《材料物理性能》教学大纲课程名称：材料物理性能课程类别（必修/选修）：必修课程英文名称：PhysicalPropertiesofMaterials其中实验/实践学时：0总学时/周学时/学分：24/2/1.5先修课程：大学物理、材料科学基础、工程力学或材料力学等后续课程支撑：合金材料及制备、金属材料工程与无损检测技术综合实验、无损检测技术、新型功能材料授课时间：2.4-14周，周三1、2节授课地点：6B402授课对象：2020金属班开课学院：材料科学与工程学院在任课敏师姓名/取称：孔风玉/副教授答疑时间、地点与方式：1.每次上课的课间和课后，采用一对一的问答方式：2通过电子邮件等联系方式答疑：3.办公室课后答银课程考核方式：开卷（）闭卷（V）课程论文（）其它（）使用教材：材料物理性能》，田爵主编，北京航空航天大学出版社：教学参考资料：《材料物理性能及其在材料研究中的应用》，何飞，赫晓东，哈尔滨工业大学出版社《材料物理性能与检测》，吴雪梅主编，科学出版社：《无机材料物理性能》，关振铎主编，清华大学出版社：《材料物理性能》，龙毅主编，中南大学出版社：《材料物理与性能学》，耿桂宏编，北京大学出版社：《材料物理性能及表征》，陈登明主编，化学工业出版社课程商介：本课程是高等学校本科金属材料专业的专业核心课，是一门理论性、实践性、应用性和综合性很强的课程。本课程通过介绍材料的电学、磁学、热学、光学、介电等物理性能以及主要影响因素和可能的控制、改进措施，通过本课程知识系统的学习，重点掌握材料的热、光、电、磁性能的基本参数及其物理意义，掌握对于常见材料上述物理性能能的规律，理解材料导电性、铁磁性的微观来源和物理机制，理解材料性能的影响因素。使学生具备较系统的材料物理性能方面的核心知识，培养和提高学生组织和性能分析、材料选用及失效分析的核心专业能力，同时为培养材料设计和材料改性的研发创新能力打下基础。课程教学目标及对单业要求指标点的支撑：1
1 《材料物理性能》教学大纲 课程名称：材料物理性能 课程类别（必修/选修）：必修 课程英文名称：Physical Properties of Materials 总学时/周学时/学分：24/2/1.5 其中实验/实践学时：0 先修课程：大学物理、材料科学基础、工程力学或材料力学等 后续课程支撑：合金材料及制备、金属材料工程与无损检测技术综合实验、无损检测技术、新型功能材料 授课时间：2,4-14 周，周三 1、2 节 授课地点：6B402 授课对象： 2020 金属班 开课学院： 材料科学与工程学院 任课教师姓名/职称：孔凤玉/副教授 答疑时间、地点与方式：1.每次上课的课间和课后，采用一对一的问答方式；2.通过电子邮件等联系方式答疑；3.办公室课后答疑 课程考核方式：开卷（）闭卷（）课程论文（）其它（ ） 使用教材：材料物理性能》，田莳主编，北京航空航天大学出版社； 教学参考资料：《材料物理性能及其在材料研究中的应用》，何飞，赫晓东，哈尔滨工业大学出版社 《材料物理性能与检测》，吴雪梅主编，科学出版社；《无机材料物理性能》，关振铎主编，清华大学出版社；《材料物理性能》，龙 毅主编，中南大学出版社；《材料物理与性能学》，耿桂宏编，北京大学出版社；《材料物理性能及表征》，陈登明主编，化学工业出版社 课程简介：本课程是高等学校本科金属材料专业的专业核心课，是一门理论性、实践性、应用性和综合性很强的课程。本课程通过介绍材料的电学、 磁学、热学、光学、介电等物理性能以及主要影响因素和可能的控制、改进措施，通过本课程知识系统的学习，重点掌握材料的热、光、电、磁性能的 基本参数及其物理意义，掌握对于常见材料上述物理性能能的规律，理解材料导电性、铁磁性的微观来源和物理机制，理解材料性能的影响因素。使学 生具备较系统的材料物理性能方面的核心知识，培养和提高学生组织和性能分析、材料选用及失效分析的核心专业能力，同时为培养材料设计和材料改 性的研发创新能力打下基础。 课程教学目标及对毕业要求指标点的支撑：
