固体物理期末试卷及参考解答B
初中固体物理试题及答案
初中固体物理试题及答案一、选择题（每题2分，共20分）1. 固体物质的分子排列特点是：A. 无规则排列B. 规则排列C. 部分规则排列D. 完全无序排列答案：B2. 固体物质的分子间作用力是：A. 引力B. 斥力C. 引力和斥力D. 无作用力答案：C3. 下列物质中，属于晶体的是：A. 玻璃B. 橡胶C. 食盐D. 沥青答案：C4. 晶体与非晶体的主要区别在于：A. 颜色B. 形状C. 熔点D. 分子排列答案：D5. 固体物质的熔化过程需要：A. 吸收热量B. 放出热量C. 保持热量不变D. 无法判断答案：A6. 固体物质的硬度与下列哪项因素有关：A. 分子间作用力B. 分子质量C. 分子体积D. 分子形状答案：A7. 固体物质的导电性与下列哪项因素有关：A. 分子间作用力B. 分子运动速度C. 电子的自由移动D. 分子的排列方式答案：C8. 晶体的熔点与下列哪项因素有关：A. 晶体的纯度B. 晶体的颜色C. 晶体的形状D. 晶体的密度答案：A9. 固体物质的热膨胀现象说明：A. 分子间距离不变B. 分子间距离减小C. 分子间距离增大D. 分子间距离先增大后减小答案：C10. 固体物质的热传导性与下列哪项因素有关：A. 分子间作用力B. 分子运动速度C. 电子的自由移动D. 分子的排列方式答案：A二、填空题（每空1分，共20分）1. 固体物质的分子排列特点是________，而非晶体物质的分子排列特点是________。
答案：规则排列；无规则排列2. 固体物质的熔化过程中，分子间________，分子间距离________。
答案：作用力减弱；增大3. 晶体的熔点与________有关，而非晶体没有固定的熔点。
答案：晶体的纯度4. 固体物质的硬度与分子间________有关，分子间作用力越强，硬度越大。
答案：作用力5. 固体物质的热膨胀现象是由于温度升高，分子间距离________。
答案：增大三、简答题（每题10分，共30分）1. 简述晶体与非晶体的区别。
高校物理专业固体物理学期末考试试卷及答案
高校物理专业固体物理学期末考试试卷及答案一、选择题（每题2分，共40分）1. 下列哪种材料是典型的固体？A. 水B. 空气C. 玻璃D. 油2. 表征物质导电性质的关键因素是：A. 导热系数B. 形变C. 导电子数D. 电阻率3. 相互作用力程远大于它的大小尺度的物质状态是：A. 液体B. 气体C. 等离子体D. 固体4. 根据原子内部粒子组织排列方式的不同，将固体分为晶体和非晶态，以下哪种属于非晶态？A. 钻石B. 石英C. 玻璃D. 铜5. 材料的抗拉强度指的是：A. 材料在拉伸过程中发生断裂的能力B. 材料的硬度C. 材料的耐磨性D. 材料的延展性（以下为第6题至第40题的选项省略）二、填空题（每题3分，共30分）1. 固体的最基本由原子、分子或离子组成的单位结构叫作_____________。
2. 点阵是固体晶体结构中原子、离子或分子的_____________组成的排列方式。
3. 若一堆物体在某种温度下开始熔化，则该温度即为该物质的_____________点。
4. 固体由于结构的紧密性，其密度通常较_____________。
5. 金属中导电电子为材料的_____________。
6. 非晶态材料的特点是_____________无规律的原子组织结构。
（以下为第7题至第30题的空格省略）三、问答题（共30分）1. 简述固体物理学研究的基本内容和意义。
解答：固体物理学研究的基本内容主要包括固体材料的结构、性质和应用等方面。
它通过研究固体的微观结构和宏观性质，探索物质内部的相互作用和运动规律，从而深入了解固体物质的特性和行为。
固体物理学的研究对于提高材料的功能和性能具有重要意义。
通过深入研究固体的结构和性质，我们可以开发出更好的材料，改善材料的导电、导热、机械强度等性能，为社会发展和工业生产提供重要支持。
同时，固体物理学的研究还能够为其他领域的科学研究提供基础和支撑，如电子学、光学、磁学等。
固体物理期末试题及答案
固体物理期末试题及答案一、选择题（每题5分，共20分）1. 下列关于晶体的说法，错误的是：A. 晶体具有规则的几何外形B. 晶体内部原子排列是无序的C. 晶体具有各向异性D. 晶体具有固定的熔点答案：B2. 电子在金属中的自由运动是金属导电的主要原因，这种现象称为：A. 金属键B. 离子键C. 共价键D. 范德华力答案：A3. 半导体材料的导电性介于导体和绝缘体之间，这是因为：A. 半导体材料中的电子不能自由移动B. 半导体材料中的电子在特定条件下才能自由移动C. 半导体材料中的电子数量少于导体D. 半导体材料中的电子数量多于绝缘体答案：B4. 根据泡利不相容原理，一个原子轨道中最多可以容纳的电子数是：A. 1个B. 2个C. 4个D. 8个答案：B二、填空题（每题5分，共20分）1. 晶体的三种基本类型是________、________和________。
