: Colloid and Surface Chemistry

学 分: 3 学 时: 48

授课对象: 授课语言: 英语

先修课程:

二、课程简介和教学目的

The aim of the course is to provide a fundamental basis in surface and col

loid chemistry. After finishing the course, students are expected to becom

e familiar with the intermolecular and surface forces that determine the p

roperties of colloidal systems.

Topics that will be discussed includes the following;

- Intermolecular and interparticle forces

- Self-assembled structures of surfactant molecules

- Surface tension and surface free energy

- Formation of monolayer films at interfaces

- Electrostatic interactions in colloidal systems

- Colloidal stability

Lecture and exams will be given in English.

224

三、教学内容、教学方式和学时安排

Week #1 Introduction to colloids, surfaces, and interfaces

Week #2 Forces between atoms and molecules

Week #3 Forces between particles and surfaces

Week #4 Self-assembly of amphiphilic molecules

Week #5 Surface tension

Week #6 Formation of monolayer at an interface

Week #7 Electrostatic interactions in colloidal systems

Week #8 Structure and properties of micelles

Week #9 Mid-term exam

Week #10 Forces in colloidal systems

Week #11 Bilayer systems

Week #12 Polymers in colloidal systems

Week #13 Colloidal stability

Week #14 Colloidal sols

Week #15 Phase equilibra, phase diagrams, and their application

Week #16 Micro- and macroemulsions

《凝聚态物质的光学性质和应用》

一、课程基本信息

开课单

位:

物质科学与技术学

院

课程代

码: PHYS2206

课程名

称:

凝聚态物质的光学

性质和应用

英文名

称:

optical properties of condense matter

and applications

学 分: 2 学 时: 32

授课对

象:

授课语

言: 英语

先修课

程:

二、课程简介和教学目的

225

Optical properties and their experimental measurements repre

sent one of the most important scientific endeavors in the h

istory of materials research. Advances made to date in photo

nic devices that have enabled optical communications for exa

mple, could not have been achieved without a proper understa

nding of the optical properties of materials and how these p

roperties influence the overall device performance. Today, r

esearch on optical properties of materials draws on not only

physicists, who used to be the usual traditional researcher

s in this field, but also scientists and engineers from wide

ly different disciplines. In this class we will survey optic

al properties and characterization concepts in condense and

techniques, fundamentals to applications, with up-to-date ad

vances in the field.

三、教学内容、教学方式和学时安排

The topics to be covered during this course are the ones listed belo

w, each we estimate will take 3-4 hours of class time.

Basic light matter interaction concepts

Classical light propagation

Thin films

Interband absorption

Excitons

Luminescence

Quantum confinement

Free electrons

Molecular materials

Luminescence centers

Non-linear effects

Properties of Photonic Crystals

Negative index of refraction.

《物理化学 I 实验》

226

一、课程基本信息

开课单位: 物质科学与技术学院 课程代码: CHEM1350

课程名称: 物理化学 I 实验 英文名称: Physical Chemistry I Lab

学 分: 1 学 时: 42

授课对象: 授课语言: 中文

先修课程:

二、课程简介和教学目的

《物理化学 I实验》综合了相关学科（包括化学各分支学科、物理学

科）的基本研究工具和方法，它应用物理学原理与技术，使用仪器或

若干仪器组合成的实验测量体系，对系统的某一物理或化学性质进行

测量，进而研究化学问题。通过本课程的学习，一方面，使学生掌握

基本的物理化学实验技术和数据处理的技能，加深理解物理化学理论

课程的相关知识。另一方面，经过本实验课程的训练，能够进一步培

养学生分析问题和解决问题的能力，培养学生的创新意识和创新能

力，为学生今后从事化学研究或相关领域的科学研究或技术开发工作

打下扎实的基础。具体而言，《物理化学 I实验》有以下几个教学目

的： 1.使学生知道物理化学实验采用的研究方法，知道常用仪器的

构造、原理及其使用方法，知道近代大型仪器的性能及其在物理化学

实验中的应用。2.使学生加深对物理化学基本原理和概念的理解、增

强解决与化学相关的实际问题的能力。

3.掌握重要的物理化学性质测定方法，熟悉物理化学实验现象的观察

和记录、实验条件的判断和选择、实验数据的测量和处理（能使用有

关软件来进行实验数

1

据的采集以及利用软件完成较为复杂、繁琐的制表与绘图等）、实验

结果的分析和归纳等一套严谨的实验方法。4．培养学生勤奋、求

真、求实的科学品德，培养学生善于观察、勤于思考、胆大心细的习

惯。本课程以实践环节为主，由理论知识及技术讲座及基础性实验组

成。讲座内容包括课程的学习方法、安全防护、数据处理、报告书写

和实验设计思想等。实验部分，安排 9个实验，包括热力学、化学平

衡与相平衡、电化学、表面化学与胶体化学等方面的内容。

三、教学内容、教学方式和学时安排

课堂教学内容 教学进度和学时安

排 教学方式

227

绪论 I 第 2 周，4 学时 课堂讲授

绪论 II 第 3 周，4 学时 课堂讲授

实验 1：有机物燃烧热的测

定

第 4 周~第 15 周，

共 40 学时

课堂讲授+实

验操作

实验 2：弱酸离解热的测定

实验 3：液体饱和蒸气压的

测定

实验 4：氨基甲酸铵分解平

衡常数的测定

实验 5：凝固点下降法测定

物质的摩尔质量

实验 6：环己烷-乙醇气液平

衡相图的绘制

实验 7：溶液表面张力的测

定

实验 8：离子迁移数测定

实验 9：碳钢阳极极化曲线

的测定

《纳米电子学和量子输运理论》

一、课程基本信息

开课单

位:

物质科学与技术学

院

课程代

码: PHYS2119

课程名

称:

纳米电子学和量子

输运理论

英文名

称:

Nanoelectronics and Quantum

Transport Theory

学 分: 3 学 时: 48

授课对

象:

授课语

言: 中英文

先修课

程:

二、课程简介和教学目的

228

通过本课程基本理论的学习， 我们主要是要达到对流（包括电，

热，自旋），能量交换以及器件基本工作原理的深层次理解。我们将

着重介绍（1）介观输运物理，纳米电子学里最基本深刻的概念，

（2）并展示这些基本概念是如何被用来解释实际器件工作的。

三、教学内容、教学方式和学时安排

课堂教学内容 教学进度和学时安

排 教学方式

从新的视角来看输运 第 1，2 周

6 学时

课堂教学、课

后复习（作

业）、文献阅

读、讨论

第二章 能带模型

第 3，4 周

6 学时

课堂教学、课

后复习（作

业）、文献阅

读、讨论

第三章 电压是什么，在哪

里？

第 5，6 周

6 学时

课堂教学、课

后复习（作

业）、文献阅

读、讨论

第四章 热和能量输运：

第二定律和信息

第 7，8 周

6 学时

课堂教学、课

后复习（作

业）、文献阅

读、讨论

第五章 薛定谔方程

第 9，10 周

6 学时

课堂教学、课

后复习（作

业）、文献阅

读、讨论

第六章 量子输运方法

第 11，12 周

6 学时

课堂教学、课

后复习（作

业）、文献阅

读、讨论

第七章 应用实例

第 13，14 周

6 学时

课堂教学、课

后复习（作

业）、文献阅

读、讨论

229

第八章 自旋输运：自旋电

子学

第 15，16 周

6 学时

课堂教学、课

后复习（作

业）、文献阅

读、讨论

期末考试

第 17 周

4 学时

开卷

《主族元素化学》

一、课程基本信息

开课单

位:

物质科学与技术学

院

课程代

码: CHEM2401

课程名

称: 主族元素化学

英文名

称:

Main-Group Element

Chemistry

学 分: 2 学 时: 32

授课对

象:

授课语

言: 中英文

先修课

程:

二、课程简介和教学目的

课程覆盖各主族元素的物理和化学性质（包含基础和高级）；典型元

素的化学结构和化学反应，典型元素的反应机理和化学物理表征方

法；主族元素前沿材料化学合成与性质。教学目的：使学生系统掌握

主族元素化学的基础知识；通过反应机理和表征手段的分析与讨论，

230

深刻理解主族元素化学；通过对主族元素材料化学的介绍，将基础主

族元素化学与材料化学紧密结合；通过学术报告和科研论文写作的考

察方式，培养学生的独立科研能力。

三、教学内容、教学方式和学时安排

课堂教学内容 教学进度和学时安

排 教学方式

第一章 绪论

1. 历史背景

2. 前沿研究介绍

第二章碱金属

1. 碱金属单质物理和化学性

质

2. 碱金属化合物的化学结构

和化学性质

第 1 周

2 学时

课堂教学、文

献阅读、讨论

第二章碱金属

3. 烷基锂的结构与化学性质

4. 核磁共振原理与应用

第 2 周

2 学时

课堂教学、文

献阅读、讨论

第三章 碱土金属

1. 碱土金属单质物理和化学

性质

2. 碱土金属化合物的化学结

构和化学性质

3. 格氏试剂的结构与化学性

质

第 3 周

2 学时

课堂教学、课

后复习（作

业）、文献阅

读、讨论

231

第四章 硼族元素

1. 硼族元素单质的物理和化

学性质

2. 硼氧化物，氯化物，氮化

物，配合物的化学结构和化学

性质

3. 路易斯酸性

第 4 周

2 学时

课堂教学、文

献阅读、讨论

第四章 硼族元素

4. 铝的氧化物，氯化物，配

合物的化学结构和化学性质

5. 镓，铟，铊其化合物

第 5 周

2 学时

课堂教学、课

后复习（作

业）、文献阅

读、讨论

第五章 碳族元素

1. 碳族元素单质物理和化学

性质

2. 碳及其化合物

3. 硅及其化合物

第 6 周

2 学时

课堂教学、文

献阅读、讨论

第五章 碳族元素

1. 锗及其化合物

2. 锡及其化合物

3. 铅及其化合物

4. 惰性电子对效应

第 7 周

2 学时

课堂教学、课

后复习（作

业）、文献阅

读、讨论

期中学术报告考核

第 8 周

2 学时

进行学术报告

及讨论

第六章 氮族元素

1. 元素单质物理和化学性质

第 9 周

2 学时

课堂教学、文

献阅读、讨论

232

2. 氮及其化合物

3. 路易斯碱

4. 磷及其化合物

5. 顺磁共振原理与应用

第六章 氮族元素

6. 砷及其化合物

7. 锑及其化合物

8. 铋及其化合物

第 10 周

2 学时

课堂教学、课

后复习（作

业）、文献阅

读、讨论

第七章 氧族元素

1. 元素单质物理和化学性质

2. 氧，硫的成键特性

3. 硒，碲及其化合物

第 11 周

2 学时

课堂教学、课

后复习（作

业）、文献阅

读、讨论

第八章 卤素元素

1. 元素单质物理和化学性质

2. 硒，碲及其化合物

3. 卤素元素的应用

4. 质谱原理与应用

第 12 周

2 学时

课堂教学、课

后复习（作

业）、文献阅

读、讨论

第九章主族元素的多键化合

物

1. 主族元素的多键化学结构

2. 主族元素的多键化学性质

第 13 周

2 学时

课堂教学、课

后复习（作

业）、文献阅

读、讨论

第十章 主族元素的高分子化

学

1. 聚合反应机理

第 14 周

2 学时

课堂教学、课

后复习（作

业）、文献阅

读、讨论

233

2. 物理和化学性质

3. 表征手段

第十一章 主族元素功能材料

化学

1. 纳米材料

2. 储氢材料

3. 半导体材料

4. 超导材料

第 15 周

2 学时

课堂教学、课

后复习（作

业）、文献阅

读、讨论

第十二章 主族元素的纳米材

料化学

1. 纳米离子的制备

2. 水热合成

3. 低热固相化学合成

4. 微波合成化学

5. 典型无机化合物的制备

第 16 周

2 学时

课堂教学、课

后复习（作

业）、文献阅

读、讨论

期末科研论文 第 17 周 提交期末科研

论文

《量子化学》

一、课程基本信息

开课单位: 物质科学与技术学院 课程代码: CHEM1587

课程名称: 量子化学 英文名称: Quantum Chemistry

学 分: 3 学 时: 48

234

授课对象: 授课语言: 英语

先修课程:

二、课程简介和教学目的

After this course, the student

1. can solve the Schr?dinger equation in 1-, 2-, and 3-dimensio

ns for several problems of interest in chemistry, including the par

ticle-in-a-box, harmonic oscillator, rigid rotor, and hydrogen ato

m.

2. has an understanding of atomic structure, valence-bond and m

olecular orbital theories of chemical bonding and group theory.

3. can apply the concepts of quantum theory to molecular spectr

oscopy and nuclear magnetic resonance.

三、教学内容、教学方式和学时安排

Week1 Introduction to Quantum Mechanics

Week2 Quantum Theory; Waves

Week3 Quantum Theory; Particles

Week4 Quantum Mechanics of some simple systems

Week5 Principles of Quantum Mechanics

Week6 Harmonic Oscillator

Week7 Angular Momentum

Week8 Midterm Exam

Week9 Hydrogen Atom

Week10 Helium Atom

Week11 Atomic Structure; Periodic Law

Week12 The Chemical Bond

Week13 Molecular Orbital Theory

Week14 Molecular Spectroscopy

Week15 Nuclear Magnetic Resonance

Week16 Ab initio Methods/Density Functional Theory

《物理原理 I：力学、热学》

235

一、课程基本信息

开课单

位: 物质科学与技术学院

课程代

码: PHYS1106

课程名

称:

物理原理 I：力学、热

学

英文名

称:

Principle of physics I：Mechanics，

Thermal

学 分: 4 学 时: 64

授课对

象:

授课语

言: 中英文

先修课

程:

二、课程简介和教学目的

本课程主要为物理专业的一年级本科生开设，将介绍经典物理学的概况。着重

介绍牛顿力学、相对论、热力学及统计物理的基本图景和理论框架。通过本课

程，培养学生对物理学的兴趣，理解物理学的语言和研究方法，为物理系后续

课程（经典力学、量子力学、热力学与统计物理等）打下基础，并让学生适应

从高中到大学的学习方法的转变。

三、教学内容、教学方式和学时安排

课堂教学内容 教学进度和学时安排 教学方式

什么是物理学 第 1 周 2 学时

课堂教学、课后

复习（作业）、

文献阅读、讨论

基本概念及数学准备 第 1 周 2 学时

质点运动学 第 2 周 2 学时

质点动力学：牛顿定律、非惯性

系、物理中几何相

第 2 周 2 学时

第 3 周 2 学时

力学守恒量：动量、能量、角动

量、天体运动

第 3 周 2 学时

第 4 周 4 学时

236

刚体运动学及动力学：定轴转动、

定点转动 第 5 周 4 学时

力学等价表述：拉格朗日量、最小

作用量原理、哈密尔顿方程

第 6 周 4 学时

第 7 周 2 学时

周期运动与机械波

第 7 周 2 学时

第 8 周 2 学时

期中考试 I 第 8 周 1 学时

狭义相对论

第 8 周 1 学时

第 9 周 4 学时

热学导论 第 10 周 1 学时

热力学基本概念，物态与物相 第 10 周 3 学时

热力学定律、熵

第 11 周 4 学时

第 12 周 2 学时

分子动理论及热力学统计初步

第 12 周 2 学时

第 13 周 4 学时

期中考试 II 第 14 周 1 学时

非平衡过程 第 14 周 3 学时

相变及凝聚态物理简介 第 15 周 4 学时

专题讲座 第 16 周 2 学时

课程回顾 第 16 周 2 学时

期末考试 第 17 周 3 学时 闭卷

237

《半导体材料与器件》

一、课程基本信息

开课单

位:

物质科学与技术学

院

课程代

码: MSE1511

课程名

称: 半导体材料与器件

英文名

称:

Semiconductor Material and

Devices

学 分: 3 学 时: 48

授课对

象:

授课语

言: 英语

先修课

程:

二、课程简介和教学目的

半导体已经被研究很长时间，但它们的重要性是随着时间而增加。

譬如，在过去的 20年中，碳纳米管和原子级薄层材料等领域的发展

为半导体的基础研究带来了新的活力。 本课程向学生介绍半导体特

性的基本物理原理，以及集成电路，发光二极管和太阳能电池等半导

体器件的设计和运行的基础。 它将为理解科学和技术文献提供一个

门户，也是研究方法的基础。

三、教学内容、教学方式和学时安排

课堂教学内容

教学进

度和学

时安排

教学方式

Crystal structure and basic quantum theory:

bonding and band structure, the k dot p

method of band structure calculation, effective

masses, electrons and holes, density of states,

Fermi distributions, chemical potential,

quantum confinement

第 1-2

周

6 学时

课堂教学、

课后复习

（作业）

238

第二章

Optical response: dielectric function, excitons

第 3 周

3 学时

课堂教学、

课后复习

（作业）

第三章

Defects: dopants, deep centers

第 4 周

3 学时

课堂教学、

课后复习

（作业）

第四章

Carrier transport: carrier recombination and

generation, scattering, mobility and diffusion,

band bending

第 5-6

周

6 学时

课堂教学、

课后复习

（作业）

第五章

pn junction diodes: electrostatics of pn

junctions, carrier distributions, I-V

characteristics, transient response

第 7-8

周

3 学时

课堂教学、

课后复习

（作业）

第六章

Optoelectronic diodes: photodiodes, solar cells

第 9 周

3 学时

课堂教学、

课后复习

（作业）

第七章

Bipolar junction transistor

第 10-11

周

3 学时

课堂教学、

课后复习

（作业）

第八章

Metal-semiconductor interfaces: Fermi-level

pinning and Schottky diodes

第 12 周

3 学时

课堂教学、

课后复习

（作业）

第九章

Field-effect devices: J-FETs and MOSFETs

第 13 周

3 学时

课堂教学、

课后复习

（作业）

第十章

Heterostructures

第 14 周

3 学时

课堂教学、

课后复习

（作业）

第十二章

Epitaxy: lattice matching, strain

第 15 周

3 学时

课堂教学、

课后复习

（作业）

239

第十二章

Contemporary topics

第 16 周

3 学时

课堂教学、

课后复习

（作业）

期末考试

第 17 周

2 学时

闭卷

《量子力学 B》

一、课程基本信息

开课单位: 物质科学与技术学院 课程代码: PHYS1511

课程名称: 量子力学 B 英文名称: Quantum Mechanics B

学 分: 4 学 时: 64

授课对象: 授课语言: 中英文

先修课程:

二、课程简介和教学目的

量子力学是物理学科的基础课，它与相对论被认为是近代物理学的基

础。而且量子力学是一门全新的物理理论，它通过对物质波粒二像性

的理解，引入波函数的描述方法，建立起一个严整的逻辑体系，给复

杂的量子微观体系现象以一个自洽的理解和说明，并得到许许多多崭

新的结论。量子力学的预言现象不断被实验所证实并取得广泛的应

用，同时，量子理论本身也还在不断深化和发展。量子力学是其它许

多物理理论的必备基础，也是现代物理工作者和技术人员的一门基本

修养。本课程要求学生掌握量子力学的基本思想和基本方法，能利用

量子力学的理论框架处理微观系统问题，为进一步学习凝聚态物理和

从事科学研究打下坚实的基础。

三、教学内容、教学方式和学时安排

课堂教学内容 教学进度和学时安

排 教学方式

240

量子力学的物理基础 4 课堂教学

波动力学基础 12 课堂教学

矩阵力学基础 I—力学量和算

符 10 课堂教学

矩阵力学基础 II—表象理论 10 课堂教学

自旋和角动量 10 课堂教学

散射理论 8 课堂教学

多体问题 8 课堂教学

期末考试 2 闭卷

《化学生物学》

一、课程基本信息

开课单位: 物质科学与技术学院 课程代码: CHEM1701

课程名称: 化学生物学 英文名称: Chemical Biology

学 分: 2 学 时: 32

授课对象: 授课语言: 中英文

先修课程:

二、课程简介和教学目的

化学生物学是一门利用化学手段研究生命过程的一门学科。由于生命

系统的复杂性，传统生物学研究手段在一些研究领域具有很大局限

性。利用化学工具、原理来开发和理解复杂生命过程现象的学科叫做

化学生物学。本课程教学目的主要为：高年级本科生在熟练掌握传统

化学知识以后，在学习本课程后，能够对化学手段在生物学中研究的

应用得到一定启发，同时也为以后继续深造奠定一定的基础。

241

三、教学内容、教学方式和学时安排

课堂教学内容 教学进度和学时安

排 教学方式

第一章 绪论

第 1 周

2 学时

课堂教学、讨

论

第二章 蛋白质化学生物学

（1）

第 2 周

2 学时

课堂教学、讨

论

第二章 蛋白质化学生物学

（2）

第 3 周

2 学时

课堂教学、讨

论

第二章 蛋白质化学生物学

（3）

第 4 周

2 学时

课堂教学、讨

论

第二章 蛋白质化学生物学

（4）

第 5 周

2 学时

课堂教学、讨

论

第三章 核酸化学生物学（1）

第 6 周

2 学时

课堂教学、讨

论

第三章 核酸化学生物学（2）

第 7 周

2 学时

课堂教学、讨

论

第三章 核酸化学生物学（3）

第 8 周

2 学时

课堂教学、讨

论

第三章 核酸化学生物学（4）

第 9 周

2 学时

课堂教学、讨

论

第四章 糖化学生物学（1）

第 10 周

2 学时

课堂教学、讨

论

242

第四章 糖化学生物学（2）

第 11 周

2 学时

课堂教学、讨

论

第五章 生物无机化学

第 12 周

2 学时

课堂教学、讨

论

第六章 化学遗传学

第 13 周

2 学时

课堂教学、讨

论

第七章 化学生物学前沿

第 14 周

2 学时

课堂教学、讨

论

第八章 化学生物学前沿探讨

（1）

第 15 周

2 学时

讨论

第八章 化学生物学前沿探讨

（2）

第 16 周

2 学时

讨论

《简明生物化学》

一、课程基本信息

开课单位: 物质科学与技术学院 课程代码: CHEM1341

课程名称: 简明生物化学 英文名称: Essential Biochemistry

学 分: 3 学 时: 48

授课对象: 授课语言: 中英文

先修课程:

二、课程简介和教学目的

生物化学是生命的化学,是介于生物学与化学之间的一门交叉科学，

是用物理学、化学和生物学的现代技术来研究生物体的物质组成和结

构，物质在生物体内发生的化学变化，以及这些物质结构的变化与生

理机能之间的关系的科学。学习和研究生物化学的目的在于阐明生命

活动的化学、物质基础，并与其他学科配合，来揭示生命活动的本质

和规律。生物化学课程的任务是使学生掌握蛋白质、酶、核酸等生物

243

大分子的结构、性质及功能；生物膜的结构及特性；生物能量的产生

及生物大分子前体的生物合成；遗传信息的储存、传递及表达等基本

理论知识。为学生进一步学习专业课打下坚实的基础。通过本课程的

学习，使学生能够掌握生物化学的基本概念、理论和研究方法，为学

生从事多学科交叉领域的研究提供基本的知识储备。

三、教学内容、教学方式和学时安排

课堂教学内容 教学进度和学时安

排 教学方式

第一章 绪论

1.1 生物化学的概念

1.2 生物化学的发展简史

1.3 生物化学基础知识

第 1 周

2 学时

课堂教学、课

后复习（作

业）

第二章 蛋白质

2.1 氨基酸概述

2.2 蛋白质概述

2.3 蛋白质结构与功能

第 1、2 周

4 学时

课堂教学、课

后复习（作

业）

第三章 糖类

3.1 单糖和二糖

3.2 多糖

3.3 糖复合物

第 3 周

3 学时

课堂教学、课

后复习（作

业）

第四章 脂质

4.1 脂质及其性质

4.2 脂质的结构和功能

第 4 周

3 学时

课堂教学、课

后复习（作

业）

第五章 核酸

5.1 核酸的概念

第 5 周

3 学时

课堂教学、课

后复习（作

业）

244

5.2 核酸的结构

5.3 核酸的性质

第六章 酶

6.1 酶的概念

6.2 酶的作用机制和调节

6.3 酶促反应动力学

第 6、7 周

6 学时

课堂教学、课

后复习（作

业）

第七章 糖代谢

7.1 糖酵解

7.2 糖的异生作用

第 8 周

3 学时

课堂教学、课

后复习（作

业）

第八章 脂质代谢

8.1 脂质的分解代谢

8.2 脂质的合成代谢

第 9 周

3 学时

课堂教学、课

后复习（作

业）

第九章 蛋白质降解和氨基酸

代谢

9.1 蛋白质的降解

9.2 氨基酸的分解与合成代谢

第 10、11 周

4 学时

课堂教学、课

后复习（作

业）

第十章 DNA 和 RNA 合成代谢

10.1 DNA 的生物合成

10.2 RNA 的生物合成

第 11、12 周

4 学时

课堂教学、课

后复习（作

业）

第十一章 蛋白质的生物合成

11.1 遗传密码

11.2 蛋白质的合成与加工

第 13、14 周

6 学时

课堂教学、课

后复习（作

业）

第十二章 基因克隆与表达

12.1 基因克隆

第 15、16 周

4 学时

课堂教学、课

后复习（作

业）

245

12.2 基因表达

期末考试

第 17 周

3 学时

考试、闭卷

《固体化学》

一、课程基本信息

开课单位: 物质科学与技术学院 课程代码: CHEM2111

课程名称: 固体化学 英文名称: Solid State Chemistry

学 分: 3 学 时: 48

授课对象: 授课语言: 中英文

先修课程:

二、课程简介和教学目的

固体化学是研究固体物质的制备、组成、结构和性质的科学，是物理科学的

一个分支。在工程技术上是固体科学的一个领域，与固体物理、材料工程

学、陶瓷学、矿物冶金学等相互融合，构成现代固体科学技术，担负着解决

新材料的科学技术问题。本课程侧重固体化学基础知识、研究方法以及前沿

科学问题的相互融合，内容主要包括固体化学绪论和研究前沿介绍、对称性

与晶体结构、固体中的化学键和连接性、凝聚体系相图和相律、固体相变、

固体中的缺陷与非化学计量化合物、固体材料的合成与制备、X射线衍射晶体

学（含上机实验）、固体电子结构与量子化学方法研究方法。

通过系统的固体化学基础知识学习、研究方法实践与当前研究的前沿领域介

绍，希望研究生和高年级本科生不但在固体化学方面具有扎实的基础理论知

识，并且为将来如何将这些理论知识应用于固体化学具体研究工作中打下良

好的基础。

三、教学内容、教学方式和学时安排

课堂教学内容 教学进度和学时安排 教学方式

绪 论、固体化学研究前沿 3 学时 讲课

对称性与晶体结构 9 学时

讲课

习题

246

1. 对称元素与对称操作

2. 点群

3. 周期性

4. 点阵与晶胞

5. 七大晶系

6. 14 种布拉菲格子

7. 32 种晶体学点群

8. 270 种空间群

9. 国际空间群表

10. 晶体学的坐标、方向和晶面

固体中的化学键和连接性

1. 原子间的键合

2. 晶体结构的表达和分类

3. 金属晶体结构

4. 离子晶体结构

5. 共价晶体结构

6. 混合类型晶体结构.

3 学时

讲课

习题

X 射线衍射晶体学

1. X 射线技术

2. 光的衍射

3. 劳厄方程

4. 布拉格方程

5. 倒易空间

6 学时

讲课

习题

247

6. Ewald sphere

7. 散射因子

8. 系统消光

9. 单晶结构测试与解析

10. 等效点

11. 相角问题

12. 电子密度图

13. 分辨率

14. 倒易空间

15. 衍射强度与结构因子

16. 系统消光

17. 空间群的确定

18. 结构分析与表达

19. 粉末衍射

期中考试 3 学时 考试

第四章、凝聚体系相图和相律

1. 相平衡与相率

2. 单组分体系相图

3. 二组分相图

4. 相图在材料化学中的应用

6 学时

讲课

习题

缺陷与非化学计量化合物

1. 不完美的晶体

2. 点缺陷

3. 缺陷的记号

3 学时

讲课

习题

248

4. 缺陷形成的热力学

5. 色心

6. 非化学计量比晶体

7. 缺陷的簇或聚集体

8. 固溶体

9. 固溶体的研究方法

固体材料的合成与制备

1. 高温固相合成

2. 软化学合成

3. 特殊合成方法

4. 单晶的制备

5. 材料的制备

6 学时

讲课

习题

固体电子结构

1. 量子化与原子轨道

2. 原子到分子

3. 固态材料的量子化模型

4. 材料的布里渊区和能带

5. 原子轨道态密度及轨道相互作用

6. 固体与表面

7. 导电性和磁性

8. 计算程序和实例

3 学时 讲课

复习 3 学时 答疑

期末考试 3 学时 考试

249

《物理原理 II：光学、电磁学》

一、课程基本信息

开课单

位:

物质科学与技术学

院

课程代

码: PHYS1107

课程名

称:

物理原理 II：光

学、电磁学

英文名

称:

Principle of physics II：Optics，

Electromagnetism

学 分: 4 学 时: 64

授课对

象:

授课语

言: 中英文

先修课

程:

二、课程简介和教学目的

本课程光学部分是自然学科的重要基础课程。光是信息的最重要的载

体之一，因此作为物理学中最古老的一门基础学科，光学长久以来都

是人类认识世界和研究自然规律的基本工具。其发展与自然科学的进

步具有相辅相成的关系，因此具有强大的生命力和不可估量的发展前

途，在当前信息技术爆发的时代背景下，这个古老的学科又一次站到

科学研究的前沿。光学既是物质科学方向的学生进一步学习激光原理

及应用、光电子技术、信息光学、导波光学、非线性光学、量子力

学、电动力学、原子物理等课程的基础，同时又是学生探讨微观和宏

观世界的联系的一个重要工具。通过本课程的教学，学生将系统地掌

握基本原理和基本知识、发张分析问题和解决问题的能力、建立辩证

唯物主义的科学观、提升科学素质。

本课程电磁学部分是普通物理系列中最重要的基础课之一，是高等学

校理工科学生必修课程。该课程将向学生讲授静电场、导体与电介

质、恒定电流、恒磁场、磁介质、电磁感应、电磁场与电磁波等内

容。使学生了解电磁学思想概念的发展过程，培养学科兴趣，打下扎

实的物理基础，得到一定的科学精神的培养，提高科学素养，明白科

学思维的重要性。

教学目的 （光学）：

(1)了解光学学科的历史，培养辩证的科学发展观，提升科研的基本

素质。

(2)了解光学所研究的内容以及当代的前沿的科学研究方向，培养开

拓精神。

250

(3)掌握光学的基本原理、基本物理概念和规律，掌握处理光学现象

及问题的手段和方法。

(4)培养学生的浓厚科学兴趣，引导学生逐步掌握物理学的研究方法,

发挥其主观能动性，从而提高教学效果。

教学目的（电磁学）

（1）掌握电磁相互作用的基本规律；

（2）了解静电场和静磁场的规律；

（3）了解静电场和静磁场与物质相互作用；

（4）了解电场与磁场的相互联系；

（5）理解电磁场的物质性和能量；

（6）了解麦克斯韦电磁理论。

三、教学内容、教学方式和学时安排

课堂教学内容 教学进度和学时安

排 教学方式

第一章光和光的传播

第 1周

2 学时

课堂教学、课后

复习（作业）、

讨论

第二章 几何光学成像

第 1周

-第 2 周

6 学时

课堂教学、课

后复习（作

业）、讨论

第三章 干涉

第 3周-第 4周

6 学时

课堂教学、课

后复习（作

业）、讨论

第四章 衍射

第 4周-第 5周

6 学时

课堂教学、课

后复习（作

业）、讨论

第五章 变换光学与全息照片

第 6周-第 7周

6 学时

课堂教学、课

后复习（作

业）、讨论

第六章 偏振

第 7周-第 8周

6 学时

课堂教学、课

后复习（作

业）、讨论

251

第七章 光与物质的相互作用

光的量子性

第 9周

2 学时

课堂教学、课

后复习（作

业）、讨论

期中考试

第 9周

2 学时

闭卷，可以带

一页 A4 纸笔记

和计算器

第一章 真空中的静电场

第 10 周

4 学时

课堂教学、课

后复习（作

业）、讨论

第二章 静电场与物质的相互

作用

第 11 周

2 学时

课堂教学、课后

复习（作业）、

讨论

第三章 静电能

第 11 周

2 学时

课堂教学、课后

复习（作业）、

讨论

第四章 稳恒电流

第 12 周

4 学时

课堂教学、课后

复习（作业）、

讨论

第五章 真空中的静磁场

第 13 周

4 学时

课堂教学、课后

复习（作业）、

讨论

第六章 磁场与物质相互作用

第 14 周

4 学时

课堂教学、课后

复习（作业）、

讨论

第七章 电磁感应

第 15 周

4 学时

课堂教学、课后

复习（作业）、

讨论

第八章 麦克斯韦电磁理论

第 16 周

4 学时

课堂教学、课后

复习（作业）、

讨论

期末考试

第 17 周

2 学时

闭卷，可以带一

页 A4 纸笔记和

计算器

252

《储能材料与技术》

一、课程基本信息

开课单

位:

物质科学与技术学

院

课程代

码: MSE1711

课程名

称: 储能材料与技术

英文名

称:

Energy Storage Materials and

Technologies

学 分: 2 学 时: 32

授课对

象:

授课语

言: 中英文

先修课

程:

二、课程简介和教学目的

《储能材料与技术》是材料类专业选修课，通过对该门课程的学习，使学生

了解储能的发展现状和未来趋势，掌握储能的基本原理、形式和适用范围，

包括机械储能、电磁储能、热能存储和化学储能等，其中深入理解二次电池

的原理和应用。

三、教学内容、教学方式和学时安排

课堂教学内容 教学进度和学时安排 教学方式

一、绪论

1.1 能源储存的重要性

1.2 能源储存的途径

1.3 能量的基本转换过程

第 1 周（2 学时） 讲课

二、锂离子电池

2.1 电化学基础

2.2 锂离子电池发展历史

第 2-9 周（16 学时）

讲课

作业

253

2.3 锂离子电池关键材料

2.4 全固态锂电池

2.5 锂硫电池

2.6 锂空电池

2.7 其他二次金属电池

2.8 超级电容器

三、其他化学储能

3.1 铅酸电池

3.2 镍镉电池

3.3 镍氢电池

3.4 液流电池

第 10-11 周（4 学时）

讲课

作业

四、机械储能

4.1 抽水储能

4.2 压缩空气储能

4.3 飞轮储能

第 12-13 周（4 学时）

讲课

作业

五、其他形式储能

5.1 超导储能

5.2 热能存储

第 14-16 周（6 学时）

讲课

作业

254

《先进光源与前沿技术》

一、课程基本信息

开课单

位:

物质科学与技术

学院

课程代

码: PHYS2208

课程名

称:

先进光源与前沿

技术

英文名

称:

Advanced radiation sources and cutting-edge

technologies

学 分: 2 学 时: 32

授课对

象:

授课语

言: 中英文

先修课

程:

二、课程简介和教学目的

光源是人类认知世界的基本工具。新型先进光源的不断涌现，如 X射线、激

光、电子及中子，为探索物质世界的本质提供了不可估量的多样手段。《先

进光源与前沿技术》包括新型 X射线光源、激光光源、电子源及中子源。课

程将以第四代同步辐射光源及 X射线自由电子激光为开端，讲述其发展历

史，物理原理及谱学、散射与成像等先进技术，描绘其在各学科前沿及重大

基础问题中的研究与应用。激光部分将详细论述光学激光的类型、最新技术

及其自然科学与工业领域的应用，重点介绍超强、超短脉冲激光的现状及其

突破。针对当前不可替代的电镜及电子源研究，拟以冷冻电镜在结构生物学

中的重要应用及超快电子衍射在非平衡态超快过程中的发展现状为重点，阐

述其重要性与前沿性。中子源部分将涵盖发展简史、物理原理及在工程应用

中的独特优势。

本课程将邀请国内外相关领域的著名科学家，向不同学科背景的本科生与研

究生讲授先进光源及相应前沿技术对各学科的重大推动作用。本课程的目的

是向学生传输当今世界在光子科学领域的研究前沿与若干重大基础科学问

题，培养其广泛的视野与国际化的思维模式，提升广大学生的科学思维，为

其高水平的科学素养及科研生涯奠定坚实的基础。

三、教学内容、教学方式和学时安排

课堂教学内容 教学进度和学时安排 教学方式

第一章 绪论 第 5 周 课堂讲授，并辅

以提问及讨论。

255

1.1 光源的类型及发展历史

1.2 基础科学问题对光源的需求

1.3 前沿技术的发展路径与现状

2-3 学时

第二章 同步辐射光源

2.1 同步辐射光源发展简史

2.2 同步辐射光源物理基础

2.3 基于同步辐射光源的研究技术

2.4 同步辐射光源在多学科中的研

究与应用

第 6 周

3 学时

课堂讲授中力求

将讲解与讨论相

结合。

第三章 第四代同步辐射光源

3.1 衍射极限环

3.2 衍射极限环的物理背景

3.3 新型同步辐射光源的应用前景

3.4 基于新型同步辐射光源的前沿

技术

3.5 上海光源及二期工程简介

第 7 周

3 学时

邀请国内外相关

领域的著名科学

家讲授，并辅以

讨论。

实地参观上海光源

第 8 周

2 学时

第四章 X射线自由电子激光

4.1 X 射线自由电子激光的发展历

程

4.2 X 射线自由电子激光的物理原

理

4.3 世界范围 X 射线自由电子激

光装置简介

第 9 周

3 学时

256

4.4 X 射线自由电子激光的实验技

术发展

4.5 X 射线自由电子激光的应用研

究现状

4.6 上海软 X 射线自由电子激光

装置

4.7 上海硬 X 射线自由电子激光

装置

第五章 大连自由电子激光装置

5.1 装置的建设背景

5.2 装置的整体布局与规划

5.3 装置拟解决的科学问题

5.4 装置的运行现状简介

5.5 装置的后续规划

第 10 周

3 学时

第六章 激光与应用

6.1 激光的物理原理介绍

6.2 激光的种类

6.3 激光技术

6.4 激光在多学科领域的研究现状

第 11 周

3 学时

第七章 超强超短脉冲激光

7.1 超强超短脉冲激光的定义

7.2 脉冲激光的产生

7.3 上海超强超短脉冲激光装置

7.4 超强超短脉冲激光的应用

第 12 周

3 学时

第八章 电子显微镜 第 13 周

257

8.1 电子显微镜的产生与种类

8.2 电子显微镜在材料学与生物学

中的典型应用

8.3 上海科技大学超分辨电子显微

镜研究中心

3 学时

第九章 冷冻电子显微镜

9.1 冷冻电镜的发展历程

9.2 冷冻电镜的关键技术

9.3 冷冻电镜在结构生物学中的应

用

第 14 周

3 学时

第十章 超快电子衍射

10.1 UED 的物理原理

10.2 UED 的研究现状

10.3 UED 在超快过程中的研究与

应用实例

10.4 上海交通大学 UED 装置

第 15 周

3 学时

第十一章 中国散列中子源

11.1 散列中子源的定义与物理背

景

11.2 中国散列中子源的建设历程

11.3 中国散列中子源的布局

11.4 中国散列中子源在多学科中

的应用

11.5 中国散列中子源的研究前景

及后续规划

第 16 周

3 学时

期末考试 第 17 周

文献翻译与小论

文的形式进行考

查

258

《材料制备与加工（含实验）》

一、课程基本信息

开课单

位: 物质科学与技术学院

课程代

码: MSE1506

课程名

称:

材料制备与加工（含

实验）

英文名

称:

Synthesis and Fabrication of Materials

(with Lab)

学 分: 5 学 时: 112

授课对

象:

授课语

言: 中英文

先修课

程:

二、课程简介和教学目的

材料制备与加工课程是为材料专业高年级本科生开设的专业必修课。本课程

主要是为学生介绍硬材料（如金属与陶瓷材料）和软材料（如聚合物、水凝

胶、气凝胶）制备及加工的基本流程。本课程的核心目标是带领学生了解日

常生活、工程应用中以及学术研究领域中所涉及到的基础材料的制备与加工

过程以及相应的加工机理。课程的核心内容包括了解及掌握多种不同的硬材

料和软材料的制备与加工工艺。此外，本课程还会涉及薄膜材料的制备与加

工工艺以及新兴的增材制造（3D打印）技术。

本课程内容分为四个部分章，分别是：一 材料科学基础知识的回顾； 二 金

属原材料的制备与加工工艺；三 陶瓷材料的制备与加工工艺；四 聚合物的

基本合成方法、物理化学特性和种类介绍； 五 复合材料； 六 聚合物加工

方法； 七 三种典型的聚合物体系：水凝胶、气凝胶和液晶的制备与特性；

以及八 薄膜材料的制备和增材制造技术。

教学方式以讲授为主，辅以课后完成每章后的少量习题和课上讨论、讲解习

题，以便于同学们掌握基本的概念和方法。课程成绩由平时成绩（50%）和期

末考试成绩（50%）构成。平时成绩以出勤率和作业情况构成。期末考试为闭

卷考试。

三、教学内容、教学方式和学时安排

课堂教学内容 教学进度和学时安排 教学方式

第一章 绪论

2 学时

指定阅读教材

259

课堂教学、课后作

业，课上讨论，总

结，讲解习题

第二章 金属原材料

1. 合金与相图

2. 黑色金属

3. 有色金属

4. 金属加工导论

4 学时

指定阅读教材

课堂教学、课后

作业，课上讨

论，总结，讲解

习题

第三章 凝固

1. 凝固（铸造）

2. 凝固（焊接）

3. 凝固动力学

4. 均相凝固的动力学

5. 非均相凝固的动力学

6. 热传递

4 学时

指定阅读教材

课堂教学、课后作

业，课上讨论，总

结，讲解习题

第四章 粉末加工

1 粉末加工绪论

2 粉末表征

3 比表面表征

4 气体渗透性表征

5 粉末加工和成型

6 晶体的成核及长大

7 晶体的生长形态

4 学时

指定阅读教材

课堂教学、课后

作业，课上讨

论，总结，讲解

习题

第五章 陶瓷原材料

1. 陶瓷的结构与性能

2. 传统陶瓷

3. 新陶瓷

4. 玻璃

5. 陶瓷加工导论

4 学时

指定阅读教材

课堂教学、课后

作业，课上讨

论，总结，讲解

习题

1. 第六章 非金属材料制备 6 学时

指定阅读教材

260

1. 粉体材料的种类和制备

2. 机械研磨

3. 喷雾干燥

4. 凝胶－溶胶制备粉体

5. 共沉淀法制备粉体

6. 化学方法制备非氧化物粉体

7. 纳米颗粒的制备

8. 粉末结构表征

课堂教学、课后作

业，课上讨论，总

结，讲解习题

1. 第七章 非金属材料成形及

烧结

1. 粘合剂和增塑剂

2. 滑和泥浆

3. 干压成型

4. 热压成型

5. 冷等静压

6. 热均压

7. 注浆成型

8. 挤压成形

9. 烧结过程

10. 毛细作用力与表面力

11. 晶粒成长

12. 烧结与扩撒

13. 液相烧结

14. 热压烧结

15. 晶界，表面与烧结

6 学时

指定阅读教材

课堂教学、课后作

业，课上讨论，总

结，讲解习题

1. 第八章 聚合物特性和应用

2. 1. 聚合物合成方法介绍

与基本表征参数和方法

自由基聚合 （ATRP），配位聚

合，

阳离子聚合，开环聚合等

1. 2. 聚合物物物理形态与

相变

单分子形貌，非晶体，晶体，玻

璃化转变，相分离等

4 学时

指定阅读教材

课堂教学、课后作

业，课上讨论，总

结，讲解习题

261

1. 3. 聚合物机械形变行为

与形变机理

4. 聚合物种类

塑料，弹性体，纤维，胶黏剂，

薄膜， 涂层等

5.先进聚合物材料

1. 第九章 复合材料

2. 1.颗粒填充增强复合材料

2.纤维复合材料

纤维长度，取向，各项异性机

械性能

3.典型聚合物-纤维复合材料

纤维相，基材相，几种典型的纤

维-聚合物复合材料，及其制备方

法

5.结构型增强材料

6.纳米复合材料

4 学时

指定阅读教材

课堂教学、课后作

业，课上讨论，总

结，讲解习题

第十章 聚合物加工

1.热塑成形(Thermal forming)

2.压塑成形 (compressing

& transfer molding)

3.旋转模塑与烧结成(rotational

molding & sintering)

4.挤压成形(Extrusion)

5.注塑成形(Injection molding)

6.吹塑成形(Blow molding)

4 学时

指定阅读教材

课堂教学、课后作

业，课上讨论，总

结，讲解习题

262

7.静电纺丝(Electrostatic spinning)

8.Injet printing

第十章 水凝胶 (Hydrogel)

1. 水凝胶的结构与特性

2.化学交联法制备水凝胶

(chemical X-linking

Polymerization）

3.物理法制备水凝胶 (Physican

gelation)

a) Ion complexation

b) Specific interaction

4.水凝胶生物领域的应用

a) Healing

b) scaffolding

c) Drug delivery

4 学时

指定阅读教材

课堂教学、课后作

业，课上讨论，总

结，讲解习题

第十一章 气凝胶

1. 气凝胶的结构与特性

2. 气凝胶的制备

a. SiO2 气凝胶

b. TiO2 气凝胶

c. Carbon 气凝胶

d. 金属氧化物气凝胶

e. 聚合物的气凝胶

1. 气凝胶的应用

a. Superinsulation

b. Bioengineering

c. Chemial sensor

4 学时

指定阅读教材

课堂教学、课后作

业，课上讨论，总

结，讲解习题

第十二章 热向性液晶 6 学时

指定阅读教材

263

1. 液晶种类与特性

a. thermotropic liquid crystal

b. lyotropic liquid crystal

1. 液晶原的制备(Mesogen)

a. 棒状液晶（rod like）

b. 盘状液晶（disk like）

c. 碗状液晶 （bowl like）

1. 液晶弹性体

2. 液晶聚合物网络

3. 热向性液晶的相

a. 向列相 Nematic phase

b. 层列相 Smectic phase

c. 胆固醇相 Cholesteric phase

1. 液晶的排列

a. 电和磁场排列 （electric and

magnetic field effect）

b. 表面摩擦 （rubbing

alignment）

c. 温度改变

d. 化学处理

e. 离子束轰击处理

7．7. 液晶的应用

课堂教学、课后作

业，课上讨论，总

结，讲解习题

第第十三章 非金属膜

1. 膜的定义

2. 浸涂法(Dip coating)