课程教学目标毕业要求支撑毕业要求指标点3-2掌握金属材料结构/组成、性质、加目标1：工工艺、服役性能之间相互关系的基本掌握材料的电、热、磁、光性能的物理本质，相关表征参规律，能够分析金属材料的成分设计、3.设计/开发解决方案：能够设计针对金属材料制数及其物理意义，掌握各物理性能的影响因素，建立材料合金制备、加工过程中所涉及的工艺参备、加工过程中所涉及的工艺进行设计并制定解决性能与成分、组织结构及外界环境的联系，理解材料性能数、生产流程及关键控制步骤，并根据方案，能够在设计环节中体现创新意识，并综合考的共性特点，了解材料物理性能的测试方法和原理等。专业相关知识制度解决方案，满足特定虑社会、健康、安全、法律、文化以及环境等因素。需求。4、研究：能够基于科学原理并采用科学方法对金属4-2具有基于金属材料工程专业基础材料工程领域复杂技术问题进行研究，包括设计实的基本原理和科学方法开展专业基础验、分析与解释数据、并通过信息综合得出合理有效实验，准确分析并解释实验数据，并将的结论。实验结果进行关联以获得有效结论的能力。目标2：1）了解与物理性能相关的波函数、金属电子论及能带理C5.使用现代工具：能够针对金属材料的设计、制5-1能够开发、选择及使用现代专业检论的基本知识：备、加工等问题，开发、选择与使用恰当的技术、测设备、资源及技术来分析金属材料工2）了解材料的物理性能往往随材料成分、组织结构及外资源、现代工程工具和信息技术工具，对金属材料程中涉及合金设计与制备、产品加工等界使用环境变化而变化，掌握物理性能的一般性规律。工程领域复杂问题进行预测与模拟，并能够理解其方面的复杂工程问题，并能够理解其局局限性。3）要求学生在学习过程中打通与前期大学物理、材料科限性。学基础等课程的联系，并注重建立与同期和后续其他专业课程之间的联系以及在生产实际中的应用。2
2 课程教学目标 支撑毕业要求指标点 毕业要求 目标 1： 掌握材料的电、热、磁、光性能的物理本质，相关表征参 数及其物理意义，掌握各物理性能的影响因素，建立材料 性能与成分、组织结构及外界环境的联系，理解材料性能 的共性特点，了解材料物理性能的测试方法和原理等。 3-2 掌握金属材料结构/组成、性质、加 工工艺、服役性能之间相互关系的基本 规律，能够分析金属材料的成分设计、 合金制备、加工过程中所涉及的工艺参 数、生产流程及关键控制步骤，并根据 专业相关知识制度解决方案，满足特定 需求。 4-2 具有基于金属材料工程专业基础 的基本原理和科学方法开展专业基础 实验，准确分析并解释实验数据，并将 实验结果进行关联以获得有效结论的 能力。 3. 设计/开发解决方案：能够设计针对金属材料制 备、加工过程中所涉及的工艺进行设计并制定解决 方案，能够在设计环节中体现创新意识，并综合考 虑社会、健康、安全、法律、文化以及环境等因素。 4、研究：能够基于科学原理并采用科学方法对金属 材料工程领域复杂技术问题进行研究，包括设计实 验、分析与解释数据、并通过信息综合得出合理有效 的结论。 目标 2： 1） 了解与物理性能相关的波函数、金属电子论及能带理 论的基本知识； 2） 了解材料的物理性能往往随材料成分、组织结构及外 界使用环境变化而变化，掌握物理性能的一般性规律。 3） 要求学生在学习过程中打通与前期大学物理、材料科 学基础等课程的联系，并注重建立与同期和后续其他 专业课程之间的联系以及在生产实际中的应用。 5-1 能够开发、选择及使用现代专业检 测设备、资源及技术来分析金属材料工 程中涉及合金设计与制备、产品加工等 方面的复杂工程问题，并能够理解其局 限性。 C5．使用现代工具：能够针对金属材料的设计、制 备、加工等问题，开发、选择与使用恰当的技术、 资源、现代工程工具和信息技术工具，对金属材料 工程领域复杂问题进行预测与模拟，并能够理解其 局限性