3. 旋镀法(Spin coating)

4. 滴铸法(drop casting)

5. 喷涂法（Spray coating）

6. 涂布法 （Blading coating）

7. 厚膜与薄膜

8. 化学气相沉积 (CVD)

9. 化学气相沉积动力学

10. 蒸镀(PVD)

11. 溅射(Sputtering)

6 学时

指定阅读教材

课堂教学、课后作

业，课上讨论，总

结，讲解习题

264

12. 分子束外延(Molecular beam

epitaxy)

13. 脉冲激光沉积(Pulsed Laser

Deposition)

14. 应用

的第十四章 增材制造（3D 打印）技术

1 增材制造技术的原理和分类

2 金属材料的增材制造

3 非金属材料的增材制造

4 聚合物（软）材料的增材制造

5 复合材料增材制造技术

6 增材制造技术的应用

1

2 学时

指定阅读教材

课堂教学、课后作

业，课上讨论，总

结，讲解习题

期末考试 2 学时 闭卷

实验 1.绪论与实验室安全 3 学时

实验 2.金属材料微观结构表征 3 学时

实验 3 金属材料力学性质表征 3 学时

实验 4.水热法合成光电纳米颗粒 3 学时

实验 5.溶胶－凝胶法制纳米颗粒 3 学时

实验 6.旋涂法制膜 3 学时

实验 7.纳米颗粒结构，形貌表征 3 学时

实验 8.压电材料的固态反应及球墨

机制粉体 3 学时

实验 9.高温烧结 3 学时

实验 10.压电陶瓷的结构与性能表征 3 学时

实验 11.薄膜结构形貌表征 3 学时

实验 12.薄膜材料的性能表征 3 学时

265

《材化热力学》

一、课程基本信息

开课单

位:

物质科学与技术学

院

课程代

码: MSE2121

课程名

称: 材化热力学

英文名

称:

Molecular Thermodynamics on Material

Chemistry

学 分: 3 学 时: 48

授课对

象:

授课语

言: 中英文

先修课

程:

二、课程简介和教学目的

课程简介：材化热力学属于材料专业研究生的一门选修课程，也是大四材料专业和

化学专业的一门选修课程。本课程聚焦在学习如何以分子热力学的角度解析材料化

学相关的宏观自然现象。以分子热力学的角度，本课程也将给予古典热力学新的解

释。

教学目的：

本课程以原子和分子的各种行为，主要源于量子力学所支配的能阶，来探讨材料化

学相关的现象。透过推导量子力学的能阶，以及统计概率，我们将能预测理想气体

/非理想气体的内能、压力和热容等宏观性质。本课程也将以分子热力学的角度重

新解读热力学三定律和其他热力学关系。例如，以统计概率及分子能阶的角度，我

们将重新定义熵（热力学状态函数）并理解其在系统平衡的方向控制上所扮演的作

用。我们亦将探讨其他热力学状态函数、热力学循环和 Maxwell 关系。应用分子热

力学原理，本课程将重新检视单成分的相平衡、两种液体的混合和固体溶于液体的

溶液系统。完成本课程后，学生可以解决除了教科书提供的标准问题，也能够解析

涉及材料化学、具科学挑战、需机智假设的复杂问题。

三、教学内容、教学方式和学时安排

课堂教学内容 教学进度和学时安排 教学方式

Chapter 1：The Energy Levels of

Atoms and Molecules

第 1 周

3 学时

课前预习、课堂

教学讨论、课后

复习

266

Electronic energy in hydrogen

atom (1-1,1-2)

Quantized translational energy

levels of a diatomic molecule (1-

3)

Chapter 1：The Energy Levels of

Atoms and Molecules

Vibrational energy levels of a

diatomic molecule (1-4, 1-5, 1-6,

1-7)

Rotational energy levels of a

diatomic molecule (1-8)

第 2 周

3 学时

课前预习、课堂

教学讨论、课后

复习

Chapter 1：The Energy Levels of

Atoms and Molecules

Quantized translational, rotational

and vibrational energy levels of a

polyatomic molecule (1-9~1-11)

第 3 周

3 学时

课前预习、课堂

教学讨论、课后

复习、作业#1

Chapter 2：The Properties of

Gases

Intermolecular potential and the

2nd virial coefficient of gas

equation of state (2-5); Lennard-

Jones potential (2-6); ver der

Waals constants (2-7); Boltzmann

factor, partition function (3-1);

probability of a state in an

ensemble (3-2)

第 4 周

3 学时

课前预习、课堂

教学讨论、课后

复习

Chapter 3：The Boltzmann Factor

and Partition Functions

Energy (3-3)

Heat capacity (3-4)

Pressure (3-5)

第 5 周

3 学时

课前预习、课堂

教学讨论、课后

复习

267

Chapter 3：The Boltzmann Factor

and Partition Functions

Partition function of a system of

independent, distinguishable

molecules (3-6), and atoms (3-7)

Partition functions for each

degree of freedom (3-8)

第 6 周

3 学时

课前预习、课堂

教学讨论、课后

复习、作业#2

Chapter 4：Partition Functions

and Ideal Gases

Translational partition functions

of a monoatomic ideal gas (4-1)

electronic partition functions of a

most atoms (4-2)

第 7 周

3 学时

课前预习、课堂

教学讨论、课后

复习

Chapter 4：Partition Functions

and Ideal Gases

Energy of diatoms molecules (4-

3)

Vibrational partition functions of

a diatomic molecule (4-4)

Rotational partition functions of a

diatomic molecule (4-5, 4-6)

Vibrational (4-7) and Rotational

(4-8) partition functions of a

polyatomic molecule

Heat capacity (4-9)

第 8 周

3 学时

课前预习、课堂

教学讨论、课后

复习、作业#3

Course Review

第 9 周

3 学时

讨论

Midterm Exam

第 10 周

3 学时

闭卷

Chapter 5：The First Law of

Thermodynamics

第 11 周

3 学时

课前预习、课堂

教学讨论、课后

复习

268

PV work (5-1) and energy (5-2)

The 1st law of thermodynamics

(5-3)

Adiabatic process (5-4, 5-5)

A simple molecular interpretation

for work and heat (5-6)

Chapter 6：Entropy and the Second

Law of Thermodynamics

Spontaneous process (6-1, 6-2)

Entropy (6-3)

The second law of

thermodynamics (6-4)

Statistical thermodynamics: (6-5)

第 12 周

3 学时

课前预习、课堂

教学讨论、课后

复习

Chapter 6：Entropy and the Second

Law of Thermodynamics

Reversible process (6-6)

Conversion of heat into work (6-

7)

Entropy partition function (6-8, 6-

9)

第 13 周

3 学时

课前预习、课堂

教学讨论、课后

复习

Chapter 7：Entropy and the Third

Law of Thermodynamics

Entropy as a function of

temperature (7-1, 7-2)

Phase transition (7-3)

The third law of thermodynamics

(7-4)

Practical absolute entropies (7-5,

7-6)

第 14 周

3 学时

课前预习、课堂

教学讨论、课后

复习、作业#4

Chapter 7：Entropy and the Third

Law of Thermodynamics

Standard Entropies (7-7, 7-8)

第 15 周

3 学时

课前预习、课堂

教学讨论、课后

复习

269

Entropy changes (7-9)

Course Review

第 16 周

3 学时

讨论

Paper Submission 第 17 周

Final Exam

第 18 周

3 学时

开卷

Final Grade Submission 第 19 周 开卷

《高等原子物理》

一、课程基本信息

开课单位: 物质科学与技术学院 课程代码: PHYS2121

课程名称: 高等原子物理 英文名称: Advanced atomic physics

学 分: 3 学 时: 48

授课对象: 授课语言: 中文

先修课程:

二、课程简介和教学目的

本课程主要讲授原子结构的基本理论，原子结构的主要模型，原子结

构的各级近似计算方法，原子受外电场，外磁场的影响，以及原子各

种辐射跃迁的理论和计算方法。

270

三、教学内容、教学方式和学时安排

课堂教学内容 教学进度和学

时安排 教学方式

第一章 原子结构基础 第 1，2 周

课堂教学、课后复习

（作业）、文献阅

读、讨论

第二章 多电子原子 第 3-5 周

课堂教学、课后复习

（作业）、文献阅读、

讨论

第三章 多电子原子的能级结构 第 6-7 周

课堂教学、课后复习

（作业）、文献阅读、

讨论

第四章 超精细结构和同位素位

移 第 8-9 周

课堂教学、课后复习

（作业）、文献阅读、

讨论

第五章 辐射跃迁 第 10-11 周

课堂教学、课后复习

（作业）、文献阅读、

讨论

第六章 自电离 第 12 周

课堂教学、课后复习

（作业）、文献阅读、

讨论

第七章 高激发态 第 13-14 周

课堂教学、课后复习

（作业）、文献阅读、

讨论

第八章 强激光场中的原子 第 15-16 周

课堂教学、课后复习

（作业）、文献阅读、

讨论

随堂测验和习题课（一）

第 8 周

2 学时

习题分析、讨论

期末考试

第 17 周

2 学时

闭卷

271

《普通物理 IB》

一、课程基本信息

开课单位: 物质科学与技术学院 课程代码: PHYS1102

课程名称: 普通物理 IB 英文名称: General Physics IB

学 分: 3 学 时: 48

授课对象: 授课语言: 中英文

先修课程:

二、课程简介和教学目的

本课程主要为非物理专业的一年级本科生开设，将介绍物理学的概况。着重

介绍经典力学以及热力学的基本框架，以及相关知识在生活中的应用。通过

本课程，培养学生对物理学的兴趣，理解物理学的语言和研究方法，养成数

理逻辑的思维习惯，为以后学习其他自然科学和工程课程打下基础，并让学

生适应从高中到大学的学习方法的转变。

三、教学内容、教学方式和学时安排

课堂教学内容 教学进度和学时安排 教学方式

课程概览 第 1 周 1 学时

课堂教学、课后

复习（作业）、

文献阅读、讨论

单位，物理量，矢量 第 1 周 2 学时

物体沿直线运动 第 2 周 2 学时

二维及三维运动

第 2 周 1 学时

第 3 周 1 学时

牛顿运动定律 第 3 周 2 学时 习题课一次

牛顿定律应用 第 4 周 2 学时

功与动能

第 4 周 1 学时

第 5 周 1 学时

习题课一次

势能与能量守恒 第 5 周 2 学时 习题课一次

动量，冲量与碰撞 第 6 周 3 学时 习题课一次

刚体转动 第 7 周 2 学时 习题课一次

272

转动动力学

第 7 周 1 学时

第 8 周 1 学时

期中考试 1 第 8 周 1 学时 闭卷

平衡与弹性

第 8 周 1 学时

第 9 周 1 学时

习题课一次

流体力学 第 9 周 2 学时 习题课一次

重力和万有引力 第 10 周 2 学时 习题课一次

周期运动

第 10 周 1 学时

第 11 周 1 学时

机械波 第 11 周 2 学时 习题课一次

声音与听觉 第 12 周 2 学时 习题课一次

期中考试 2 第 12 周 1 学时 闭卷

温度与热 第 13 周 2 学时 习题课一次

物质的热学性质

第 13 周 1 学时

第 14 周 1 学时

热力学第一定律 第 14 周 2 学时 习题课一次

热力学第二定律 第 15 周 2 学时 习题课一次

相对论简介

第 15 周 1 学时

第 16 周 2 学时

习题课一次

课程回顾 第 16 周 1 学时

期末考试 第 17 周 3 学时 闭卷

《晶体衍射学》

一、课程基本信息

开课单位: 物质科学与技术学院 课程代码: PHYS1551

课程名称: 晶体衍射学 英文名称: Diffraction Crystallography

学 分: 3 学 时: 48

授课对象: 授课语言: 中文

先修课程:

273

二、课程简介和教学目的

晶体衍射学是物理学、材料学和结构生物学专业本科生的一门专业基

础课程。晶体衍射学主要包括几何晶体学、微观空间对称原理及晶体

X射线衍射基本原理三大部分。几何晶体学从晶体物质的主要特性、

对称原理、对称要素等基础概念出发，阐述晶体的基本定义与特征；

微观空间对称原理从微观空间的平移、对称元素、布拉维格子及空间

点群的推导对晶体学的空间群做出全面、详细的阐述；晶体 X射线衍

射基本原理从 X射线的产生、倒易点阵、X射线衍射、单晶衍射方法

及晶体结构解析等方面对 X射线在晶体学中的重要应用做了理论分

析。教学目的一是通过本课程的学习，使学生掌握晶体学基础、X射

线衍射的基本原理以及实验方法；二是使学生重点掌握晶体学点群、

空间点阵、倒易点阵和 X射线衍射，能够了解 X射线衍射在晶体结构

解析及物相分析中的应用；三是使学生在掌握基本理论的基础上，能

够拓展其在物理学、化学、材料学及结构生物学等自然科学中的应

用，为后续专业课程及科研课题打下坚实的理论基础。

三、教学内容、教学方式和学时安排

下表是教学内容和进度安排。学时为课堂讲授时间。此外，教授答疑

时间是每周 1 小时，具体时间地点待定。另外助教主持的习题课也是

每周 1 小时，时间地点待定。

课堂教学内容 教学进度和学时安

排 教学方式

第一篇 几何晶体学基本原理

1. 晶体物质的主要特性、

晶角恒等定律、对称原

理、对称元素的组合；

2. 晶体的对称组合、晶体

的定向及晶系、晶面指

数与晶棱指数、等效点

系、单形与复形

第 1-5 周

15 学时

课堂讲授，并

辅以提问及讨

论。学生平均

需用 2 倍于讲

授时间自习完

成作业

Quiz I 1 学时

第二篇 微观空间对称原理 6-11 周 课堂讲授，并

辅以提问及讨

274

1. 微观空间的平移、微观

空间对称元素、微观空

间对称元素与周期平移

的组合；

2. 14 种布拉维格子、微

观对称元素与非初基平

移的组合（对称中心、

对称面、二次轴及四次

轴与非初基平移组合）

3. 空间对称群的推导（坐

标系原点的选择、空间

群的推导、不同晶系的

空间群）

18 学时 论。学生平均

需用 2 倍于讲

授时间自习完

成作业或文献

阅读

Quiz II 1 学时

第三篇 晶体 X射线衍射基本

原理

1. X 射线的发生及其基本

特性（X 射线管、放射

性元素、同步辐射、X

射线自由电子激光）；

2. 晶体的点阵及其倒易点

阵，晶体的非初基点阵

及其倒易点阵；

3. X 射线在晶体中的衍射

（劳厄方程、布拉格方

程），衍射球与衍射空

间（反射球、120 个衍

射群、衍射空间中衍射

的对称性），X 射线衍

射的强度与方向；

4. 单晶衍射方法及其原

理，劳尔方法、回摆

法、魏森堡法、旋进

法、四圆衍射仪法和面

探测器法的基本原理。

12-16 周，15 学时

课堂讲授，并

辅以提问及讨

论。学生平均

需用 2 倍于讲

授时间自习完

成作业或文献

阅读

Quiz III 1 学时

期末考试 17-18 周，2 学时 闭卷考试

275

《材料物理性能（含实验）》

一、课程基本信息

开课单

位:

物质科学与技术学

院

课程代

码: MSE1503

课程名

称:

材料物理性能（含

实验）

英文名

称:

Physical Properties of Materials

(with Lab)

学 分: 4 学 时: 96

授课对

象:

授课语

言: 中文

先修课

程:

二、课程简介和教学目的

本课程是物质与材料相关专业基础主干课程。随着现代科学技术的发

展和时代的进步，研究与开发具有特殊电、热、磁、光等物理性能的

新材料已成为近代物质与材料研究的发展重要方向，材料物理性能测

试方法与技术在现代材料研究领域中也显示出越来越重要的作用。本

课程的主要任务是通过课堂教学和课堂讨论等手段，阐述材料各种物

理性能，包括材料的热学、电学、磁学、光学等性能，介绍热、电、

磁、光等物理性能的基本概念、基本理论及微观机制、影响因素和变

化规律、材料物理性能与材料组成、结构和工艺之间的关系，旨在使

学生尽可能地从物理效应和微观机制角度掌握固体材料；同时，本课

程也将介绍材料物理性能的主要测试方法、控制和改善性能的措施和

途径。通过本课程的学习，可使学生对材料各种基本物理性能的概

念、发展与应用有较全面的了解，为判断材料优劣，正确选择和使用

材料，改善材料性能，探索新材料、新性能、新工艺打下理论基础；

本课程的学习也可培养学生综合分析、解决问题的能力和实践技能，

为学生在走上工作岗位以后，无论是从事科学研究工作、工程技术工

作或者是开拓新技术领域打下坚实的技能基础。

三、教学内容、教学方式和学时安排

课堂教学内容 教学进度和学时安

排 教学方式

276

第一章 绪论

1.1 引言，课程背景介绍

1.2 国家重大需求和科学前沿

对材料物理性能的具体体现和

实例

第二章 材料的电性能

2.1 引言

2.2 电子类载流子导电

2.3 离子类载流子导电

第 1 周

3 学时

课堂教学、课

后复习

2.4 半导体

2.5 半导体陶瓷物理效应

2.6 超导体

第 2 周

3 学时

课堂教学、课

后复习

2.7 电导功能材料

2.8 电性能测量及其应用举例

第 3 周

3 学时

课堂教学、课

后作业、课后

文献阅读

(1). 典型案例分析

(2). 课堂讨论

(3).习题课

(4).随堂测验

第 4 周

3 学时

课堂讨论、习

题分析、课后

作业（小报

告）

第三章 材料的介电性能

3.1 电介质及其极化

3.2 交变电场下的电介质

3.3 电介质在电场中的破坏

第 5 周

3 学时

课堂教学、课

后复习

3.4 压电性和热释电性

3.5 铁电性

第 6 周

3 学时

课堂教学、课

后复习

277

3.6 介电测量简介

第 7 周

3 学时

课堂教学、课

后作业、文献

阅读

(1). 典型案例分析

(2). 课堂讨论

(3).习题课

(4).随堂测验

第 8 周

3 学时

课堂讨论、习

题分析、课后

作业（小报

告）

第四章 材料的磁学性能

4.1 磁性基本概念

4.2 铁磁性的宏观表征

第 9 周

3 学时

课堂教学、课

后复习

4.3 铁磁性的微观理论

4.4 铁磁性的影响因素

第 10 周

3 学时

课堂教学、课

后复习

4.5 磁性的测量及磁性分析的

应用

第 11 周

3 学时

课堂教学、课

后作业、文献

阅读

(1). 典型案例分析

(2). 课堂讨论

(3).习题课

(4).随堂测验

第 12 周

3 学时

课堂讨论、习

题分析、课后

作业（小报

告）

第五章 材料的光学性能

5.1 光的基本性质

5.2 光在固体中的传播

5.3 固体的光发射

第 13 周

3 学时

课堂教学、课

后复习

5.4 材料的耦合光学效应

第六章 材料的热学性能

第 14 周

3 学时

课堂教学、课

后复习

278

6.1 材料的热膨胀

6.2 材料的导热性

6.3 热电性

第 15 周

3 学时

课堂教学、课

后作业、文献

阅读

(1). 典型案例分析

(2). 课堂讨论

(3).习题课

(4).随堂测验

第 16 周

3 学时

课堂讨论、习

题分析、课后

作业（小报

告）

期末考试

第 17 周

2 学时

闭卷

《化工原理》

一、课程基本信息

开课单

位:

物质科学与技术学

院

课程代

码: CHEM1381

课程名

称: 化工原理

英文名

称:

Principles of Chemical

Engineering

学 分: 3 学 时: 48

授课对

象:

授课语

言: 中文

先修课

程:

二、课程简介和教学目的

"化工原理课程是化工类相近专业的一门主干课，学生在具备了必要

的高等数学、物理、物理化学、计算技术等基础知识之后必修的技术

基础课。 化工原理的主要研究内容是以化工生产中的物理加工过

279

程为背景，按其操作原理的共性归纳成的若干“单元操作”。 化

工原理用自然科学的原理考察、解释和处理化工实际问题。研究方法

主要是理论解析和在理论指导下的实验研究。本课程强调工程观点、

定量运算和设计能力的训练。强调理论和实际相结合、提高分析问

题，解决问题的能力。"

三、教学内容、教学方式和学时安排

课堂教学内容 教学进度和学时安

排 教学方式

绪论

第 1章 流体流动与输送机械

1.1 概述

1.2 流体静力学

1.3 流体流动中的守恒原理

第 1 周

3 学时

课堂教学、讨

论、课后作业

1.4 流体流动的内部结构

1.5 阻力损失

1.6 流体输送管路的计算

第 2 周

3 学时

课堂教学、讨

论、课后作业

1.7 流速和流量的测量

第 2章 流体输送机械

2.1 概述

2.2 离心泵

第 3 周

3 学时

课堂教学、讨

论、课后作业

2.3 往复泵

2.5 气体输送机械

第 3章 流体通过颗粒层的流

动

3.1 概述

第 4 周

3 学时

课堂教学、讨

论、习题分

析、课后作业

280

3.2 颗粒层的特性

3.3 流体通过固定床的压降

3.4 过滤过程

3.5.1 过滤设备

第 4章 颗粒的沉降和流态化

4.1 概述

4.2 颗粒的沉降运动

第 5 周

3 学时

课堂教学、讨

论、课后作业

4.3 沉降分离设备

第 5章 传热

5.1 概述

5.2 热传导

5.3 对流给热

第 6 周

3 学时

课堂教学、讨

论、课后作业

5.4 沸腾给热与冷凝给热

第 7 周

3 学时

课堂教学、讨

论、习题分

析、课后作业

5.6 传热过程计算

第 8 周

3 学时

课堂教学、讨

论、课后作业

5.7 换热器

第 7章 吸收

7.1 概述

7.2 气液相平衡

第 9 周

3 学时

课堂教学、讨

论、习题分

析、课后作业

7.3 扩散和单相传质

7.4 相际传质

第 10 周

3 学时

课堂教学、讨

论、课后作业

7.5 低浓度气体吸收

第 11 周

3 学时

课堂教学、讨

论、课后作业

281

第 8章 精馏

8.1 蒸馏概述

8.2 双组分溶液的汽液相平衡

8.3 平衡蒸馏与简单蒸馏

第 12 周

3 学时

课堂教学、讨

论、习题分

析、课后作业

8.4 精馏

8.5 双组分精馏的设计型计算

第 13 周

3 学时

课堂教学、讨

论、课后作业

8.6 双组分精馏的操作型计算

第 12 章 固体干燥

12.1 概述

12.2 干燥静力学

第 14 周

3 学时

课堂教学、讨

论、习题分

析、课后作业

12.3 干燥速率和干燥过程计

算

第 15 周

3 学时

课堂教学、讨

论、课后作业

12.4 干燥器

总复习

第 16 周

3 学时

课堂教学、讨

论、习题分

析、课后作业

期末考试

第 18 周

2 小时

闭卷

《材料科学基础 III》

一、课程基本信息

开课单

位:

物质科学与技术学

院

课程代

码: MSE1591

课程名

称: 材料科学基础 III

英文名

称:

Fundamentals of Materials Science

III

学 分: 3 学 时: 48

282

授课对

象:

授课语

言: 中文

先修课

程:

二、课程简介和教学目的

本课程主要论述金属材料的微观结构、晶体缺陷、原子的扩散、形变

与再结晶、相平衡与相图，使学生掌握金属材料的特性及其机理，为

今后工作中研发高性能金属材料奠定理论基础。

三、教学内容、教学方式和学时安排

课堂教学内容 教学进度和学时安

排 教学方式

晶体结构

o 晶体学基础

o 晶体对称性

o 金属三种典型的

晶体结构

o 合金的相结构

o 晶体的结构符号

第 1 周-第 2 周

4 学时（每周 1 次

3 节课）

课堂教学、

课堂练习和讨

论

习题分析

第二章晶体缺陷

点缺陷及其热力学平衡

溶度

位错概念的提出

刃型位错

螺型位错

混合位错

柏氏矢量的确定

位错的应力场

位错的应变能

作用在位错上的力和线

张力

位错的运动

位错的形成和增殖

实际晶体中的位错

实际晶体中的堆垛顺序

第 2 周-第 6 周

12 学时

课堂教学、

课堂练习和讨

论

习题分析

283

面心立方晶体中的位错

（Thompson 四面体）

晶界

相界

第三章 固体中的扩散

菲克第一定律

菲克第二定律

典型扩散方程的解

扩散的热力学分析

影响扩散的因素

第 6 周-第 7 周

4 学时

课堂教学、

课堂练习和讨

论

习题分析

第四章 金属形变与再结晶

材料的弹性和塑性变形

单晶体的塑性变形

塑变的位错机制

多晶体的塑性变形

合金的塑性变形

塑性变形后组织与性能

的变化

回复和再结晶

再结晶动力学

再结晶温度

再结晶晶粒长大

晶粒的异常长大（二次

再结晶）

再结晶退火后的组织

材料的热加工

第 7 周-第 11 周

12 学时

课堂教学、

课堂练习和讨

论

习题分析

第五章 单组元相图及纯晶体的

凝固

单元系相变热力学及相

平衡

纯晶体凝固中的形核

晶体长大

晶体长大方式和生长速

率

第 11 周-第 12 周

4 学时`

课堂教学、

课堂练习和讨

论

习题分析

284

纯晶体凝固时的生长形

态

凝固理论的应用举例

第六章 二元系相图及其合金的

凝固

相图的表示和测定方法

相图热力学的基本要点

多相平衡的公切线原理

混合物得自由能和杠杆

法则

从自由能—成分曲线推

测相图

二元相图的几何规律

三种典型二元相图分析

溶混间隙相图与调幅分

解

其他类型的二元相图

复杂二元相图的分析方

法

根据相图推测合金的性

能

二元相图实例分析（Fe-

C 相图）

固溶体的凝固理论

合金凝固中的成分过冷

共晶凝固理论

合金铸锭（件）的组织与缺陷

第 13 周-第 16 周

12 学时

课堂教学、

课堂练习和讨

论

习题分析

考试复习

期末考试

第 17 周

2 学时

闭卷

《光学》

285

一、课程基本信息

开课单位: 物质科学与技术学院 课程代码: PHYS1391

课程名称: 光学 英文名称: Optics

学 分: 3 学 时: 48

授课对象: 授课语言: 中文

先修课程:

二、课程简介和教学目的

"光学课程的内容可概括成“一、一、四、三”：一个基本描述

（光场由载波和包络组成），一个核心假定（光的傍轴近似），

四个传统内容（成像、干涉、衍射、偏振），三个知识层次（学

基础、谈认识、讲应用）。课程将强调概念、重在基础、突出实

例。每部分内容尽力赋以生动的实例，从理论学习回归分析和解

决实际问题。在传统《光学》课程的基础上，本书更新了部分课

程内容的表达方式。在数学形式上，以简洁的矩阵方法处理几何

光学成像；在语言表达上，强调概念和术语的精准。《光学》特

别强调原理、近似和理论三者之间的逻辑关系，原理在概念上并

不等同于理论，如菲涅尔衍射理论是惠更斯原理和傍轴近似相结

合的产物；在物理内涵上，强调以特征物理量作为抓手，如干涉

和衍射分别以光程差和菲涅尔数为特征物理量。总之，本书力求

物理意义清晰明了，便于深入理解和进一步拓展，如在讨论菲涅

尔近场衍射时，补充了索墨菲尔的“边界衍射波”概念，从而可

更清晰地认识近场衍射调制的物理原因。在教学目的方面：

（1）面向物质结构等专业的优秀本科生培养，讲授《光学》的

基本原理、理论和方法，使得学生能够掌握光学的基本知识、基

本方法和处理实际问题的技能，满足学生理解光学和其他物理过

程、以及进一步深造的基本需求。（2）以《光学》课程为载

体，为接受高等教育的本科生灌输应有的科学思维方式；并以课

程内容为基础，尝试引导学生科学联想和认识升华。在科学与技

术领域，探索和归纳新知识的思维方式远比掌握新知识本身更为

重要。"

三、教学内容、教学方式和学时安排

课堂教学内容 教学进度和学时安

排 教学方式

第一章光的本性 第 1 周 课堂教学、课

后复习（作

286

§1.1 光学概述

§1.2 光的基本性质

§1.3 光的产生

3 学时 业）、文献阅

读、讨论

第二章 光的电磁理论

§2.1 麦克斯韦方程组

§2.2 波动方程和光速

§2.3 光场的描述

§2.4 光的基本参数

§2.5 折射率色散与瑞利散射

§2.6 平面波的反射和折射

§2.7 全内反射及应用

第 2 周-第 4 周

7-8 学时

课堂教学、课后

复习（作业）、

文献阅读、讨论

随堂测验和习题课（一）

第 4 周

1-2 学时

习题分析、讨论

第三章几何光学成像

§3.1 傍轴近似与矩阵方法

§3.2 几何光学成像

§3.3 光学理想成像

§3.4 其它光学变换

§3.5 矩阵方法与光线追迹

§3.6 像差与光阑

§3.7 典型的光学仪器（人

眼、相机、放大镜与显微

镜）

第 5 周-第 7 周

7-8 学时

课堂教学、课后

复习（作业）、

文献阅读、讨论

随堂测验和习题课（二）

第 7 周

1-2 学时

习题分析、讨论

287

第四章光的干涉

§4.1 波的叠加与干涉

§4.2 相干性与光学平面

§4.3 光的干涉条件

§4.4 分波阵面干涉与空间相

干性

§4.5 分振幅干涉与时间相干

性

§4.6 空间相干性与干涉局域

化

§4.7 多光束干涉与典型应用

§4.8 薄膜彩色与结构彩色

第 8 周-第 10 周

7-8 学时

课堂教学、课后

复习（作业）、

文献阅读、讨论

随堂测验和习题课（三）

第 10 周

1-2 学时

习题分析、讨论

第五章光的衍射

§5.1 惠更斯原理与菲涅尔衍

射积分理论

§5.2 菲涅尔衍射

§5.3 夫琅禾费衍射

§5.4 望远镜的衍射分辨率

§5.5 位相畸变对衍射的影响

§5.6 光栅衍射与光谱仪

第 11 周-第 14 周

7-8 学时

课堂教学、课后

复习（作业）、

文献阅读、讨论

随堂测验和习题课（四）

第 14 周

1-2 学时

习题分析、讨论

第六章光的偏振

§6.1 偏振态

第 15 周-第 16 周

5 学时

课堂教学、课后

复习（作业）、

文献阅读、讨论

288

§6.2 偏振器

§6.3 双折射

§6.4 偏振器件

随堂测验和习题课（五）

第 16 周

1 学时

习题分析、讨论

实验/

期末考试

第 17 周

2 学时

闭卷

《光学实验》

一、课程基本信息

开课单位: 物质科学与技术学院 课程代码: PHYS1311

课程名称: 光学实验 英文名称: Optical Lab

学 分: 1 学 时: 36

授课对象: 授课语言: 中文

先修课程:

二、课程简介和教学目的

“光学实验”课程是面向物质结构等专业的优秀本科生的一门重要的

专业基础实践课，与之相对应的理论课程为“光学”。本科程的主要

任务是帮助学生熟悉光学仪器和研究方法，掌握精密测量的技巧，加

深对光学原理的理解，提高分析问题和解决问题的能力，为后续专业

课程和从事相关科研奠定基础。

三、教学内容、教学方式和学时安排

课堂教学内容 教学进度和学时安

排 教学方式

绪论 光学实验方法与仪器介

绍

第 3、4、5 周，12

学时

课前预习、在

老师指导下实

289

实验一 光的折射与反射 第 6 周，4 学时 验操作、课堂

讨论、课后总

结报告 实验二 薄透镜组的成像 第 7 周，4 学时

实验三 多种光电器件的特性

研究 第 8 周，4 学时

实验四 光电效应的研究 第 9 周，4 学时

实验五 用牛顿环测量透镜曲

率半径 第 11 周，4 学时

实验六 用迈克尔逊干涉仪测

定光波波长 第 12 周，4 学时

实验七 光的衍射现象研究 第 14 周，4 学时

实验八 光偏振现象的研究 第 15 周，4 学时

实验九 光学设计性实验 第 16，17 周，8 学

时

《材料科学基础 I（含实验）》

一、课程基本信息

开课单

位: 物质科学与技术学院

课程代

码: MSE1301

课程名

称:

材料科学基础 I（含实

验）

英文名

称:

Fundamentals of Materials Science I

(with Lab)

学 分: 4 学 时: 96

授课对

象:

授课语

言: 中英文

先修课

程:

二、课程简介和教学目的

《材料科学基础 I》是材料类专业的一门主干课，介绍材料科学研究所需的

原子结构与键合、晶体学基础、固体材料结构、晶体的塑性变形、晶体缺

290

陷、固体扩散和 X射线衍射等相关的基础知识、软件应用、认知实验、以及

合成与表征、性能研究等实践。

三、教学内容、教学方式和学时安排

课堂教学内容 教学进度和学时安排 教学方式

一、绪 论 第 1 周（2 学时） 讲课

二、原子结构和键合

1. 原子结构

2.1 原子结构理论的发展历程

2.2 量子数与电子轨道

2.3 电子组态

2.4 元素周期表

2. 原子间的键合

1. 金属键

2. 离子键

3. 共价键

4. 范德华力

5. 氢键

第 2 周（4 学时）

讲课

作业

三、晶体学基础

3.1 空间点阵

3.2 晶系和布拉维点阵

3.3 晶向指数和晶面指数

3.4 常见晶体结构

3.5 常见金属晶体中的空隙

第 3 周（2 学时）

第 4 周（4 学时）

第 5 周（2 学时）

讲课

作业

291

3.6 晶面指数和晶向指数

3.7 一些重要的晶体学公式

3.8 晶体的堆垛方式

3.9 晶体投影

3.10 倒易点阵

3.11 布拉格方程

3.12 倒易空间

3.13 Ewald sphere

3.14 散射因子

3.15 系统消光

3.16 旋转对称轴

3.17 32 种晶体学点群

3.18 230 种空间群

2.19 一些其他的晶体学描述

四、固体结构

4.1 合金相结构概述

4.2 影响合金相结构的主要因素

4.3 固溶体

4.4 超晶格

4.5 离子化合物

4.6 陶瓷材料晶体结构

4.7 色心

第 6 周（4 学时）

第 7 周（2 学时）

第 8 周（4 学时）

讲课

作业

292

4.8 金属间化合物

4.9 价化合物

4.10 电子化合物

4.11 尺寸因素化合物-密排相

4.12 硅酸盐

4.13 高分子晶体

4.14 非晶态固体

五、晶体的范性形变

5.1 引言

5.2 滑移系统

5.3 滑移时参考方向和参考面的变

化

5.4 滑移过程中晶体的转动

5.5 加工硬化

5.6 晶体滑移后的表面形貌

5.7 孪生(Ⅰ)—微观方面

5.8 孪生(Ⅱ)—宏观方面

5.9 滑移和孪生的比较

5.10 多晶体塑性形变的基本特征

第 9 周（2 学时）

第 10 周（4 学时）

讲课

作业

课堂展示 第 11 周（2 学时）

讲课

作业

六、固体中的扩散与晶格振动

1. 固体中的扩散

第 12 周（4 学时）

第 13 周（2 学时）

讲课

作业

293

6.1 引言

6.2 热缺陷的运动、产生与复合

6.3 基本扩散定律——菲克定律

6.4 稳态扩散及其应用

6.5 非稳态扩散

6.6 柯根达尔效应和分扩散系数

6.7 扩散热力学

6.8 扩散微观理论和机制

6.9 影响扩散的因素

6.10 反应扩散

6.11 离子晶体中的扩散

6.12 扩散的实际应用-固态烧结

2. 晶格振动

6.13 晶格的振动

6.14 晶格振动与热过程

第 14 周（4 学时）

七、无机非金属、有机物和复合材

料

7.1 无机非金属材料的结构和性能

7.2 无机非金属材料的制备和应用

7.3 有机物的结构和性能

7.4 有机物的制备和应用

7.5 复合材料

第 15 周（2 学时）

第 16 周（4 学时）

讲课

作业

复习 第 17 周（3 学时） 答疑

294

实验 1. 无机晶体结构模型搭建 第 5 周（3 学时） 结构搭建

实验 2. 无机晶体结构绘制 第 6 周（3 学时）

Diamond、

crystal

maker 软件

实验 3. 分子模拟（光谱计算及微

孔吸附行为模拟） 第 7 周（3 学时）

Materials

Studios

实验 4. 金相样品的制备，金相显

微镜的原理，结构和使用 第 8 周（3 学时）

实验 5. 水热法合成金属有机框架

材料 Cu-BTC 及其孔径与比表面积

表征

第 9 周（3 学时）

实验 6. 溶胶凝胶方法制备二氧化

钛纳米粉体及旋涂法制备二氧化钛

纳米薄膜

第 10 周（3 学时）

实验 7.四探针测量二氧化钛纳米薄

膜电阻率 第 11 周（3 学时）

期终考试 第 18 周（3 学时）

《工程制图》

一、课程基本信息

开课单

位:

物质科学与技术学

院

课程代

码: SP1101

课程名

称: 工程制图

英文名

称:

Fundamentals of Engineering

Drawing

学 分: 2 学 时: 32

295

授课对

象:

授课语

言: 中文

先修课

程:

二、课程简介和教学目的

1、 课程简介

本课程是工科各专业的一门学科基础课，其理论严谨，实践性强，与

工程实践有密切联系，对培养学生形象思维和空间想象力，培养工程

和创新意识有着重要作用。课程主要内容包括：

（1） 制图的基本知识和基本技能。

（2） 正投影基本原理，点、直线、平面的投影，立体的投影，组

合体视图。

（3） 机件的常用表示法。

（4） 零件图和装配图简介。

2、 教学目的：

（1） 熟悉工程制图相关国家标准，加强投影基础、制图基础等经

典内容。

（2） 培养学生形象思维能力、读图能力、手工绘图的综合能力。

（3） 培养学生分析问题与解决问题的能力，为专业学习打下扎实

基础。

三、教学内容、教学方式和学时安排

课堂教学内容 教学进度和学时安

排 教学方式

绪论

基本知识与技能

第二章 正投影基本原理及三

视图

2.1 投影的形成与常用的投影

方法

第 1 周

2 学时

2 学时

课堂教学，课

后作业：P1-P4

课堂教学，课

后作业：P6-P9

296

2.2 三视图的形成及其投影规

律

2.3 点的投影

2.4 直线的投影

2.5 平面的投影

第三章 基本立体及简单叠加

体的三视图

3.1 基本几何体的三视图

3.2 基本几何体表面取点

3.3 常见基本体的三视图

3.4 简单立体的三视图画法

2 学时

2 学时

课堂教学，课

后作业：

P10，P13-

P15，P19

课堂教学，课

后作业：P11-

P12，P26-P28

第四章 平面体及回转体的截

交线

4.1 截交线的概念与性质

4.2 平面体的截切

4.3 曲面体的截切

第 2 周

2 学时

2 学时

课堂教学，课

后作业：

P29，P31-P32

课堂教学，课

后作业：P33-

P35，P36(2)

课堂教学，课

后作业：P40-

P41，P43-P45

297

第五章 立体表面的相贯线

5.1 相贯线的概念与性质

1. 回转体与回转体相贯线

的画法

第七章 组合体的视图和尺寸

标注

7.1 组合体的组合形式及表面

过渡关系

7.2 组合体视图的画法

2 学时

2 学时

课堂教学，课

后作业：

P53，P55-P57

7.3 看组合体视图 （一）

7.3 看组合体视图 （二）

7.4 组合体的尺寸标注

第八章 机件的表达方法

8.1 视图

8.2 剖视图

第 3 周

2 学时

2 学时

2 学时

2 学时

课堂教学，课

后作业：P58-

P61

课堂教学，课

后作业：P62-

P64

课堂教学，课

后作业：

P66，P68-P69

课堂教学，课

后作业：P77-

P79

298

1）全剖、半剖

2）局剖、旋转剖、阶梯剖

8.3 断面图

8.4 其他表达方法

8.5 机件表达方法综合举例

8.6 第三角投影简介

第九章 标准件和常用件及其

结构要素的表示方法

简介

第十章 零件图

简介

第十一章 装配图

简介

第 4 周

2 学时

2 学时

3 学时

1 学时

课堂教学，课

后作业：P81-

P83，P85

课堂教学，课

后作业：

P86，P88

课堂教学，课

后作业：P111-

P112

课堂教学，课

后作业：P124-

P125

期末考试

第 5 周

2 小时

闭卷

299

《无机化学》

一、课程基本信息

开课单位: 物质科学与技术学院 课程代码: CHEM1301

课程名称: 无机化学 英文名称: Inorganic Chemistry

学 分: 3 学 时: 48

授课对象: 授课语言: 中英文

先修课程:

二、课程简介和教学目的

An undergraduate-level introduction to inorganic chemistry t

hat covers topics including atomic structures, periodic tren

ds, symmetry and group theory, inorganic solids, molecular o

rbital theory, molecular structure, acid-base chemistry, ban

d theory, solid state chemistry, main group element chemistr

y, coordination chemistry, organometallic chemistry, and bio

inorganic and environmental chemistry. Prerequisite: General

Chemistry I.

三、教学内容、教学方式和学时安排

Week # Week day Class Topic Review Section

Section 1: Introduction: Atomic

Structure

1a Tues Introduction, Atomic Structures

[MT 1,2, DG 1]

1b Thur Dual Nature of Matter,

Schrodinger's Equation

2a Tues Atomic Energy States, Term

Symbols

Problem Set #1

(due in 2 weeks)

2b Thur Periodic Trends [DG 2 (1-10), MT

2 (3)]

Section 2: Group Theory

3a Tues Symmetry & Group Theory [MT

4, Vincent]

3b Thur Symmetry &Point Groups

300

4a Tues Symmetry & Group Theory Problem Set #2

(due in 2 weeks)

4b Thur Representations of Point Groups Problem Set #1

Solutions

5a Tues Application of Group Theory

5b Thur Review for Exam #1 Problem Set #2

Solutions

6a Tues Exam #1

Section 3: Bonding Theory and

Molecular Orbital

6b Thur Valence Bond Theory [DG 2 (11-

14), 3 (1-5), 4, MT 3 (1)] Exam #1 Solutions

7a Tues Valence Bond Theory (same slides

as previous lecture)

Problem Set #3

(due in 1 week)

7b Thur Molecular Orbital Theory [DG 4,

5, MT 5]

(optional)

Discussion Section

Notes

8a Tues Molecular Orbital for Diatomic

Molecules

Problem Set #4

(due in 1 week)

8b Thur MO theory

(optional)

Discussion Section

Notes; Problem Set

#3 Solutions

9a Tues Review for Exam #2 Problem Set #4

Solutions

9b Thur Exam #2

10a Tues Acid-Base Chemistry [MT6]

10b Thur Main Group Chemistry & MO

[MT 8]

11a Tues Main Group Chemistry Problem Set #5

(due in 1 week)

11b Thur Solid State[MT 7, DG 7]

12a Tues Solid State Problem Set #6

(due in 2 weeks)

12b Thur Solid State Problem Set #5

Solutions

13a Tues Solid State

13b Thur Coordination Chemistry Problem Set #7

(due in 2 weeks)

14a Tues Coordination Chemistry

301

14b Thur Coordination Chemistry Problem Set #6

Solutions

15a Tues Coordination Chemistry

15b Thur Organometallic Chemistry Problem Set #8

(due in 1 week)

16a Tues Organometallic Chemistry

16b Thur Bioinorganic and Environmental

Chemistry

Problem Set #7

Solutions

17a Tues Final Exam Review

(optional)

Discussion Section

Notes;

Problem Set #8

Solutions

17b Thur Final Exam

Note: MT refers to Miessler, G. L., Tarr, D. A. Inorganic Chemistry,5

th Edition, Pearson Education, 2014.

DG refers to DeKock and Gray, Chemical Structure and Bonding, 2n

d Ed., University Science Books, 1989.