4）具备专业相关信息搜集、文件检索与归纳总结的能力，并能对相应信息进行分析，能对相关材料物理性能进行预测与优化的能力。目标3：1）培养学生具有主动参与、积极进取、崇尚科学、探究科C6.工程与社会：能够基于金属材料工程相关背景6-1正确认识金属材料工程对于客观世界学的学习态度和思想意识知识进行合理分析，评价金属材料工程领域实践和和社会的影响。2）养成理论联系实际、科学严谨、认真细致、实事求是的复杂问题解决方案对社会、健康、安全、法律以及7-2能够正确和客观的评价针对复杂工程科学态度和职业道德：能够应用现代工具和方法，根文化的影响，并理解应承担的责任。问题的金属材料工程专业工程实践对环据材料性能基本知识进行分析和初步的选材。C7.环境和可持续发展：能够理解和评价针对金属材境、社会可持续发展的影响。3）3）培养积极向上的价值观，坚持不懈、科学严谨、认料问题的工程实践对环境、社会可持续发展的影响。真细致、实事求是的科学态度和职业道德。理论救学进程表支撑教学内容（重点、难点、课程思政融入教学模式周次授课教师学时数教学主题教学方法作业安排课程点)线下/滤合式目标教学大纲讲解、材料的性能本质、材料性目标绪论一材料、物能的定义、划分，材料性能研究的重要性孔风玉22线下课堂讲授理、性能重点：材料性能的本质、划分及重要性难点：材料的性能本质目标课堂讲授材料物理基础知量子力学基础、能带理论基础孔风玉2线下4识习题深化重点：量子自由电子理论、能带结构3
3 4） 具备专业相关信息搜集、文件检索与归纳总结的能力， 并能对相应信息进行分析，能对相关材料物理性能进 行预测与优化的能力。 目标 3： 1） 培养学生具有主动参与、积极进取、崇尚科学、探究科 学的学习态度和思想意识； 2） 养成理论联系实际、科学严谨、认真细致、实事求是的 科学态度和职业道德；能够应用现代工具和方法，根 据材料性能基本知识进行分析和初步的选材。 3） 3）培养积极向上的价值观，坚持不懈、科学严谨、认 真细致、实事求是的科学态度和职业道德。 6-1 正确认识金属材料工程对于客观世界 和社会的影响。 7-2 能够正确和客观的评价针对复杂工程 问题的金属材料工程专业工程实践对环 境、社会可持续发展的影响。 C6．工程与社会：能够基于金属材料工程相关背景 知识进行合理分析，评价金属材料工程领域实践和 复杂问题解决方案对社会、健康、安全、法律以及 文化的影响，并理解应承担的责任。 C7．环境和可持续发展：能够理解和评价针对金属材 料问题的工程实践对环境、社会可持续发展的影响。 理论教学进程表 周次 教学主题 授课教师 学时数 教学内容（重点、难点、课程思政融入 点） 教学模式 线下/混合式 教学方法 作业安排 支撑 课程 目标 2 绪论—材料、物 理、性能 孔凤玉 2 教学大纲讲解、材料的性能本质、材料性 能的定义、划分，材料性能研究的重要性 重点：材料性能的本质、划分及重要性 难点：材料的性能本质 线下 课堂讲授 目 标 一 4 材料物理基础知 识 孔凤玉 2 量子力学基础、能带理论基础 重点：量子自由电子理论、能带结构 线下 课堂讲授 习题深化 目 标 一