《普通物理 II》

一、课程基本信息

开课单位: 物质科学与技术学院 课程代码: PHYS1183

课程名称: 普通物理 II 英文名称: General Physics II

学 分: 3 学 时: 48

授课对象: 授课语言: 中英文

先修课程:

二、课程简介和教学目的

本课程主要介绍普通物理学的概况。着重介绍电磁学原理基本框架，

以及相关知识在生活及现代技术中的应用。通过本课程，培养学生对

物理学的兴趣，为以后学习各专业更高阶的课程打下基础。

302

三、教学内容、教学方式和学时安排

周数 理论课程教学内容 教学方式

1 重要的电磁场及场中的数学

课堂教学，课后复习

及作业，文献阅读和

讨论

2 静电学及高斯定理

3 各种情况下的电场

4 静电势,电容和电介质

5 直流电路(电池/电流/电阻)

6 静磁场,安培定律和各种情况下的磁

场 期中考试 I

7 磁力,磁能及矢势

8 物质的磁性

9 电磁感应，法拉第定律及应用

10 RC, RL, LC 电路

11 LRC 电路 期中考试 II

12 MaxWell 方程及在特定情况下的解

13 电磁辐射及能流

14 光的本质及特性

15 相对论简介

16 量子论简介

17 答疑 期末考试

周数 实验课程教学内容 教学方式

1 课前预习,在老师指导

下完成实验,课堂讨论

与课后总结报告

2

3 材料介电常数的测定 必做实验

4 制流和分压电路的分析与研究以

及用惠斯通电桥测量电阻 必做实验

5 四探针法测量低电阻 必做实验

6

7 霍尔法测定螺线管的磁场 必做实验

8 测定亥姆赫兹线圈磁场的分布研

究与应用(地磁场测量) 必做实验

303

9 电感式和电容式位移测量 必做实验

10 LRC 电路的相频和幅频特性研究 必做实验

11

13 光的干涉, 衍射 必做实验

《材料力学》

一、课程基本信息

开课单位: 物质科学与技术学院 课程代码: MSE1305

课程名称: 材料力学 英文名称: Mechanics of Materials

学 分: 3 学 时: 48

授课对象: 授课语言: 中文

先修课程:

二、课程简介和教学目的

《材料力学》是土建、船舶与海洋工程、机械、航空工程、材料等专

业的专业基础课，是变形体力学的重要基础课，是一门为设计工程构

件提供理论基础的主干技术基础课。

三、教学内容、教学方式和学时安排

课堂教学内容 教学进度和学时安排 教学方式

第一章 绪论：1 历史背景、学

习材料力学的任务；2 变形固体

的基本假设；3 应力与应变概

念；4 力系平衡条件，内力的概

念、截面法的应用；5 常见的承

力构件以及载荷的形式；6 杆件

变形的基本形式、支座与约束

反力的形式。

第 1 周-第 2 周

6 学时

课堂教学、课后

复习（作业）、

第二章轴向拉伸与压缩：1 轴向

拉伸与压缩的概念与实例；2 直

杆横截面上的内力、应力及斜

截面上的应力计算，切应力互

第 3 周-第 5 周

8 学时

课堂教学、课后

复习（作业）；

课堂讨论，课堂

304

等定理；4 安全系数与许用应力

的概念、拉压杆件的强度计

算；5 轴向拉伸与压缩时杆件的

纵向变形、线应变、横向变形

计算以及泊松比、胡克定律、

弹性模量，抗拉 ( 压〕刚度；6

简单桁架的节点位移；7 应力集

中的概念；8 金属材料拉伸和压

缩时的力学性能；9 简单拉

( 压 )静不定问题、热应力和预

应力问题的解法。

练习及课外思考

题

实验/金属材料拉伸压缩试验

第 5 周（安排在课

外）

2 学时

实践

第三章 联接件的实用计算：1

剪切和挤压概念；2 剪切和挤压

时的应力实用计算方法及联接

件的设计。

第 5 周-第 6 周

2 学时

课堂教学、课后

复习（作业）；

课堂讨论

第四章扭转：1 扭转的基本概念

以及功率、转速和外力偶的关

系；2 应用变形体力学三个基本

原理推导圆轴扭转应力和变形

的公式；3 极惯性矩和抗扭截面

模量的概念、轴的强度条件和

刚度条件以及轴的强度设计；4

扭转破坏分析；5 扭转静不定问

题的一般解法。

第 6 周-第 7 周

5 学时

课堂教学、课后

复习（作业）；

课堂讨论，课堂

练习

实验/扭转实验

第 7 周（安排在课

外）

2 学时

实践（安排在课

外）

附录 A 截面的几何性质：1 静

矩，惯性矩、极惯矩和惯性

积；2 平行移轴公式；3 转轴公

式，形心主轴，形心主惯性

矩。

第 8 周

3 学时

课堂教学、课后

复习（作业）

第五章弯曲内力：1 平面弯曲的

概念和实例；2 应用截面法和平

衡条件求解梁横截面上的内力

——剪力和弯矩；3 梁的剪力方

程、弯矩方程和剪力图、弯矩

第 9 周 –第 10 周

4 学时

课堂教学、课后

复习（作业）；

课堂讨论，课堂

练习

305

图；4 剪力、弯矩和分布载荷集

度的微分关系。

第六章弯曲应力：1 纯弯曲时的

正应力公式及其推导；2 横力弯

曲时的正应力及强度条件；3 弯

曲剪应力及强度条件；4 提高弯

曲强度的措施。

第 10 周-第 11 周

4 学时

课堂教学、课后

复习（作业）；

课堂讨论，课堂

练习及课外思考

题

第七章弯曲变形：1 挠度和转角

的概念及梁的挠曲线的近似微

分方程；2 用积分法计算梁的挠

度和转角 3、叠加法计算梁的挠

度和转角 4 用刚度条件进行梁

的设计和简单超静定梁的求

解。

第 11 周-第 12 周

4 学时

课堂教学、课后

复习（作业）；

课堂讨论，课堂

练习及课外思考

题

实验/工字梁弯曲试验 第 12 周（课外） 实践

第八章压杆稳定：1 压杆稳定性

的概念；2 细长压杆的欧拉公式

及其适用范围；3 不同柔度压杆

的临界应力公式和压杆稳定性

计算；4 提高压杆稳定性的措

施。

第 13 周-第 14 周

4 学时

课堂教学、课

后复习（作

业）；课堂讨

论

第九章应力状态：1 应力状态的

概念；2 平面应力状态分析（解

析法和图解法）；3 三向应力圆

*；4 广义胡克定律。

第 14 周-第 16 周

6 学时

课堂教学、课后

复习（作业）；

课堂讨论

第十章强度理论：第一、二、

三、四强度理论。

第 16 周

2 学时

课堂教学、课后

复习（作业）

《普通物理 IIA》

一、课程基本信息

开课单位: 物质科学与技术学院 课程代码: PHYS1103

课程名称: 普通物理 IIA 英文名称: General Physics IIA

学 分: 3 学 时: 48

306

授课对象: 授课语言: 中英文

先修课程:

二、课程简介和教学目的

本课程主要介绍普通物理学的概况。着重介绍电磁学原理基本框架，

以及相关知识在生活及现代技术中的应用。通过本课程，培养学生对

物理学的兴趣，为以后学习各专业更高阶的课程打下基础。

三、教学内容、教学方式和学时安排

周数 理论课程教学内容 教学方式

1 重要的电磁场及场中的数学

课堂教学，课后复习

及作业，文献阅读和

讨论

2 静电学及高斯定理

3 各种情况下的电场

4 静电势,电容和电介质

5 直流电路(电池/电流/电阻)

6 静磁场,安培定律和各种情况下的磁

场 期中考试 I

7 磁力,磁能及矢势

8 物质的磁性

9 电磁感应，法拉第定律及应用

10 RC, RL, LC 电路

11 LRC 电路 期中考试 II

12 MaxWell 方程及在特定情况下的解

13 电磁辐射及能流

14 光的本质及特性

15 相对论简介

16 量子论简介

17 答疑 期末考试

周数 实验课程教学内容 教学方式

1 课前预习,在老师指导

下完成实验,课堂讨论

与课后总结报告

2

307

3 材料介电常数的测定 必做实验

4 制流和分压电路的分析与研究以

及用惠斯通电桥测量电阻 必做实验

5 四探针法测量低电阻 必做实验

6

7 霍尔法测定螺线管的磁场 必做实验

8 测定亥姆赫兹线圈磁场的分布研

究与应用(地磁场测量) 必做实验

9 电感式和电容式位移测量 必做实验

10 LRC 电路的相频和幅频特性研究 必做实验

11

13 光的干涉, 衍射 必做实验

《固体物理》

一、课程基本信息

开课单位: 物质科学与技术学院 课程代码: PHYS1502

课程名称: 固体物理 英文名称: Solid State Physics

学 分: 3 学 时: 48

授课对象: 授课语言: 中英文

先修课程:

二、课程简介和教学目的

本课程主要介绍现代物理学的最大分支，固体物理学（凝聚态物理

学）。通过该课程，学生将会了解具有周期性结构的固体中的电子和

晶格的运动规律，了解固体的宏观性质如导电性、导热性、磁性等等

如何从微观角度运用量子力学和统计物理进行解释。这门课将成为培

养学生运用量子力学和统计物理解决实际问题的一门重要课程。

三、教学内容、教学方式和学时安排

课堂教学内容 教学进度和学时安排 教学方式

308

有趣的固体物理学 第 1 周 1 学时

课堂教学、课后

复习（作业）、

文献阅读、讨论

第一部分：固体的宏观物理性质

固体的比热 第 1 周 2 学时

金属中的电子 第 2 周 1 学时

Sommerfeld 电子理论 第 2 周 2 学时

第二部分：固体的形成

元素周期表 第 3 周 1 学时

为什么原子会形成固体？化学键 第 3 周 2 学时

物质的分类 第 4 周 1 学时

第三部分：一维晶体模型

一维晶体的压缩率，声速，热胀 第 4 周 2 学时

一维单原子晶体的振动 第 5 周 1 学时

一维双原子晶体的振动 第 5 周 1 学时

一维紧束缚近似 第 5 周 1 第 6 周 1 学

时

第四部分：三维固体的结构

晶体结构 第 6 周 2 学时

倒空间，布里渊区，晶体中的波 第 7 周 3 学时

第五部分：中子和 X射线衍射 第 8 周 2 学时

第六部分：固体中的电子

在周期势场中的电子 第 8 周 1 学时+第 9

周 1 学时

绝缘体，半导体，金属 第 9 周 2 学时

期中考试 第 10 周 1 学时 闭卷考试

电子运动的半经典模型 第 10 周 2 学时

金属导电的半经典理论 第 11 周 2 学时

费米面和能带结构的测量 第 11 周 1 学时+第

12 周 1 学时

典型金属能带结构 第 12 周 1 学时

半导体物理 第 12 周 1 学时+第

13 周 1 学时

半导体器件 第 13 周 2 学时

电子输运中的碰撞 第 14 周 1 学时

第七部分：磁性和平均场理论

原子的磁性：顺磁和逆磁 第 14 周 2 学时

自发磁有序 第 15 周 1 学时

磁畴和磁滞 第 15 周 1 学时

309

平均场理论 第 15 周 1 学时

相互作用导致磁性：Hubbard 模

型 第 16 周 2 学时

期末考试 第 17 周 2 学时

《材料制备与加工（含实验）》

一、课程基本信息

开课单

位: 物质科学与技术学院

课程代

码: MSE1505

课程名

称:

材料制备与加工（含

实验）

英文名

称:

Synthesis and Fabrication of Materials

(with Lab)

学 分: 4 学 时: 96

授课对

象:

授课语

言: 中英文

先修课

程:

二、课程简介和教学目的

材料制备与加工课程是为材料专业高年级本科生开设的专业必修课。本课程

主要是为学生介绍硬材料，即金属与陶瓷材料的制备及加工的基本流程。本

课程的核心目标是带领学生了解课程的核心内容包括了解及掌握硬材料的制

备与加工工艺。课程还会涉及薄膜材料的制备与基本加工工艺。

本课程内容分为四个部分章，分别是：一 材料科学基础知识的回顾； 二 金

属原材料的制备与加工工艺；三 陶瓷材料的制备与加工工艺 以及 四 薄膜

材料的制备。

教学方式以讲授为主，辅以课后完成每章后的少量习题和课上讨论、讲解习

题，以便于同学们掌握基本的概念和方法。课程成绩由平时成绩（50%）和期

末考试成绩（50%）构成。平时成绩以出勤率和作业情况构成。期末考试为闭

卷考试。

310

三、教学内容、教学方式和学时安排

课堂教学内容 教学进度和学时安排 教学方式

第一章 绪论

2 学时

指定阅读教材

课堂教学、课后作

业，课上讨论，总

结，讲解习题

第二章 金属原材料

1. 合金与相图

2. 黑色金属

3. 有色金属

4. 金属加工导论

4 学时

指定阅读教材

课堂教学、课后作

业，课上讨论，总

结，讲解习题

第三章 凝固

1. 凝固（铸造）

2. 凝固（焊接）

3. 凝固动力学

4. 均相凝固的动力学

5. 非均相凝固的动力学

6. 热传递

4 学时

指定阅读教材

课堂教学、课后作

业，课上讨论，总

结，讲解习题

第四章 粉末加工

1. 粉末加工绪论

2. 粉末表征

3. 比表面表征

4. 气体渗透性表征

5. 粉末加工

6. 粉末成型

7. 成核及应用

8. 晶体长大

9. 晶体生长形态

6 学时

指定阅读教材

课堂教学、课后作

业，课上讨论，总

结，讲解习题

第五章 陶瓷原材料

1. 陶瓷的结构与性能

2. 传统陶瓷

3. 新陶瓷

4. 玻璃

6 学时

指定阅读教材

课堂教学、课后作

业，课上讨论，总

结，讲解习题

311

5. 陶瓷加工导论

1. 第六章 非金属材料制备

1. 粉体材料的制备

2. 粉体材料的种类

3. 机械研磨

4. 喷雾干燥

5. 凝胶－溶胶制备粉体

6. 共沉淀法制备粉体

7. 化学方法制备非氧化物粉体

8. 纳米颗粒的制备

9. 粉末结构表征

6 学时

指定阅读教材

课堂教学、课后作

业，课上讨论，总

结，讲解习题

1. 第七章 非金属材料成形及烧

结

1. 粘合剂和增塑剂

2. 滑和泥浆

3. 干压成型

4. 热压成型

5. 冷等静压

6. 热均压

7. 注浆成型

8. 挤压成形

9. 烧结过程

10. 毛细作用力与表面力

11. 晶粒成长

12. 烧结与扩撒

13. 液相烧结

14. 热压烧结

15. 晶界，表面与烧结

10 学时

指定阅读教材

课堂教学、课后作

业，课上讨论，总

结，讲解习题

第第八章 非金属膜

1. 膜的定义

2. 流延成型

3. 浸涂法

4. 旋镀法

5. 厚膜与薄膜

6. 化学气相沉积

7. 化学气相沉积动力学

8. 蒸镀

9. 溅射

8 学时

指定阅读教材

课堂教学、课后作

业，课上讨论，总

结，讲解习题

312

10. 分子束外延

11. 脉冲激光沉积

12. 应用

期末考试 2 学时 闭卷

实验 1.绪论与实验室安全

3 学时

实验 2.金属材料微观结构表征 3 学时

实验 3 金属材料力学性质表征 3 学时

实验 4.水热法合成光电纳米颗粒 3 学时

实验 5.溶胶－凝胶法制纳米颗粒 3 学时

实验 6.旋涂法制膜 3 学时

实验 7.纳米颗粒结构，形貌表征 3 学时

实验 8.压电材料的固态反应及球墨

机制粉体 3 学时

实验 9.高温烧结 3 学时

实验 10.压电陶瓷的结构与性能表征 3 学时

实验 11.薄膜结构形貌表征 3 学时

实验 12.薄膜材料的性能表征 3 学时

《电化学原理、方法和应用》

一、课程基本信息

开课单

位:

物质科学与技术

学院

课程代

码: CHEM2251

课程名

称:

电化学原理、方

法和应用

英文名

称:

Principles, Methods and Applications of

Electrochemistry

学 分: 2 学 时: 32

授课对

象:

授课语

言: 中文

先修课

程:

313

二、课程简介和教学目的

电化学是研究电能和化学能之间的相互转化以及转化过程中有关规律

的科学。本课程包括电化学理论基础、电化学研究方法和电化学应用

三部分。理论部分通过对电极反应动力学的学习，帮助学生理解常用

电化学研究方法的原理以及实验结果的解析；并通过研究实例介绍使

学生了解电化学基本原理在研究过程中如何应用。在电化学理论基础

和研究方法学习的基础上讲授目前研发中的实用电化学体系原理、主

要进展和面临的主要挑战。

教学目的主要有：（1）使学生能系统地掌握电化学的基本知识和基

本原理，加深对电化学本质的认识，从而指导实际；（2）使学生学

会电化学的科学思维方法，培养学生提出问题、研究问题、分析问题

的能力，特别注重培养学生获取知识并用来解决实际问题的能力。

三、教学内容、教学方式和学时安排

课堂教学内容 教学进度和学时安排 教学方式

电化学体系的基本单元

第 1 周

2 学时

课堂教学

“电极/溶液”界面的基本性质

第 2、3 周

4 学时

课堂教学

电极反应动力学

第 4、5、6 周

6 学时

课堂教学

习题课 第 7 周 1 学时 课堂教学

物质传递控制反应绪论

第 7、8 周

3 学时

课堂教学

习题课 第 9 周 1 学时 课堂教学

电化学研究方法介绍

第 9、10、11 周

5 学时

课堂教学

电化学研究方法文献研讨 第 12 周 1 学时 课堂讨论

电催化过程

第 12、13、14 周

4 学时

课堂教学

实用电化学体系~原理、进展及

挑战

第 14、15 周 课堂教学

314

3 学时

期末考试

第 17 周

2 学时

闭卷

《仪器分析》

一、课程基本信息

开课单位: 物质科学与技术学院 课程代码: CHEM1391

课程名称: 仪器分析 英文名称: Instrumental Analysis

学 分: 3 学 时: 48

授课对象: 授课语言: 中英文

先修课程:

二、课程简介和教学目的

仪器分析是利用比较复杂或特殊的仪器设备，通过测量物质的物理或

物理化学性质的参数及其变化来获取物质的化学组成、成分含量及化

学结构的一门学科。仪器分析主要由电化学分析、光谱分析以及色谱

分析等方面的分析方法所构成。本课程有配套的实验课程。

通过本课程的学习，学生可以初步掌握仪器分析的基本原理、基本方

法以及相关实验技能同时培养严谨的科学态度、踏实的工作作风以及

实事求是的工作作风，为以后工作以及进一步深造打下坚实的基础。

三、教学内容、教学方式和学时安排

课堂教学内容 教学进度和学时安

排 教学方式

Chapter 0

Introduction to Instrumental

Analysis

第 1 周

4 学时

课堂教学、讨论

315

Chapter 1 Fundamentals of

Electrochemistry

Chapter 2 Electrodes and

Potentiometry

第 2 周

2 学时

课堂教学、讨论

Chapter 3 Redox Titrations

Chapter 4 Electroanalytical

Techniques

第 3 周

4 学时

课堂教学、讨论

交作业 1（1-2）

Chapter 4 Electroanalytical

Techniques

第 4 周

2 学时

课堂教学、讨论

Chapter 5 Fundamentals of

Spectrophotometry

Chapter 6 Applications of

Spectrophotometry

第 5 周

4 学时

课堂教学、讨论

交作业 2 （3-

4），还作业 1

Chapter 6 Applications of

Spectrophotometry

第 6 周

2 学时

课堂教学、讨论

习题讨论课（一）

第 7 周

2 学时

Chapter 7 Spectrophotometers

第 7 周

2 学时

课堂教学、讨论

交作业 3 （5-

6），还作业 2

Chapter 8 Atomic Spectroscopy

第 8 周

2 学时

课堂教学、讨论

还作业 3

其中考试

第 9 周

2 学时

闭卷

Chapter 9 Mass Spectrometry

第 9 周

2 学时

课堂教学、讨论

交作业 4 （7-

8）

Chapter 9 Mass Spectrometry

第 10 周

2 学时

课堂教学、讨论

Chapter 10 Introduction of

Analytical Separations

Chapter 11 Gas Chromatography

第 11 周

4 学时

课堂教学、讨论

316

Chapter 12 High-Performance

Liquid Chromatography

第 12 周

2 学时

课堂教学、讨论

交作业 5 （9-

11），还作业 4

Chapter 12 High-Performance

Liquid Chromatography

第 13 周

2 学时

课堂教学、讨论

Chapter 13 Chromatographic

Methods and Capillary

Electrophoresis

第 13 周

2 学时

课堂教学、讨论

交作业 6 （12-

13），还作业 5

Chapter 13 Chromatographic

Methods and Capillary

Electrophoresis

Chapter 14 Gravimetric and

Combustion Analysis

第 14 周

4 学时

课堂教学、讨论

习题讨论课（二）、答疑

第 15 周

2 学时

还作业 6

停课复习 第 16 周

期末考试

第 17 周

2 学时

闭卷

《仪器分析实验》

一、课程基本信息

开课单位: 物质科学与技术学院 课程代码: CHEM1390

课程名称: 仪器分析实验 英文名称: Instrumental Analysis Lab

学 分: 1 学 时: 42

授课对象: 授课语言: 中文

先修课程:

二、课程简介和教学目的

《仪器分析实验》是仪器分析课程的重要组成部分。课程包括电化学

分析法、光谱分析法及色谱分析法三大模块十一个实验。通过学习本

课程，使学生加深对各种仪器分析方法的基础理论和工作原理的理

317

解，正确和熟练把握仪器分析方法的基本操作，培养学生运用仪器分

析手段解决实际问题的能力，为学习后续课程及科研工作打下良好的

基础。

三、教学内容、教学方式和学时安排

周次 课堂教学内容

第 2 周 绪论

第 3 周 实验一 离子选择电极法测定天然水中的 F-

第 4 周 实验二 恒电流库仑滴定法测定砷

第 5 周 实验三 循环伏安法测定铁氰化钾的电极反应过程

第 6 周 实验四 紫外-可见分光光度法测定苯甲酸离解常数 Pka

第 7 周 实验五 不同物态样品红外透射光谱的测定

第 8 周 实验六 分子荧光标准曲线法定量测量荧光素钠的含量

第 9 周 实验七 ICP-AES 测定水样中的微量 Cu，Fe 和 Zn

第 10 周 实验八 核磁共振波谱法测定乙基苯的结构

第 11 周 实验九 气相色谱定量分析

第 12 周 实验十 高效液相色谱法测定饮料中的咖啡因含量

第 13 周

第 14 周 实验十一 气相色谱-质谱联用

《膜科学与技术》

一、课程基本信息

开课

单位:

物质科

学与技

术学院

课程

代码: CHEM2281

课程

名称:

膜科学

与技术

英文

名称: Membrane&nbspScience&nbspand&nbspTechnology

学

分: 2.5

学

时: 40

授课

对象:

授课

语言: 中英文

先修

课程:

318

二、课程简介和教学目的

膜分离技术是一个悠久历史而飞速发展的低能耗分离技术。早在第一

次世界大战期间，德国的科学家就开展了人工合成膜材料的研究和应

用。为了检测战后水样中细菌含量，微孔膜诞生。在 1960s 年代初，

浸入法制备醋酸纤维素反渗透膜材料获得了关建突破，是膜分离与技

术成为潜在的产业的标志。随后超微滤膜、界面聚合反渗透膜、纳滤

膜、液膜、血液透析膜（人工肾）、气体分离膜和无机膜等，以及相

应的应用技术逐渐完善，形成了目前的膜产业。膜分离与技术已经在

石油化工、钢铁、能源、医疗、市政水处理、食品饮料等等领域得到

大量的应用。2015年预计中国的膜产业在千亿规模，年增长速率超过

30%。

膜科学和膜产业的持续发展，需要掌握和理解膜材料和技术的年轻人

来推动。开设《膜分离与技术课程》的第一个目的是：通过膜科学与

分离技术基本理论和历史的介绍，激发年轻人对膜材料与分离技术的

浓厚兴趣，并投入到膜科学的发展中去。开设课程的第二个目的是：

通过与膜科学家的互动，对膜分离与技术的发展有概括性的认识，并

且通过学习理解一个学科的发展的潜在逻辑，深入理解科学的发展中

解决问题的思路，为今后的工作和学习提供一个方法论的基础。课程

的第三个目的是:通过膜科学与技术中的发展案例，让学生理解如何

从事科学研究，科学研究的成果是如何转化产品的。课程的第四个目

的是培养学生的科学研究基本能力；目前学生学习停留在书本，缺乏

实践环节。面临一个研究问题，在查文献、提炼问题、解决问题、基

本实验操作、数据处理、报告撰写、演讲等环节没有进行基本训练；

本课程设置实验课时；给同学们一个训练的机会。如果基本数据被研

究生使用，将推荐发表文章署名。

课程将邀请国内外膜分离与技术的专家授课，就相关专题进行深入探

讨。某些课程将以英文授课。

适合学生：化工，材料，生物，环境专业的高年级本科生和硕士研究

生。

三、教学内容、教学方式和学时安排

课堂教学内容 教学进度和学时安排 教学方式

膜分离与技术简介

第 5 周

2 学时

课堂教学

膜材料制备基础

第 5 周

2 学时

课堂教学

319

膜分离理论基础

第 6 周

2 学时

课堂教学

反渗透膜技术

第 6 周

2 学时

课堂教学

超滤微滤膜技术

第 7 周

2 学时

课堂教学

气体分离膜技术

第 7 周

2 学时

课堂教学

无机膜分离技术

第 8 周

2 学时

课堂教学

膜分离前沿技术

第 8 周

2 学时

课堂教学

实验内容和基本要求

实验课程将根据每一位同学的时间安排进行个性化设置。如果没有特

殊要求，实验工作时间安排在周末。根据选课同学数量，基本确认为

2 人一个小组。

教学内容 教学进度和学时安排 教学方式

给定课题/文献查阅/阅读/

ENDNOTE 数据库/形成文献报告 8 学时 自学

文献报告 6 学时 自学

实验室，学习实验方案制定，实

验记录规范，测试，误差和相关

仪器

30 学时 实验室

数据处理/报告撰写 2 学时 实验室

准备 ppt/答辩 2 学时 课堂教学

320

《太阳电池基础及工作原理》

一、课程基本信息

开课单位: 物质科学与技术学院 课程代码: MSE2201

课程名称: 太阳电池基础及工作原理 英文名称: Principles of Solar Cells

学 分: 2 学 时: 32

授课对象: 授课语言: 中文

先修课程:

二、课程简介和教学目的

本课程在量子力学和半导体物理的基础上，以简捷的方式，全面介绍

可再生能源的基本概念，太阳电池的基础和基本应用，太阳能光伏科

学发展进程和重要成就。通过本课程的学习，使学生系统掌握光伏材

料的基本物理性能、半导体光伏器件的工作原理、设计方法和制备技

术，熟悉太阳电池的先进技术和未来发展趋势，了解光伏发电系统的

构成、设计原理以及系统部件的工作原理。本课程适合于物质学院物

理，材料科学，能源及环境科学研究生和博士生的专业选修课，或者

能源及环境科学研究生和博士生的专业必修课。

三、教学内容、教学方式和学时安排

课堂教学内容 教学进度和学时安排 教学方式

可再生能源概述

第 9 周

2 学时

课堂教学

太阳和太阳能

第 9 周

1 学时

课堂教学

半导体光伏材料基本物理性质

第 9 周

1 学时

课堂教学

太阳电池的基本工作原理

第 10 周

4 学时

课堂教学

321

晶体硅太阳电池的工作原理、

设计与制备技术

第 11 周

4 学时

课堂教学

薄膜太阳电池的工作原理、设

计与制备技术

第 12 周

2 学时

课堂教学

高效率太阳电池先进技术和发

展趋势

第 12 周

1 学时

课堂教学

光伏发电系统设计与应用

第 12 周

1 学时

课堂教学

《物理化学 II 实验》

一、课程基本信息

开课单位: 物质科学与技术学院 课程代码: CHEM1360

课程名称: 物理化学 II 实验 英文名称: Physical Chemistry II Lab

学 分: 1 学 时: 45

授课对象: 授课语言: 中文

先修课程:

二、课程简介和教学目的

《物理化学 II实验》综合了相关学科（包括化学各分支学科、物理

学科）的基本研究工具和方法，它应用物理学原理与技术，使用仪器

或若干仪器组合成的实验测量体系，对系统的某一物理或化学性质进

行测量，进而研究化学问题。

通过本课程的学习，一方面，使学生掌握基本的物理化学实验技

术和数据处理的技能，加深理解物理化学理论课程的相关知识。另一

方面，经过本实验课程的训练，能够进一步培养学生分析问题和解决

问题的能力，培养学生的创新意识和创新能力，为学生今后从事化学

研究或相关领域的科学研究或技术开发工作打下扎实的基础。具体而

言，《物理化学 II实验》有以下几个教学目的：

1.使学生知道物理化学实验采用的研究方法，知道常用仪器的构

造、原理及

322

其使用方法，知道近代大型仪器的性能及其在物理化学实验中的应

用。

2.使学生加深对物理化学基本原理和概念的理解、增强解决与化

学相关的实际问题的能力。

3.掌握重要的物理化学性质测定方法，熟悉物理化学实验现象的

观察和记录、实验条件的判断和选择、实验数据的测量和处理（能使

用有关软件来进行实验数据的采集以及利用软件完成较为复杂、繁琐

的制表与绘图等）、实验结果的分析和归纳等一套严谨的实验方法。

4．培养学生勤奋、求真、求实的科学品德，培养学生善于观

察、勤于思考、胆大心细的习惯。

本课程以实践环节为主，它由理论知识及技术讲座、基础性实

验、综合性实验、设计性实验等部分组成。讲座内容包括课程的学习

方法、安全防护、数据处理、报告书写和实验设计思想等。实验部

分，安排 10 个实验，包括电化学、化学动力学、表面化学与胶体化

学、结构化学、化学综合等方面的内容。

三、教学内容、教学方式和学时安排

课堂教学内容 教学进度和学时安

排 教学方式

实验 0：绪论 I、II 第 2-3 周 课堂讲授

实验 1：乙酸乙酯皂化反应动力

学

第 4-16 周，学生

将被分成若干小

组，以循环方式逐

个完成全部实验

课堂讲授+实

验操作

实验 2：溶液法测定极性分子的

偶极矩

实验 3：络合物磁化率的测定

实验 4：差热分析法

实验 5：循环伏安法

实验 6：分子筛 ZSM-5 的合成

实验 7：分子筛 ZSM-5 物性表征

实验 8：金属相图的测定

实验 9：接触角的测定

实验 10：计算机模拟基元反应

323

《有机化学基础》

一、课程基本信息

开课单

位:

物质科学与技术学

院

课程代

码: CHEM1322

课程名

称: 有机化学基础

英文名

称:

Fundamentals of Organic

Chemistry

学 分: 3 学 时: 48

授课对

象:

授课语

言: 中英文

先修课

程:

二、课程简介和教学目的

课程简介：

有机化学是研究有机物的组成、结构、性质、合成、应用及与此相关

问题的科学，是化学学科中的重要分支，在整个人类科学体系中也处

于重要地位。

有机化学课程是生命相关专业以及材料专业的一门重要必修课。该课

程的任务是为学生提供必要的有机化学基础知识、基本理论和基本操

作技能，并训练他们应用这些理论和技能去研究各类有机化合物，从

而为生命相关专业以及材料专业后续专业课程的学习提供必要的有机

化学基础

有机化学是一门实验科学，全部理论和应用成就都建立在坚实的实

验基础之上，百年以来发展了多种多样的处理有机物、实施有机反应

的经验和实验技术。本课程将与配套实验课程紧密结合，通过典型实

验配合、拓展理论课堂学习，并介绍多种当代研究中最常用的实验技

术。

根据生命学院以及材料方向本科生对有机化学知识的需求，本课程

将按照传统有机化合物的分类，依次介绍它们的物理性质，化学反应

及相互之间的转换，并在其中穿插着重介绍一些关键的有机化学反应

的机理，以求在更深层次理解有机化学反应的本质。本课程将在一学

期的时间内按照化合物的类别将依次介绍烷烃、烯烃、炔烃、卤代烷

烃、醇醚、芳香化合物、胺、醛酮、羧酸及其衍生物等各种核心有机

化合物，在反应机理方面将着重介绍烷基亲核取代反应、消除反应、

324

不饱和烯烃的亲电加成反应、芳香亲电取代等反应的机理，同时也将

教授现代对于有机化合物表征的各种波谱手段。在应用拓展方面，本

课程也将结合授课对象介绍有机化学在高分子化学以及生物化学中的

应用以及最新进展。

教学目的：

有机化学课程教学的目的是在学生学习普通化学的基础上，通过系统

学习各类有机化合物的结构和性质的关系及其相互转变的内在联系，

使学生掌握有机化学的基础知识、基本理论、基本技能和学习有机化

学的基本方法；并了解该领域的新成果和发展动态，提高学生灵活运

用、综合分析和解决问题的能力，为后续的专业课程的学习打下坚实

的基础。

本课程将以有机官能团为核心，讲述内容包括有机物命名、结构、

合成、反应、机理、表征等，力求使学生对有机化学内容有较系统、

全面的了解，理解有机化合物的结构与性质之间的联系，熟悉各类有

机物之间的转化关系和规律性。

学生通过一个学期该课程的学习之后，学生应主要掌握本门学科的基

本规律，即熟悉有机化合物基本类型的结构、性能、合成方法以及它

们之间相互联系的规律和理论。掌握这些基本规律和理论，不仅是为

了能更好学习后继专业课程，更重要的是，在掌握比较全面的基本原

理的基础上，根据今后工作的需要，能进一步继续学习和钻研与专业

发展密切相关的有机化学知识。在整个教学过程中，重点培养学生的

独立自学、独立思考与解决问题的能力。要求学生达到：1、能正确

地写出所学有机物的结构式与名称。2、能运用所学知识初步分析简

单有机物的结构与性质间的关系。3、能选择运用简单有机物的合成

路线和方法。

三、教学内容、教学方式和学时安排

理论课课堂教学内容 教学进度和学时安

排 教学方式

绪论、共价键与分子形状

(Brown Ch. 1)

1 课程考试相关

2 绪论

3 学时

课堂教学、课

后复习（作

业）

325

3 共价键

4 分子形状

酸与碱(Ch. 2)

1 酸碱的定义

2 酸碱性的衡量

1 学时

烷烃和环烷烃(Ch. 3)

1 烷烃的命名

2 烷烃的构象

3 环烷烃的顺/反异构体

3 学时

烯烃与炔烃（Ch.4）

1 烯烃与炔烃的命名

2 烯烃与炔烃的形状

3 烯烃与炔烃的物理性质

1 学时

烯烃与炔烃的反应（Ch. 5）

1 烯烃与炔烃的化学反应

2 亲电加成的机理

3 碳正离子重排

2 学时

分子的手性 （Ch.6）

1 立体异构体与对映异构体

2 手性中心的确定

3 多个手性中心的描述

2 学时

卤代烷烃(Ch. 7)

1 卤代烃的反应

3 学时

326

2 SN2 与 SN1 亲核取代机理

3 E1 和 E2 消除机理

醇、醚以及硫醇 （Ch. 8）

1 醇的反应

2 醚以及环氧化合物的反应

3 硫醇

3 学时

苯及其衍生物(Ch. 9)

1 芳香性

2 亲电芳香取代反应的区域选

择性

3 亲电芳香取代反应的机理

3 学时

期中考试复习 1 学时

期中考试 2 学时

期中考试讲解 1 学时

胺(Ch. 10)

1 胺的酸碱属性

2 胺的化学反应

2 学时

光谱（Ch.11）

1 红外光谱

2 核磁共振光谱

3 学时

醛和酮 (Ch. 12)

1 醛酮的命名与物理性质

2 醛酮的化学反应

3.羰基亲核加成机理

3 学时

327

羧酸(Ch. 13)

1 羧酸的酸碱属性

2 羧基的化学反应

2 学时

羧酸衍生物(Ch. 14)

1 羧酸衍生物

2 羧酸衍生物间的相互转换

3 羰基亲核取代机理

2 学时

烯醇负离子（Ch.15）

1 烯醇负离子的定义与形成

2 烯醇负离子参与的反应

3 学时

碳水化合物类（Ch.17）

1 糖类、单糖与寡糖的定义与

结构

2 单糖的化学反应

2 学时

氨基酸与蛋白质（Ch.18）

1 氨基酸的酸碱属性

2 多肽、蛋白质及其各级结构

2 学时

考前复习 2 学时

期末考试 第 17/18 周 120 分钟闭卷

《无机化学科创实践》

一、课程基本信息

开课单

位:

物质科学与技术

学院

课程代

码: CHEM1700

328

课程名

称:

无机化学科创实

践

英文名

称:

Innovation and Practice in Inorganic

Chemistry

学 分: 1 学 时: 48

授课对

象:

授课语

言: 中文

先修课

程: 无机化学 无机化学实验

二、课程简介和教学目的

通过对真正的科学问题进行研究，从中学习科学研究的理论和实践方

法，接受严格的科学研究方法训练，是科学创新能力的培养的最佳方

式。本课程将采用无机化学中的科学问题为导向，在老师的指导下，

让学生对所选课题独立进行文献调研、提出问题和猜想、研究方案设

计、实施、分析结果、撰写报告、课题答辩等科学研究的全过程。

经过本课的学习，学生对科学研究工作将有比较全面的了解，也将具

有初步的科研创新思维和能力。

三、教学内容、教学方式和学时安排

学习课题 主要内容 考核方式

二氧化碳电催化还原 电化学 开题报告、结题

报告、公开答辩

新型二维钙钛矿的设计、合成

和表征 无机物合成与表征

开题报告、结题

报告、公开答辩

《有机化学科创实践》

一、课程基本信息

开课单

位:

物质科学与技术

学院

课程代

码: CHEM1720

329

课程名

称:

有机化学科创实

践

英文名

称:

Innovation and Practice in Organic

Chemistry

学 分: 1 学 时: 48

授课对

象:

授课语

言: 中文

先修课

程: 有机化学 II 有机化学 II 实验 有机化学 I 有机化学 I 实验

二、课程简介和教学目的

通过对真正的科学问题进行研究，从中学习科学研究的理论和实践方

法，接受严格的科学研究方法训练，是科学创新能力的培养的最佳方

式。本课程将采用有机化学中的科学问题为导向，在老师的指导下，

让学生对所选课题独立进行文献调研、提出问题和猜想、研究方案设

计、实施、分析结果、撰写报告、课题答辩等科学研究的全过程。

经过本课的学习，学生对科学研究工作将有比较全面的了解，也将具

有初步的科研创新思维和能力。

三、教学内容、教学方式和学时安排

学习课题 主要内容 考核方式

环氧化合物不对称开环反应研

究

有机合成实验技术

小分子波谱分析

开题报告、结题

报告、公开答辩

醌类化合物烷基化反应研究

有机合成实验技术

小分子波谱分析

开题报告、结题

报告、公开答辩

炔胺的不对称反应研究

有机合成实验技术

小分子波谱分析

开题报告、结题

报告、公开答辩

手性螺缩酮的不对称合成研究

有机合成实验技术

小分子波谱分析

开题报告、结题

报告、公开答辩

新型肽装订方法研究

有机合成实验技术

小分子波谱分析

开题报告、结题

报告、公开答辩

新型光催化剂的合成及反应性

质研究

有机合成实验技术

小分子波谱分析

开题报告、结题

报告、公开答辩

新型可再生绿色高分子的化学

合成

有机合成实验技术 开题报告、结题

报告、公开答辩

330

小分子波谱分析

新型含羰基烷基化试剂

有机合成实验技术

小分子波谱分析

开题报告、结题

报告、公开答辩

《物理化学科创实践》

一、课程基本信息

开课单

位:

物质科学与技术

学院

课程代

码: CHEM1750

课程名

称:

物理化学科创实

践

英文名

称:

Innovation and Practice in Physical

Chemistry

学 分: 1 学 时: 48

授课对

象:

授课语

言: 中文

先修课

程: 物理化学 II 物理化学 II 实验 物理化学 I 物理化学 I 实验

二、课程简介和教学目的

通过对真正的科学问题进行研究，从中学习科学研究的理论和实践方

法，接受严格的科学研究方法训练，是科学创新能力的培养的最佳方

式。本课程将采用物理化学中的科学问题为导向，在老师的指导下，

让学生对所选课题独立进行文献调研、提出问题和猜想、研究方案设

计、实施、分析结果、撰写报告、课题答辩等科学研究的全过程。

经过本课的学习，学生对科学研究工作将有比较全面的了解，也将具

有初步的科研创新思维和能力。

三、教学内容、教学方式和学时安排

学习课题 主要内容 考核方式

331

表面催化反应的智能化分析程

序

发展基于 Python 语

言的程序用于反应机

理分析

开题报告、结题

报告、公开答辩

AMCl3 型钙钛矿化合物的结构

-物性关系

无机固体材料制备

晶体结构分析

材料光学、电学性质

表征

开题报告、结题

报告、公开答辩

有机电致变色染料的合成与性

质研究

有机合成与材料制备

材料光学、电化学性

质表征

开题报告、结题

报告、公开答辩

《高分子化学与物理（含实验）》

一、课程基本信息

开课单

位: 物质科学与技术学院

课程代

码: MSE1508

课程名

称:

高分子化学与物理

（含实验）

英文名

称:

Polymer Chemistry and Physics

(with Lab)

学 分: 4 学 时: 96

授课对

象:

授课语

言: 中英文

先修课

程:

二、课程简介和教学目的

高分子化学与物理是高分子学科中的重要专业基础课程，是研究高分

子设计、合成、结构和性能的综合性学科。本课程主要由高分子化学

和高分子物理两部分组成。高分子化学主要介绍高分子合成反应过程

中的物理和有机化学,其重点是学习高分子是如何通过化学反应来合

成的，包括逐步聚合、自由基链式聚合、离子聚合、开环聚合等；同

332

时还介绍聚合反应实施的方法和高分子改性方法等。高分子物理部分

则从分子运动的观点，来阐明高分子的结构、性质和性能，及其三者

之间的相互关系。内容主要包括：（1）高分子的结构；（2）高分子

溶液性质；（3）高分子运动特征；（4）高分子力学行为。

课程以有机化学、物理学和物理化学为基础，其主要任务是使学生充

分理解并掌握高分子化学反应的特征，认识到高分子化学与小分子化

学的区别，了解高分子结构与性能的概念、理论和研究方法，为学生

从事高分子设计、合成、加工及相关理论研究提供基本的知识储备。

三、教学内容、教学方式和学时安排

课堂教学内容 教学进度和学时安

排 教学方式

1. 绪论及第一章

高分子科学及其相关概念

（Introduction of Polymer

Science）

第 1 周，3 学时

课堂教学、课

后复习（作

业）

2. 第二章

逐步聚合（Step－

Polymerization）

第 1-2 周，5 学时

课堂教学、课

后复习（作

业）、习题讨

论

3. 第三章

自由基链式聚合（Radical

Chain Polymerization）

第 3-4 周

6 学时

课堂教学、课

后复习（作

业）、习题课

讨论

4. 第四章

聚合方法（Polymerization ）

第 5 周，2 学时

实验课 2 学时＋

课堂教学、课

后复习（作

业）、习题课

讨论

5. 第五章

离子聚合（Ionic chain

polymerization）

第 6 周

2 学时

课堂教学、课

后复习（作

业）

6. 第六章

链式共聚（Chain

Copolymerization）

第 6-7 周，3 学时

课堂教学、课

后复习（作

业）

333

7. 第七章

开环聚合（Ring－opening

polymerization ）

7 周，1 学时

实验课 2 学时＋

课堂教学、课

后复习（作

业）

8. 第八章

聚合物反应（polymer

reaction）

8 周，2 学时

实验课 2 学时＋

课堂教学、课

后复习（作

业）

考试 9 周，1 学时 考试，闭卷

9. 第九章

高分子物理绪论和高分子分子

量及及其分布

9.1 高分子物理的定义

9.2 高分子物理学科的发展

9.3 高分子物理基本概念和基本

定义的介绍

9.4 高分子分子量及其分布

9.5 高分子分子量的统计

第 9 周，3 学时

课堂教学、课

后复习（作

业）

10. 第十章 高分子的分子量

10.1 高分子分子量的测定方法

10.2 高分子分子量分布的测定

第 10 周

2 学时

实验课 2 学时＋

（粘度法测定高分

子的分子量）

课堂教学、课

后复习（作

业）、习题讨

论

11.第十一章 高分子远程结构

11.1 高分子链的构象及构象统

计

11.2 高分子链的柔顺性

第 11 周

3 学时

课堂教学、课

后复习（作

业）、习题课

讨论

12. 第十二章 高分子晶态结构 第 12 周 课堂教学、课

后复习（作

334

12.1 高分子结晶形态学

12.2 高分子结晶动力学

2 学时

实验课 2 学时＋

（偏光显微镜法观

察聚合物的球晶形

态并测定球晶的径

向生长速率）

业）、习题课

讨论

13. 第十三章 高分子的非晶

态、取向态、液晶态和织态结

构

13.1 高分子的非晶态结构模型

13.2 高分子液晶态结构

第 13 周

3 学时

课堂教学、课

后复习（作

业）

14. 第十四章 高分子溶液

14.1 高分子稀溶液

14.2 高分子亚浓溶液和浓溶液

第 14 周

3 学时

课堂教学、课

后复习（作

业）

15. 第十五章 高分子运动

15.1 高分子的热运动

15.2 高分子的玻璃化转变

第 15 周

2 学时

实验课 2 学时＋

（高分子的差热分

析或 3D 打印成型

技术）

课堂教学、课

后复习（作

业）

16. 第十六章 高分子力学性质

16.1 高分子的拉伸行为

16.2 高弹态高分子的力学性质

16.3 高分子的粘弹性

第 16 周

3 学时

课堂教学、课

后复习（作

业）

期末考试

第 17 周

1 学时

闭卷

335

《光电子技术》

一、课程基本信息

开课单位: 物质科学与技术学院 课程代码: PHYS1555

课程名称: 光电子技术 英文名称: Photoelectronic Technology

学 分: 2 学 时: 32

授课对象: 授课语言: 中英文

先修课程:

二、课程简介和教学目的

课程简介：自 1960年激光器问世以来，光电子技术迅猛发展。该课

程主要讲授光电子技术所需要的必备的光学知识；光电子系统中的传

输、信号加载、探测、显示和存储；同时对非线性光学进行简单的介

绍。

教学目的：希望通过这门课程的学习，使学生能够对光电子技术的基

本原理、基本技术和基本器件有系统的认识，为以后从事现代信息光

学、激光技术、光电探测和存储方面的工作打下基础。

三、教学内容、教学方式和学时安排

课堂教学内容 教学进度和学时安

排 教学方式

第一章 绪论

1.1 光电子技术

1.2 光电子技术发展史

第 1 周

2 学时

课堂教学

第二章 光学基础知识与光场

传播规律

2.1 光学基础知识及麦克斯韦

方程

第 2 周，第 3 周

4 学时

课堂教学、课

后复习（作

业）

336

2.2 波动方程与光的传播特性

第三章 激光原理及技术

3.1 激光产生于传播

3.2 激光器的基本结构及特点

第 4 周，第 5 周

4 学时

课堂教学、课

后复习（作

业）、文献阅

读、讨论

随堂测验和习题课（一）

第 6 周

2 学时

习题分析、讨

论

第四章 光波导技术基础

第 7 周

2 学时

课堂教学、课

后复习（作

业）

第五章 光调制技术

5.1 晶体光学基础

5.2 光在晶体中的传播

5.3 电光调制

5.4 声光调制

5.5 磁光调制

第 8 周到第 12 周

10 学时

课堂教学、课

后复习（作

业）、文献阅

读、讨论

随堂测验和习题课（二）

第 13 周

2 学时

习题分析、讨

论

第六章 光电探测技术和光电

显示技术

6.1 光电探测技术

6.2 光电显示技术

第 14 周

2 学时

课堂教学、课

后复习（作

业）

第七章 光存储技术和无源器

件技术

6.1 光存储技术

6.2 光通讯无源器件技术

第 15 周

2 学时

课堂教学、课

后复习（作

业）

337

第八章 非线性光学基础

6.1 耦合波方程

6.2 二波相互作用

6.3 三波相互作用

第 16 周

2 学时

课堂教学、课

后复习（作

业）、文献阅

读、讨论

期末考试

第 17 周

2 学时

闭卷

《光学和原子物理》

一、课程基本信息

开课单位: 物质科学与技术学院 课程代码: PHYS1301

课程名称: 光学和原子物理 英文名称: Optics and Atomic Physics

学 分: 4 学 时: 64

授课对象: 授课语言: 中文

先修课程:

二、课程简介和教学目的

光学与原子物理学为物理学专业的必修课，是物理学专业的一门重要

基础课。本课程的主要目标和任务是：通过光的波粒二象性、光的传

播及光和物质的相互作用了解相干等波的基本特性，为进一步引进量

子力学基本概念打下基础。以原子结构为中心，以实验事实及近代物

理学史为线索，了解原子和原子核层次的物质结构、运动和变化规

律，揭示宏观物理现象的内在微观机制，建立量子力学基本概念。通

过本课程的学习，进一步培养学生基本的物理科学研究方法及创新思

维，使学生对物质世界有更深入的认识，获得在本课程领域内分析和

处理一些最基本问题的初步能力，为进一步学习量子力学课程打下良

好基础。

338

三、教学内容、教学方式和学时安排

课堂教学内容 教学进度和学时安排 教学方式

光学

光学导论 第一周 1 学时

课堂教学、课后

复习（作业）、

解疑、文献阅

读、讨论

光的反射和折射 第一周 1 学时 同上

第三章 光的干涉 第一周 2 学时 同上

第四章 光的衍射 第二周 4 学时 同上

习题课（-） 第三周 2 学时 习题分析、讨论

第五章 光的偏振和传播 第三周 2 学时

课堂教学、课后

复习（作业）、

解疑、文献阅

读、讨论

第六章 光的吸收、色散和散射 第四周 2 学时 同上

习题课 （二） 第四周 2 学时 习题分析、讨论

原子物理学

第一章 原子结构

1.1 历史背景

1.2 卢瑟夫模型的提出

1.3 卢瑟夫散射公式

1.4 卢瑟夫公式的实验验证

1.5 行星模型的意义及困难

第 5 周 4 学时

课堂教学、课后

复习（作业）、

解疑、文献阅

读、讨论

习题课（一） 第 6 周 2 学时 习题分析、讨论

第二章 原子的量子态

2.1 历史背景

2.2 波尔模型

2.3 氢及类氢原子光谱

第 6 周第 7 周，4 学

时

课堂教学、课后

复习（作业）、

解疑、文献阅

读、讨论

339

2.4 夫兰克-赫兹实验

2.5 波尔模型的推广

习题课（二） 第 7 周 2 学时 习题分析、讨论

第三章 量子力学导论

3.1 波尔理论的困难

3.2 波粒两象性

3.3 不确定性

3.4 波函数及其统计规律

3.5 薛定谔方程

第 8 周， 4 学时

课堂教学、课后

复习（作业）、

解疑、文献阅

读、讨论

习题课（三） 第 9 周 2 学时 习题分析、讨论

期中考试 第 9 周 2 学时 闭卷

第四章 原子光谱的精细结构：

电子的自旋

4.1 原子中电子轨道运动的磁矩

4.2 史特恩-盖拉赫实验

4.3 电子自旋假设

4.4 碱金属原子光谱双线结构

4.5 塞曼效应

4.6 自旋分辨电子谱学

第 10 周，第 11 周 6

学时

课堂教学、课后

复习（作业）、

解疑、文献阅

读、讨论

习题课（四） 第 11 周 2 学时 习题分析、讨论

第五章 多电子原子：泡利原理

5.1 氦原子光谱及能级

5.2 两个电子的耦合

5.3 泡利不相容原理

5.4 元素周期表

第 12 周 4 学时

课堂教学、课后

复习（作业）、

解疑、文献阅

读、讨论

习题课（五） 第 13 周 2 学时 习题分析、讨论

第六章 x-射线 第 13 周第 14 周 4 学

时

课堂教学、课后

复习（作业）、

340

6.1 x-射线的发现及其波动性

6.2 x-射线的产生机制

6.3 康普顿散射

6.4 x-射线的吸收

解疑、文献阅

读、讨论

习题课（六） 第 14 周 2 学时 习题分析、讨论

第七章 原子核物理概论

7.1 原子核物理的对象

7.2 核质量

7.3 核力

7.4 核矩

7.5 放射性衰变

7.6 核反应

7.7 裂变和聚变

第 15 周， 4 学时

课堂教学、课后

复习（作业）、

解疑、文献阅

读、讨论

习题课（七） 第 16 周 2 学时 习题分析、讨论

期末复习，答疑 第 16 周 2 学时 讨论、答疑

期末考试 2 学时 闭卷

《化工计算》

一、课程基本信息

开课单位: 物质科学与技术学院 课程代码: CHEM1583

课程名称: 化工计算 英文名称: Chemical Engineering Calculations

学 分: 3 学 时: 48

授课对象: 授课语言: 中英文

先修课程:

341

二、课程简介和教学目的

课程简介：化工计算属于材料专业和化学专业的一门基础课程，列为材料选修和化

学选修。本课程聚焦在学习如何有效解析化学工程和材料工程领域相关问题，内容

包括质量守恒和能量守恒原理，物质的化学和物理性质，化学/材料工程的单元操

作概念等。

教学目的：在完成本课程后，面对材料/化学工程师所涉及的问题，学生能够识别

化学/材料程序中的单元操作，画出相应的程序流程图，定义程序中的变量，推导

的变量之间的关系；学生能够使用自由度分析来判定一个问题有多少未知变量，并

利用物质特性，物质间的基本关系（状态方程、相平衡、蒸汽压力），经验特性

（Raoult定律、Henry 定律、Antoine 方程），以及质量和能量平衡来求解未知

量；学生能够将本课程的工程解析方法应用在全球和社会相关问题。

三、教学内容、教学方式和学时安排

课堂教学内容 教学进度和学时安排 教学方式

Chapter 2：Introduction to

Engineering Calculations

Unit & dimensions, unit

conversion

Force and weight (significant

figures)

Engineering calculations

第 1 周

3 学时

课前预习、课堂

教学讨论、课后

复习

Chapter 3：Process and Process

Variables

Process variables (Mass Flow

rate)

Process variables (chemical

composition, pressure, and

temperature)

第 2 周

3 学时

课前预习、课堂

教学讨论、课后

复习

Chapter 3：Process and Process

Variables

第 3 周

3 学时

课前预习、课堂

教学讨论、课后

复习

342

Process variables (chemical

composition, pressure, and

temperature)

Chapter 4：Fundamentals of

Material Balances

Process classification, and the

general balance equation

Balance equations, flow chart.

Chapter 4：Fundamentals of

Material Balances

Process classification, and the

General Balance Equation

Degree of freedom (DF) analysis.

Single unit processes

Multi-unit processes (DF

analysis)

第 4 周

3 学时

课前预习、课堂

教学讨论、课后

复习

Chapter 4：Fundamentals of

Material Balances

Recycle and bypass streams.

Reactive systems (Chemical

stoichiometry: single reaction)

第 5 周

3 学时

课前预习、课堂

教学讨论、课后

复习

Chapter 4：Fundamentals of

Material Balances

Reactive systems (multiple

reaction stoichiometry)

Reactive systems (balances on

molecular and atomic species)

第 6 周

3 学时

课前预习、课堂

教学讨论、课后

复习

Chapter 5：Single Phase Systems

Density

Ideal gas

第 7 周

3 学时

课前预习、课堂

教学讨论、课后

复习

343

Equations of State (EOS): virial,

van der Waals, and SRK.

Compressibility factor and

compressibility factor EOS

Course Review

第 8 周

2 学时

讨论

Midterm Exam

第 9 周

2 学时

闭卷

Chapter 6：Multiple Phase Systems

Gibbs Phase Rule and Raoult’s

Law (limiting case)

Gas-liquid systems, Multi-

component gas-liquid systems

Humidity, Henry’s Law

第 10 周

3 学时

课前预习、课堂

教学讨论、课后

复习

Chapter 6：Multiple Phase Systems

Solid-liquid systems: solubility

and colligative properties.

Liquid-liquid equilibrium, and

Adsorption

第 11 周

3 学时

课前预习、课堂

教学讨论、课后

复习

Chapter 7：Energy and Energy

Balances

First Law of Thermodynamics:

closed system (internal energy)

First Law of Thermodynamics:

open system (Enthalpy)

Energy balances using table of

thermodynamic data

第 12 周

3 学时

课前预习、课堂

教学讨论、课后

复习

Chapter 8：Balances on

Nonreactive Processes

第 13 周

3 学时

课前预习、课堂

教学讨论、课后

复习

344

Energy balances on non-reactive

processes

Reference states, Heat capacities

Phase change operation: Latent

heats, Calusius-Clapeyron eq.

Chapter 8：Balances on

Nonreactive Processes

Phase change operation:

Humidity (Psychometric) Chart

Phase change operations: Heat of

mixing

第 14 周

3 学时

课前预习、课堂

教学讨论、课后

复习

Chapter 9：Balances on Reactive

Processes

Heats of reaction

Heats of formation and

combustion

Energy balances on reactive

processes

第 15 周

3 学时

课前预习、课堂

教学讨论、课后

复习

Course Review

第 16 周

2 学时

讨论

Final Exam

第 18 周

2 学时

开卷

《量子场论》

345

一、课程基本信息

开课单位: 物质科学与技术学院 课程代码: PHYS2101

课程名称: 量子场论 英文名称: Quantum Field Theory

学 分: 3 学 时: 48

授课对象: 授课语言: 中英文

先修课程:

二、课程简介和教学目的

本课程将介绍描述凝聚态量子多体系统基态和低能激发态的有效理论

工具-量子场理论。课程着重向学生传递基本概念，帮助学生了解和

掌握相关文献中的基本知识点。这门课需要所选者预先掌握量子力学

和量子统计力学。课程从二次量子化出发，利用相干态重新描述适用

于多粒子体系的量子力学。通过格林函数和微扰理论建立多粒子体系

对于外界扰动的单粒子／多粒子响应与实验上的常见可观测量之间的

关系。作为多粒子体系自发对称破缺的一个例子，在本门课的结尾我

们会介绍描述超导现象的 BCS理论和 Nambu格林函数方法。

三、教学内容、教学方式和学时安排

课堂教学内容 教学进度和学时

安排 教学方式

第一章 引言

1.1 薛定谔方程的一次和二次量子化

表示

1.2 多粒子 Hilbert 空间，产生和湮灭

算符

1.3 玻色子，费米子与场

1，2 周 作业 1

第二章 相干态路径积分

2.1 量子力学的路径积分表示

2.2 一维谐振子

3，4，5 周 作业 2

346

2.3 自旋相干态

2.4 应用举例：double wells,

instantons

2.5 费米子路径积分

第三章 格林函数

3.1 薛定谔，相互作用和海森堡表象

3.2 绝热过程，Gell-Mann and low 定

理

3.3 格林函数

3.4 Wick’s 定理

3.5 微扰理论

6，7，8，9 周 作业 3

第四章 线性响应理论

4.1 关联函数

4.2 随机相位近似，高斯涨落

4.3 相互作用电子

10, 11, 12 周 作业 4

第五章 超导理论

5.1 电声子相互作用

5.2 超导现象

5.3 库伯对和电子凝聚

5.4 BCS 平均场理论

5.5 Nambu-Gorkov 理论

13，14，15，16

周 作业 5

《群论》

347

一、课程基本信息

开课单位: 物质科学与技术学院 课程代码: PHYS2102

课程名称: 群论 英文名称: Group&nbspTheory

学 分: 4 学 时: 64

授课对象: 授课语言: 中文

先修课程:

二、课程简介和教学目的

本课程为本研一体课，是本科生的专业选修课、研究生的必须课。在

本课程中主要讲授群论的基本理论以及群论在物理学中的应用。通过

本课程的学习，可以掌握群的基本概念，群的线性表示，三维转动

群、置换群、李群、SU(N)群、SO(N)群的基本性质，了解群论在固体

结构、量子力学、洛伦兹变换中的应用。

三、教学内容、教学方式和学时安排

课堂教学内容

教学进度

和学时安

排

教学方式

第一章 群的基本概念

对称，群及其乘法表，群的各种子集，

群的同态关系，正多面体的固有对称变

换群，群的直积和非固有点群

第 1 周

4 学时

课堂教学

第二章 群的线性表示理论

群的线性表示，标量函数的变换算符，

等价表示和表示的幺正性

第 2 周

4 学时

课堂教学

第二章群的线性表示理论

有限群的不等价不可约表示，分导表示

和诱导表示，物理应用，有限群群代数

的不可约基

第 3 周

4 学时

课堂教学

第三章 三维转动群 第 4 周 课堂教学

348

三维空间转动变换，李群的基本概念，

三维转动群的覆盖群，SU(2)群的不等

价不可约表示，李氏定理

4 学时

第三章 三维转动群

克莱布施-戈登系数，张量和旋量，不

可约张量算符及其矩阵元

第 5 周

4 学时

课堂教学

第四章 晶体的对称性

晶体的对称变换群，晶格点群，晶系和

布拉菲格子

第 6 周

4 学时

课堂教学

第四章 晶体的对称性

空间群，空间群的线性表示

第 7 周

4 学时

课堂教学

第五章 置换群

置换群的一般性质，群代数的理想和幂

等元，杨图、杨表和杨算符

第 8 周

4 学时

课堂教学

第五章 置换群

置换群的不可约表示，不可约表示的实

正交形式，置换群不可约表示的外积

第 9 周

4 学时

课堂教学

第六章 李群和李代数

李代数和结构常数，半单李代数的正则

形式，单纯李代数的分类

第 10 周

4 学时

课堂教学

第六章 李群和李代数

几类典型的单纯李群，单纯李代数的线

性表示

第 11 周

4 学时

课堂教学

第六章 李群和李代数

方块权图方法，克莱布施-戈登系数

第 12 周

4 学时

课堂教学

第七章 SU(N)群

SU(N)群的不可约表示，正交归一的不

可约张量基

第 13 周

4 学时

课堂教学

349

第七章 SU(N)群

张量表示的直乘分解，SU(3)对称性和

强子波函数

第 14 周

4 学时

课堂教学

第八章 SO(N)群

SO(N)群的张量表示，G 矩阵群，

SO(N)群的旋量表示

第 15 周

4 学时

课堂教学

第八章 SO(N)群

N维空间中的转动对称， SO(4)群和洛

伦兹群

第 16 周

4 学时

课堂教学

《无机材料物理化学》

一、课程基本信息

开课单

位:

物质科学与技术学

院

课程代

码: CHEM2211

课程名

称: 无机材料物理化学

英文名

称:

Physical Chemistry of Inorganic

Materials

学 分: 3 学 时: 48

授课对

象:

授课语

言: 中英文

先修课

程:

二、课程简介和教学目的

先进材料是当前社会发展的主要基石之一。没有先进材料，就没有各个领域

的技术发展。无机材料是当今三大材料之一。学习无机材料物理化学也是通

过结合数学，物理，化学等各种基础知识来分析材料实际问题的过程。这门

350

课侧重于从无机材料的角度讲授无机材料的基础知识和共性知识。通过这门

课使学生对学习这种新型功能无机材料，培养学生的创新能力。

教学方式以讲授为主，辅以课后完成每章后的少量习题和课上讨论、讲解习

题，以便于同学们掌握基本的概念和方法。课程成绩由平时成绩（50%）和期

末考试成绩（50%）构成。平时成绩以出勤率和作业情况构成。期末考试为开

卷考试。

三、教学内容、教学方式和学时安排

课堂教学内容 教学进度和学时安排 教学方式

第一章 绪论

2 学时

指定阅读教材

课堂教学、课后作

业，课上讨论，总

结，讲解习题

第二章 晶体结构

1. 原子结构

2. 原子间的键

3. 固体中的原子键

4. 晶体结构

5. 离子的组合和鲍林规则

6. 氧化物结构

7. 硅酸盐结构

8. 同质多相

6 学时

指定阅读教材

课堂教学、课后作

业，课上讨论，总

结，讲解习题

第三章 缺陷化学

1. 原子缺陷的标记

2. 缺陷反应方程式

3. 固溶体

4. 弗伦克尔缺陷

6 学时

指定阅读教材

课堂教学、课后作

业，课上讨论，总

结，讲解习题

351

5. 肖特基缺陷

6. 缺陷缔合

7. 电子结构

8. 非化学计量比固体

9. 位错

第四章 表面界面和晶界

表面张力和表面能

晶界

晶界势能及空间电荷

晶界应力

6 学时

指定阅读教材

课堂教学、课后作

业，课上讨论，总

结，讲解习题

第五章 原子迁移

1. 扩散和菲克定律

2. 热激活过程的扩散

3. 扩散与温度，杂质的关系

4. 晶态氧化物的扩散

5. 位错，晶界和表面扩散

6 学时

指定阅读教材

课堂教学、课后作

业，课上讨论，总

结，讲解习题

第六章 相图

吉布斯相律

一元相图

二元相图

三元相图

相组成与温度的关系

Al2O3-SiO2 系统

MgO-Al2O3-SiO2 系统

6 学时

指定阅读教材

课堂教学、课后作

业，课上讨论，总

结，讲解习题

第七章 烧结

毛细作用力与表面力

晶粒成长

烧结与扩撒

液相烧结

热压烧结

6 学时

指定阅读教材

课堂教学、课后作

业，课上讨论，总

结，讲解习题

352

晶界，表面与烧结

第第八章 热性能

热容

晶体密度和热膨胀

导热过程

单相晶态陶瓷的声子传导

光子传导

4 学时

指定阅读教材

课堂教学、课后作

业，课上讨论，总

结，讲解习题

第第九章 电导

电导现象

晶体中的离子电导

晶体中的电子电导

非化学计量比电子电导与溶

的电子电导

4 学时

《应用统计方法》

一、课程基本信息

开课单位: 物质科学与技术学院 课程代码: PHYS2103

课程名称: 应用统计方法 英文名称: Applied Statistical Methods

学 分: 3 学 时: 48

授课对象: 授课语言: 中英文

先修课程:

二、课程简介和教学目的

应用统计方法是现代社会、科学研究运用的基本方法，学习和运用统

计方法已成为时代对我们的要求。本课程旨在提高研究生的统计分析

与计算能力，在众多统计方法中，选择最实用的现代统计分析方法。

其主要内容涉及：概率论内容提要、数理统计的基础知识（涉及基本

概念，常用统计分布，抽样分布）、参数估计（涉及矩估计，极大似

然估计，估计的评选标准，充分统计量，优效统计量，最小方差无偏

估计，完备性，区间估计，贝叶斯统计）、假设检验（涉及基本概

353

念，正态总体参数的假设检验，非正态总体参数的假设检验）、非参

数统计（涉及分布的拟合检验，独立性检验、成对比检验曼－惠特尼

检验，游程检验等）、可靠性统计（涉及基本概念，指数分布的可靠

性统计分析，Weibull分布与对数正态分布的可靠性统计分析）、方

差分析与试验设计（涉及单因素方差分析，双因素方差分析，正交试

验设计简介，均匀设计简介）、线性回归分析（涉及一元线性回归，

多元线性回归，相关分析）、若干应用统计方法专题（一些常用的点

估计与区间估计新方法，加速寿命试验，异常数据检验，定性数据的

建模分析、聚类分析等）。

三、教学内容、教学方式和学时安排

课堂教学内容 教学进度和学时安排 教学方

式

概率论内容提要 概率论复习，3 学时 课堂教

学

数理统计基础知识 基本概念、常用统计分布，3 学时 课堂教

学

数理统计基础知识 抽样分布，3 学时 课堂教

学

参数估计 矩估计、极大似然估计，3 学时 课堂教

学

参数估计 估计量的优选标准，3 学时 课堂教

学

参数估计 充分统计量、优效估计量等简介，3

学时

课堂教

学

参数估计 区间估计，3 学时 课堂教

学

参数估计、假设检

验

贝叶斯统计、假设检验基本概念，3

学时

课堂教

学

假设检验 正态总体参数的假设检验，3 学时 课堂教

学

假设检验 非正态总体的假设检验，3 学时 课堂教

学

354

非参数统计 分布的拟合检验、独立性检验，3 学

时

课堂教

学

非参数统计 其他常用的非参数检验方法，3 学时 课堂教

学

可靠性统计 基本概念、指数分布可靠性统计，3

学时

课堂教

学

可靠性统计 Weibull 与对数正态分布可靠性统

计，3 学时

课堂教

学

方差分析与试验设

计

单因素，双因素及试验设计简介，3

学时

课堂教

学

线性回归分析 一元线性回归、多元线性回归等，3

学时

课堂教

学

若干应用统计方法

专题

逆矩估计等、加速寿命试验简介，3

学时

课堂教

学

若干应用统计方法

专题 异常数据检验等，期终复习，3 学时

课堂教

学

《半导体器件基础》

一、课程基本信息

开课单位: 物质科学与技术学院 课程代码: MSE1509

课程名称: 半导体器件基础 英文名称: Basis of Semiconductor Device

学 分: 4 学 时: 64

授课对象: 授课语言: 英语

先修课程:

二、课程简介和教学目的

Course Description: Introduction to semiconductor and physic

s. Students receive an

355

introduction to the underlying physics that determine the op

eration of the most important

devices used in integrated circuit technology, photodetector

s, light emitting diodes and solar cells.

Course Objectives: At the conclusion of this course students

are expected to:

1.understand fundamental semiconductor material properties;

2.understand basic quantum theory as it applies to semicondu

ctors;

3.understand carrier transport phenomena; and

4.understand and analyze the operation of important semicond

uctor devices

5.including PN junction diodes, Schottky diodes, MOSFETs, an

d BJTs.

三、教学内容、教学方式和学时安排

Major Topics:

The Crystal Structure of Solids (Ch. 1)

Basic Quantum Theory (Ch. 2 – 3)

Semiconductor Fundamentals (Ch. 4 – 6)

Semiconductor Diodes (Ch. 7 – 9)

The MOSFET (Ch. 10 – 11)

The BJT (Ch. 12)

The JFET (Ch. 13)

Specialized Devices (Ch. 14 – 15)

Lectures: The lectures will cover the most important parts of the c

ourse material.

Reading assignments will be given in advance for upcoming lectures

and students are

expected to study the textbook material prior to the lectures so questi

ons can be addressed

and meaningful discussions can be held to benefit all class members.

Unannounced

short quizzes may be given throughout the semester covering topics f

rom prior lectures or

material covered in the reading assignments.

356

Homework Assignments: Homework assignments will be due at the

beginning of class

on the due date. The homework must:

include student’s name, assignment number, and course number at the

top of the

page. If the assignment consists of multiple pages, page numbers mus

t also be

included at the top of each page with all pages stapled;

include appropriate diagrams, derivations, assumptions, and steps take

n to arrive

at answers; and be neat and easily followed.

Exams and quizzes: There will be two midterm exams and one com

prehensive final exam. The

exams will cover material discussed in the lectures and covered in th

e homework. The quizzes will be short ~ 15 minutes questions based

on immediately passed homework.