难点：能带结构课程思政融入点：介绍原子结构基础理论的演变过程，历代伟人的巨大贡献，培养学生的刻苦钻研、不畏困难的探索精神。材料的导电性、电子类载流子导电、离子目标类载流导电、半导体导电孔风玉2线下5材料的电学性能课堂讲授重点：材料的导电性及导电类型难点：能带理论、导电机理材料的超导特性、材料的介电性、材料的目标课堂讲授铁电性、材料的压电性2孔风玉线下课后作业6材料的电学性能三习题深化重点：介电、压电，电学性能测量难点：材料的介电性材料的热电性能，材料电学性能的测量目标2孔风玉线下7重点：材料电学性能的测量课堂讲投材料的电学性能三难点：热电性能原理材料磁性概述与基本磁学量、物质的磁性目标和磁性分类孔风玉28材料的磁学性能线下课堂讲授-重点：磁学基本量、磁性起源、磁性分类难点：磁学物理量目标铁磁性和亚铁磁性的特性、自发磁化和技课堂讲授2孔风玉9线下材料的磁学性能三术磁化习题深化4
4 难点：能带结构 课程思政融入点：介绍原子结构基础理论 的演变过程，历代伟人的巨大贡献，培养 学生的刻苦钻研、不畏困难的探索精神。 5 材料的电学性能 孔凤玉 2 材料的导电性、电子类载流子导电、离子 类载流导电、半导体导电 重点：材料的导电性及导电类型 难点：能带理论、导电机理 线下 课堂讲授 目 标 一 6 材料的电学性能 孔凤玉 2 材料的超导特性、材料的介电性、材料的 铁电性、材料的压电性 重点：介电、压电，电学性能测量 难点：材料的介电性 线下 课堂讲授 习题深化 课后作业 目 标 三 7 材料的电学性能 孔凤玉 2 材料的热电性能，材料电学性能的测量 重点：材料电学性能的测量 难点：热电性能原理 线下 课堂讲授 目 标 三 8 材料的磁学性能 孔凤玉 2 材料磁性概述与基本磁学量、物质的磁性 和磁性分类 重点：磁学基本量、磁性起源、磁性分类 难点：磁学物理量 线下 课堂讲授 目 标 一 9 材料的磁学性能 孔凤玉 2 铁磁性和亚铁磁性的特性、自发磁化和技 术磁化 线下 课堂讲授 习题深化 目 标 二
重点：磁化曲线和磁滞回线、磁各向异性、自发磁化理论难点：磁化理论、磁滞伸缩及磁弹动态磁化、磁学效应、磁性测量及应用重点：交流回线、交变磁场下的能量损耗、磁学效应、测量与应用难点：动态磁化课程思政/党史学习融入点：介绍中国共产党员、中国稀土之父徐光宪院士，讲述其目标孔风玉210材料的磁学性能海外学成归国，多次根据国家需要转换科线下课堂讲授课后作业三研方向，解决稀土提取这一卡脖子问题，让中国从稀土大国向生产强国的飞跃，传奇背后是百倍的辛劳与磨砺，向学生们传递优秀科研工作者爱祖国、不畏艰苦、奋发图强的精神，深切感受我国老一辈科学家的爱国情怀。热学性能物理基础、材料的比热容目标孔风玉2线下课堂讲授11材料的热学性能重点：热容理论、比热容、影响热容的因素难点：热容理论目标材料的热膨胀、材料的热传导和热稳定性、课堂讲投孔风玉212线下材料的热学性能课后作业三热学性能的测试表征习题深化n
5 重点：磁化曲线和磁滞回线、磁各向异性、 自发磁化理论 难点：磁化理论、磁滞伸缩及磁弹 10 材料的磁学性能 孔凤玉 2 动态磁化、磁学效应、磁性测量及应用 重点：交流回线、交变磁场下的能量损耗、 磁学效应、测量与应用 难点：动态磁化 课程思政/党史学习融入点：介绍中国共产 党员、中国稀土之父徐光宪院士，讲述其 海外学成归国，多次根据国家需要转换科 研方向，解决稀土提取这一卡脖子问题， 让中国从稀土大国向生产强国的飞跃，传 奇背后是百倍的辛劳与磨砺，向学生们传 递优秀科研工作者爱祖国、不畏艰苦、奋 发图强的精神，深切感受我国老一辈科学 家的爱国情怀。 线下 课堂讲授 课后作业 目 标 三 11 材料的热学性能 孔凤玉 2 热学性能物理基础、材料的比热容 重点：热容理论、比热容、影响热容的因素 难点：热容理论 线下 课堂讲授 目 标 一 12 材料的热学性能 孔凤玉 2 材料的热膨胀、材料的热传导和热稳定性、 热学性能的测试表征 线下 课堂讲授 习题深化 课后作业 目 标 三