《生物材料》

一、课程基本信息

开课单位: 物质科学与技术学院 课程代码: MSE1707

课程名称: 生物材料 英文名称: Biological Material

学 分: 2 学 时: 32

授课对象: 授课语言: 中英文

先修课程:

二、课程简介和教学目的

生物材料的授课内容主要包括（1）各种生物材料的分子设计准则和

基本理论，涉及的材料包括基于高分子基生物材料（例如合成的可降

解性高分子），天然的生物高分子例如蚕丝蛋白，自组装多肽和蛋白

生物材料，水凝胶材料以及生物陶瓷和生物复合材料（生物矿化以及

357

相关的结晶理论）。（2） 当前生物材料在生物医药，纳米技术和其

他领域的应用；涉及到的主题包括药物释放，gene delivery，细胞

工程，抗污和水下粘合材料等方面。（3）生物材料领域的前沿主

题，包括生物活体材料，合成生物学基本概念在生物材料中的应用以

及人工光合作用等方面。

本课程教学目的是让材料科学专业学生了解生物材料这一新兴领域，

掌握当前生物材料的分子设计准则及相关知识，熟悉当前生物材料在

生物医药，纳米技术以及其他领域的应用范畴。该课程为本专业高年

级学生就业以及对于有志于从事材料科学和生物技术或生物医药工程

交叉性课题研究的学生提供必要的知识和理论基础。

三、教学内容、教学方式和学时安排

课堂教学内容 教学进度和学时安

排 教学方式

第一章 绪论

当前基于分子设计的生物材料

及设计方法。

生物降解高分子和天然高分子

第 1-2 周

课堂教学、课

堂讨论、文献

阅读

第二章

自组装生物材料（多肽,蛋白

分子，两性小分子等）

第 3-4 周

课堂教学、课

堂讨论、文献

阅读

第三章

水凝胶生物材料

第 4-5 周

课堂教学、课

堂讨论、文献

阅读

第四章

构建生物分子和细胞识别的生

物材料

第 6 周

课堂教学、课

堂讨论、文献

阅读

第五章

药物和基因释放，药物和基因

释放分子装置

第 7 周

课堂教学、课

堂讨论、文献

阅读

358

第六章

生物材料加工和制备，生物纳

米制备和生物制造概念及方法

在生物材料的应用

第 8 周

课堂教学、课

堂讨论、文献

阅读

期中考试 第 9 周 考试周

第七章

生物矿化和结晶

第 10－11 周

课堂教学、课

堂讨论、文献

阅读

第八章

生物陶瓷，生物复合材料和生

物仿生矿化

第 11-12 周

课堂教学、课

堂讨论、文献

阅读

第九章

生物灵感材料和生物仿生前沿

topics：疏水表面，生物粘

合，抗冰材料，抗污材料等

第 13-14 周

课堂教学、课

堂讨论、文献

阅读

第十章

生物活体材料，合成生物学技

术在材料科学的应用

第 15－16 周

课堂教学、课

堂讨论、文献

阅读

期末考试

第 17 周

2 学时

闭卷

《膜科学与技术》

一、课程基本信息

开课单

位:

物质科学与技术学

院

课程代

码: CHEM2291

359

课程名

称: 膜科学与技术

英文名

称:

Membrane Science and

Technology

学 分: 3 学 时: 48

授课对

象:

授课语

言: 中英文

先修课

程:

二、课程简介和教学目的

膜分离技术的发展源于偶然的需求。在第一次世界大战结束后，德国

的饮用水源遭受到灾难性的破坏，为了避免喝到充满细菌的脏水，科

学家们寻找、研究和发明了第一张具有商业化意义的硝化纤维素微孔

膜，代表性的发明专利在 1918年提出，发明人为 Zsigmondy 和 Bach

mann。第二次世界大战结束后，德国遇到的同样的问题，而美国作为

战胜国派出大量的人员在欧洲寻找分析细菌的技术，Goetz 博士对微

孔膜技术非常感兴趣，将该技术带回美国，也就诞生了 Millipore公

司的前生。

在 1960 年代，Loeb和 Sourirajan 发明了浸入相转化法制备非对称

醋酸纤维素反渗透膜，大大提高原先致密醋酸纤维素膜材料的性能，

成为现今商业化制备超微滤膜的基本技术之一。在膜科学与技术的发

展史中浸入相转化法是具有划时代意义的事件。经过几十年的发展，

超微滤膜、界面聚合反渗透膜、纳滤膜、液膜、血液透析膜（人工

肾）、气体分离膜和无机膜等，以及相应的应用技术逐渐完善，形成

了目前的膜产业。膜分离与技术已经在石油化工、钢铁、能源、医

疗、市政水处理、食品饮料等等领域得到大量的应用。近十年来，中

国的膜产业的增速大大高于经济增速，相应的科学研究和水平大大提

升。

膜科学和膜产业的持续发展，需要掌握和理解膜科学与技术的年轻人

来推动。我们开设《膜分离与技术课程》的第一个目的是：通过膜科

学与分离技术基本理论和历史的介绍，激发年轻人对膜材料与分离技

术的浓厚兴趣，并投入到膜科学的发展中去。开设课程的第二个目的

是：通过与高水平的膜科学家的互动，对膜分离与技术的发展有概括

性的认识，并且通过学习理解一个学科的发展的潜在逻辑，深入理解

科学的发展中解决问题的思路，为今后的工作和学习提供一个方法论

的基础。课程的第三个目的是：通过膜科学与技术中的发展案例，让

学生理解如何将基础课程中学习得到的原理应用到科学研究和解决实

际的问题，并对科学理论向技术和成果转化有初步的认识。课程的第

四个目的是：培养学生的科学研究基本能力；包括分析问题、提炼问

题、查阅文献、基本实验操作、数据处理、报告撰写、演讲等环节；

根据需求，课程的考核可以通过走进实验室与研究生共同研究课题，

360

或者开卷两种形式。如果基本数据被研究生使用，将推荐发表文章署

名。

本课程还有一个特点：我们的讲座教授来自于国内外著名科研院所和

企业顶尖的膜专家、教授，有丰富的实践经验。授课采用中文或者英

文方式。

适合学生：化工，材料，生物，环境专业的高年级本科生、硕士和博

士研究生。

三、教学内容、教学方式和学时安排

课堂教学内容 教学进度和学时安排 教学方式

科学研究的基本素质和膜分离与

技术简介

第 1 周

3 学时

课堂教学

膜材料制备基础

第 2 周

3 学时

课堂教学

膜分离理论基础: 相分离理论

第 3 周

3 学时

课堂教学

超滤、微滤 (1) overview and

commercial products

第 4 周

3 学时

课堂教学

超滤、微滤 (1) design and

fouling\cleaning

第 5 周

3 学时

课堂教学

膜过程中的污染理论

第 6 周

3 学时

课堂教学

反渗透

第 7 周

3 学时

课堂教学

正渗透

第 8 周

3 学时

课堂教学

气体分离

第 9 周

3 学时

课堂教学

无机膜

第 10 周

3 学时

课堂教学

361

膜蒸馏

第 11 周

3 学时

课堂教学

有价金属提取膜萃取

第 12 周

3 学时

课堂教学

膜过程实验课程

24 学时，分小组、3-

6 次在膜实验室完

成，地点：高研院二

号楼五楼

试验教学

《计算建模在材料中的应用》

一、课程基本信息

开课单

位:

物质科学与技术

学院

课程代

码: MSE2204

课程名

称:

计算建模在材料

中的应用

英文名

称:

Computational Modeling with

Application to Materials

学 分: 2 学 时: 32

授课对

象:

授课语

言: 英语

先修课

程:

二、课程简介和教学目的

The aim of this course would be to give students a basic int

roduction to simulation and the manner in which it is used i

362

n materials science research, using inorganic semiconductors

and nanoporous materials as examples.

三、教学内容、教学方式和学时安排

week 1: Introduction to Simulation

week 2: Brief Survey of Computational Techniques – finite element a

nd continuum methods

week 3: Brief Survey of Computational Techniques – classical and q

uantum mechanics-based methods

week 4: Molecular Mechanics and Related Techniques

week 5: Molecular Dynamics and Related Techniques

week 6: Molecular Dynamics and Related Techniques

week 7: Monte Carlos Simulation and Related Techniques

week 8: Monte Carlos Simulation and Related Techniques

week 9: Mid-term Exam

week 10: Genetic Algorithm and Continuous Random Network Algori

thm

week 11: Theory and Simulation of Inorganic Semiconductors

week 12: Theory and Simulation of Inorganic Semiconductors

week 13: Theory and Simulation of Nanoporous Materials

week 14: Theory and Simulation of Nanoporous Materials

week 15: Big-data Science for Materials Research – Role and Import

ance

week 16: Big-data Science for Materials Research – Techniques

《量子计算机原理》

363

一、课程基本信息

开课单

位:

物质科学与技术学

院

课程代

码: PHYS1557

课程名

称: 量子计算机原理

英文名

称:

Principle of Quantum

Computer

学 分: 2 学 时: 32

授课对

象:

授课语

言: 中文

先修课

程:

二、课程简介和教学目的

量子计算机在密钥破解、全局优化和量子模拟等一系列重要领域有着

传统计算机无法企及的计算能力。近年来国际上关于量子计算机的研

究取得了快速进展，科学家有望在十年内研制出实用化的通用量子计

算机。为了让学生更好的了解这一颠覆性领域，本课程将系统的介绍

量子计算机的工作原理、主流物理实现架构、核心量子算法和目前面

临的挑战；通过课堂讨论和量子算法练习，让学生掌握设计和使用量

子计算机的基础知识。

三、教学内容、教学方式和学时安排

课堂教学内容 教学进度和

学时安排 教学方式

第 1 章 绪论 第 1 周 2 学时 课堂教学、讨

论

第 2 章 量子力学的矩阵形式 第 2 周 2 学时 课堂教学、讨

论

第 3 章 量子比特 第 3 周 2 学时 课堂教学、讨

论

第 4 章 单比特和双比特量子门 第 4 周 2 学时 课堂教学、讨

论

第 5 章 量子纠缠 第 5 周 2 学时 课堂教学、讨

论

364

第 6 章 Deutsch 算法 第 6 周 2 学时 课堂教学、讨

论

第 7 章 Grover 算法 第 7 周 2 学时 课堂教学、讨

论

第 8 章 Shor 算法 第 8 周 2 学时 课堂教学、讨

论

第 9 章 算法设计和模拟 第 9 周 2 学时 课堂教学、讨

论

第 10 章 量子纠错 第 10 周 2 学

时

课堂教学、讨

论

第 11 章 量子计算的物理实现 第 11 周 2 学

时

课堂教学、讨

论

第 12 章 量子谐振电路 第 12 周 2 学

时

课堂教学、讨

论

第 13 章 超导量子比特 第 13 周 2 学

时

课堂教学、讨

论

第 14 章 超导量子门电路 第 14 周 2 学

时

课堂教学、讨

论

第 15 章 机遇与挑战 第 15 周 2 学

时

课堂教学、讨

论

期末考试 第 16 周 2 学

时 开卷

《微生物生物技术》

一、课程基本信息

开课单位: 物质科学与技术学院 课程代码: MSE2203

课程名称: 微生物生物技术 英文名称: Microbial Biotechnology

学 分: 2 学 时: 32

授课对象: 授课语言: 中英文

先修课程:

365

二、课程简介和教学目的

微生物生物技术是一门涉及微生物学、生物化学、分子生物学、细胞

生物学以及生物工程和化学工程等多学科领域的应用型学科，主要利

用微生物作为细胞反应器来生产相关产品，以满足人类社会需求。本

课程主要介绍现代生物技术中与微生物应用有关的技术、方法及其原

理，其中包括微生物生物技术的概念和最新研究进展，微生物的培

养、生长和代谢，基因工程中常用的表达载体和微生物宿主系统，基

因工程菌的构建、调控及优化，微生物与生物制药，微生物体内/体

外生物合成，微生物与工业生物技术等。通过本课程的学习，使学生

能够掌握微生物生物技术的概念、理论和研究方法，为学生从事多学

科交叉领域的研究、以及开发利用微生物资源提供基本的知识储备。

三、教学内容、教学方式和学时安排

课堂教学内容

教学进度

和学时安

排

教学方式

第一章 微生物生物技术概论

1.1 微生物生物技术的定义及发展简史

1.2 微生物生物技术的研究范畴与现状

1.3 微生物生物技术的最新研究进展

第 1 周

2 学时

课堂教学、课后

复习（作业）

第二章 微生物的培养、生长和代谢

2.1 微生物的营养需求及培养

2.2 微生物的生长及控制

2.3 微生物的代谢及调控

第 2、3 周

4 学时

课堂教学、课后

复习（作业）

第三章 微生物宿主和表达载体

3.1 微生物宿主的种类及特点

3.2 表达载体的种类

3.3 表达载体的构建

第 4、5 周

4 学时

课堂教学、课后

复习（作业）

366

第四章 微生物基因工程菌的构建

4.1 微生物宿主选择

4.2 微生物基因编辑

4.3 异源代谢途径构建

第 6、7 周

4 学时

课堂教学、课后

复习（作业）

第五章 蛋白质和酶工程

5.1 重组蛋白表达

5.2 蛋白质的纯化

5.3 酶的活性检测

5.4 酶的定向进化

第 8、9 周

4 学时

课堂教学、课后

复习（作业）

第六章 微生物体内/体外生物合成

第 10、

11、12 周

6 学时

课堂教学、课后

复习（作业）

第七章 微生物与工业生物技术

第 13、14

周

4 学时

课堂教学、课后

复习（作业）

课程报告

第 15 周

2 学时

考核、分组 PPT

汇报

期末考试

第 16 周

2 学时

考试、闭卷

《光谱学》

一、课程基本信息

开课单位: 物质科学与技术学院 课程代码: CHEM2231

课程名称: 光谱学 英文名称: Spectroscopy

学 分: 2 学 时: 32

授课对象: 授课语言: 中英文

先修课程:

367

二、课程简介和教学目的

光谱学是面向大三、大四本科生与研究生的本研一体课程，授课内容

为光的吸收与发射的基础理论及其在实际体系中多种多样的光谱表现

形式及应用。在上半学期，课程将讲授影响光谱峰位置、峰强度和峰

形的基本因素，包括黑体辐射、洛伦兹、高斯、自旋裂分和粉末等峰

形。课程的下半学期将分别介绍核/电子自旋、气态原子、稀土离

子、过渡金属配合物、有机染料、半导体等典型研究对象，以及核磁

/顺磁共振、紫外-可见-红外吸收光谱、荧光光谱等测量方法。希望

经过本课程的学习，学生能够将光谱学的基本原理应用到本专业方向

与研究领域，通过分析拟合实验光谱得到电子分布、原子距离、分子

运动、半导体性能等深层次样品信息，深化光谱学在化学、材料、光

电子和生物学中的应用。

本课程对先修课程的要求如下：

? 数学：微积分、线性代数、概率统计、矢量与张量基础

? 物理：电磁学、原子物理、量子力学基础

? 化学：普通化学、结构化学

? 计算机工具：Matlab/Mathematica 语言、Origin/SigmaPlot

/IgorPro作图分析

三、教学内容、教学方式和学时安排

Week

(hours)

Topics Assignments

1

(2 hr)

Blackbody

radiation

- Solar spectrum

- Detailed balance

2

(2 hr)

Interaction of

light

with matter

- Transition dipole

moment

- Oscillator strength

- Light absorption and

emission

Problem Set 1

368

3

(2 hr)

Quantum theory

- Time-dependent

Schr?dinger Equation

- Fermi’s Golden Rule

4

(2 hr)

Spectral peaks

- Peak position

- Peak intensity

- Lineshape

Problem Set 2

5

(2 hr)

Peak intensity

- Transition matrix

element

- Selection rules

6

(2 hr)

Homogeneous

lineshapes

- Lorentzian lineshape

- Motional narrowing

Problem Set 3

7

(2 hr)

Inhomogeneous

lineshapes

- Gaussian lineshape

- Powder pattern

8

(2 hr)

Group

presentation I

9

(2 hr)

Magnetic

resonance

- Chemical shifts

- Spin–spin coupling

10

(2 hr)

Atomic

spectroscopy

- Spectral terms

- Rare earth phosphors

Problem Set 4

11

(2 hr)

Transition metal

complexes

- Ligand-field theory

- Mixed valence

12

(2 hr)

Vibronic

spectroscopy

- Frank-Condon

principle

- Stokes shift

Problem Set 5

369

13

(2 hr)

Organic dyes

- Organic

chromophores

- Charge transfer

14

(2 hr)

Semiconductors

- Absorption edge

- Exciton

Problem Set 6

15

(2 hr)

Photoluminescence

- Internal conversion

- Energy transfer

- Excited-state

quenching

16

(2 hr)

Group

presentation II

《结晶化学》

一、课程基本信息

开课单位: 物质科学与技术学院 课程代码: CHEM1512

课程名称: 结晶化学 英文名称: Crystal Chemistry

学 分: 2 学 时: 32

授课对象: 授课语言: 中英文

先修课程:

二、课程简介和教学目的

结晶化学把原子、离子和分子链接在一起形成了具有一定有序性的凝

聚体，可以通过 X射线衍射等方法进行表征，从而打开了人类认识分

子识别和结构信息存储，已经熵和焓相互竞争的结果，是认识自然和

利用自然规律制备材料的重要研究手段和方法。

晶体工程是这一学科的新方向，主要是利用结晶化学的方法，研究分

子间的相互作用、超分子识别和自组装的科学。从冰的结构、天然气

水合物、药物分子多晶型、氢键网络、分子器件和分子机器、笼状结

370

构、配位聚合物网络、多孔金属有机框架等，都是利用了这一方法对

自然规律的理解和利用。

课程内容涉及了许多分子工程、网络化学、拓扑结构、超分子异构等

新兴的概念和方法论，有利于提高化学和材料科学相关专业的高年级

本科生和研究生对材料结构-性能关系和控制合成方法的认识和兴

趣。

三、教学内容、教学方式和学时安排

课堂教学内容 教学进度和学时安

排 教学方式

晶体工程概论

1. X 射线晶体学

2. 有机固体化学

3. 作为超分子聚集

体的晶体

4. 现代晶体工程

第 1 周

2 学时

讲课

分子间相互作用

2.1．范德华作用

2.2. 氢键

2.3. 卤键

2.4. 其他相互作用

2.5. 研究方法

2.6． 典型结构分析

第 2-3 周

4 学时

讲课+习题

晶体设计策略

3.1．化学合成

3.2 超分子化学

3.3 晶体工程的合成子

第 4-5 周

4 学时

讲课+习题

结晶和晶体生长

1. 有机固体的结晶

第 6-8 周 讲课+习题

371

2. 成核

3. 结晶的热力学和

动力学

4. 晶体生长

5. 晶体形貌和习性

6. 晶体形貌工程

6 学时

多型晶体

5.1 多型晶体的概念

5.2 多型晶体的出现

5.3 多型晶体的热力学

5.4 热力学和动力学的竞争

5.5 多型晶体的表征

5.6 多型晶体的性质

5.7 制药行业的例子

第 9-11 周

6 学时

讲课+习题

多组元晶体

6.1 固溶体

6.2 主客体化合物

6.3 溶剂化

6.4 给体-受体化合物

6.5 共晶

第 12-13 周

4 学时

讲课+习题

配位聚合物

7.1 配位聚合物概念

7.2 设计策略

7.3 网络拓扑学

7.4 超分子异构体

第 13-16 周

6 学时

讲课+习题

372

7.5 穿插

7.6 多孔配位聚合物

7.7 性质和应用

期末考试

第 17 周

2 学时

闭卷

《飞秒激光与超快光谱技术》

一、课程基本信息

开课单

位:

物质科学与技术学

院

课程代

码: PHYS2205

课程名

称:

飞秒激光与超快光

谱技术

英文名

称:

Femtosecond laser and ultrafast

spectroscopy

学 分: 2 学 时: 32

授课对

象:

授课语

言: 中英文

先修课

程:

二、课程简介和教学目的

《飞秒激光与超快光谱技术》介绍飞秒激光技术和超快光谱技术研究

所涉及的理 论基础和实验技能。

三、教学内容、教学方式和学时安排

课堂教学内容 教学进度和学时安

排 教学方式

373

绪论

历史背景及课程安排

第 1 周

2 学时

课堂教学、讨

论

第一章 激光原理简介

第一节 激光工作原理 第

二节 激光基本技术

第 2 周→第 3 周

4 学时

文献阅读、讨

论

第二章 飞秒激光技术

第一节 飞秒脉冲激光的

发展 第二节 基于克尔透

镜锁模的掺钛

蓝宝石飞秒激光振荡器

第三节 啁啾脉冲放大器

第四节 非线性光学频率

变换

第 4 周→第 7 周

8 学时

文献阅读、讨

论

第三章飞秒时间分辨光谱技术

第一节 飞秒瞬态吸收光

谱技术

第 8 周→第 12

周

10 学时

文 献 阅

读 、 讨 论

‘参观实验室

第二节 时间分辨荧光光谱

技术

第三节 时间分辨红外光谱

技术 第四节 时间分辨拉

曼光谱技术 第五节 其他

飞秒时间分辨光谱技

术

第四章 物质的超快动力学过程

第一节 超快光化学 第二

节 超快光物理 第三节 超

快光生物学

第 13 周→第 15 周

6 学时

文献阅读、讨论

374

激光器安全和防护

第 16 周

1 学时

课堂教学、文

献

阅读、讨论

期末考察

第 17 周

2 学时

课 堂 演 示 或

论 文

考察

《拓扑物理导论》

一、课程基本信息

开课单

位:

物质科学与技术学

院

课程代

码: PHYS2302

课程名

称: 拓扑物理导论

英文名

称:

Introduction to topological

physics

学 分: 1 学 时: 16

授课对

象:

授课语

言: 中英文

先修课

程:

二、课程简介和教学目的

本课程教授当前凝聚态物理的前沿方向之一拓扑物理的进展，集中于

量子霍尔系统、拓扑绝缘体、拓扑超导体的研究，适用于研究生、

高 年级本科生的学习，并对相关研究人员有帮助。

三、教学内容、教学方式和学时安排

1. One dimension

Lecture 1: Dimerization of 1D polymer, Su-Schrieffer-Heeger model,

half fermion,

375

Jackiw-Rebbi modes

Lecture 2: Topological 1D superconductor (Majorana), Kitaev chain, t

ransverse

field Ising model

2. Two dimensions

Lecture 3: Integer quantum Hall (Landau gauge), Laughlin argument

_ Lecture 4: Landau level (symmetric gauge), guiding center

Lecture 5: Topological index for quantum hall systems

_ Lecture 6: Bulk-edge correspondence – Riemann surfaces, link num

ber

Lecture 7: Honeycomb lattice - graphene, valley Hall, quantum anom

alous

Hall, Haldane model

Lecture 8: Quantum Spin Hall (2D topological insulator)– Kramers’ d

egeneracy,

Kane-Mele model, HgTe-CdHgTe, the Z2 index

Lecture 9: px=py active honeycomb lattice, group theory analysis

_ Lecture 10 : QHE for 2D Dirac fermion - parity anomaly

Lecture 11: 2D topological insulators p _ ip, braiding of Majorana fe

rmions

3. Three dimensions

Lecture 12: 3D Landau levels – symmetric gauge and quaternionic an

alyticity,

Landau gauge and helical surface states –

Lecture 13: 3D topological insulators with Bloch band structure

376

Lecture 14: 3D topological superconductor/superfluidity – 3He-B, surf

ace

Dirac modes

Lecture 15: Weyl semi-metal and Weyl superconductor –3He-A

Lecture 16: Monopole superconductivity – doping magnetic Weyl sem

i-metal

4. _ Interacting systems

Lecture 17: Non-linear _-model for quantum spin chain, Haldane conj

ecture

Lecture 18: 2D XY-model and Coulomb gas

Lecture 19: K-T phase transition and RG analysis

Lecture 20: Fractional quantum Hall effect, Laughlin wavefunction, an

yon

Lecture 21: Chern-Simons theory for fractional quantum Hall system