答案：单晶体、多晶体、非晶体2. 根据能带理论，固体中的能带可以分为________和________。
答案：导带、价带3. 固体物理中，费米能级是指在绝对零度时，电子占据的最高能级，其对应的温度是________。
答案：0K4. 根据德布罗意波理论，物质粒子也具有波动性，电子的波长与其动量成________关系。
答案：反比三、简答题（每题10分，共30分）1. 简述布拉格定律及其在晶体结构分析中的应用。
答案：布拉格定律是指当X射线或电子波以一定角度入射到晶体表面时，如果满足nλ=2d*sinθ的条件，其中n为整数，λ为波长，d为晶面间距，θ为入射角，那么会发生衍射现象。
这个定律在晶体结构分析中非常重要，因为它允许科学家通过测量衍射角来确定晶体的晶面间距和晶体结构。
2. 解释什么是超导现象，并简述其应用。
答案：超导现象是指某些材料在低于临界温度时，电阻突然降为零的现象。
这意味着在超导状态下，电流可以在材料内部无损耗地流动。
超导现象的应用非常广泛，包括但不限于磁悬浮列车、粒子加速器中的超导磁体、以及医疗成像设备如MRI。
固体物理期末考试题及答案
固体物理期末考试题及答案一、选择题（每题2分，共20分）1. 晶体中原子排列的周期性结构被称为：A. 晶格B. 晶胞C. 晶面D. 晶向答案：A2. 描述固体中电子行为的基本理论是：A. 经典力学B. 量子力学C. 相对论D. 电磁学答案：B3. 以下哪项不是固体物理中的晶体缺陷：A. 点缺陷B. 线缺陷C. 面缺陷D. 体缺陷答案：D4. 固体物理中，晶格振动的量子称为：A. 声子B. 光子C. 电子D. 空穴答案：A5. 以下哪个不是固体的电子能带结构：A. 价带B. 导带C. 禁带D. 散射带答案：D二、简答题（每题10分，共30分）6. 解释什么是晶格常数，并举例说明。
晶格常数是晶体中最小重复单元的尺寸，通常用来描述晶体的周期性结构。
例如，立方晶系的晶格常数a是指立方体的边长。
7. 简述能带理论的基本概念。
能带理论是量子力学在固体物理中的应用，它描述了固体中电子的能量分布。
在固体中，电子的能量不是连续的，而是分成一系列的能带。
价带是电子能量较低的区域，导带是电子能量较高的区域，而禁带是两带之间的能量区域，电子不能存在。
8. 什么是费米能级，它在固体物理中有什么意义？费米能级是固体中电子的最高占据能级，它与温度有关，但与电子的化学势相等。
在绝对零度时，费米能级位于导带的底部，它决定了固体的导电性质。
三、计算题（每题15分，共30分）9. 假设一个一维单原子链的原子质量为m，相邻原子之间的弹簧常数为k。
求该链的声子频率。
解：一维单原子链的声子频率可以通过下面的公式计算：\[ \omega = 2 \sqrt{\frac{k}{m}} \]10. 给定一个半导体的电子亲和能为Ea，工作温度为T，求该半导体在该温度下的费米-狄拉克分布函数。
解：费米-狄拉克分布函数定义为：\[ f(E) = \frac{1}{e^{\frac{E-E_F}{kT}} + 1} \] 其中，E是电子的能量，E_F是费米能级，k是玻尔兹曼常数，T 是温度。
固体物理 期末考试
一、概念、简答1.晶体，非晶体，准晶体；(p1,p41,p48)答:理想晶体中原子排列十分规则,主要体现是原子排列具有周期性,或称为长程有序,而非晶体则不具有长程的周期性.,因此不具有长程序,但非晶态材料中原子的排列也不是杂乱无章的,仍保留有原子排列的短程序.准晶态:具有长程序的取向序而没有长程序的平移对称序;取向序具有晶体周期性所不能容许的点群对称性,沿取向序对称轴的方向具有准周期性,有两个或两个以上的不可公度特征长度按着特定的序列方式排列.2. 布拉菲格子；(p11)答:布拉菲格子是一种数学上的抽象,是点在空间中周期性的规则排列,实际晶格可以看成在空间格子的每个格点上放有一组原子,它们相对位移为r,这个空间格子表征了晶格的周期性叫布拉菲格子.3.原胞，晶胞；(p11)答:晶格的最小周期性单元叫原胞.晶胞:为了反映晶格的对称性,选取了较大的周期单元,我们称晶体学中选取的单元为单胞.4.倒格子，倒格子基矢；（p16）45. 独立对称操作：m、i、1、2、3、4、6、6.七个晶系、十四种布拉伐格子；（p35）答:7.第一布里渊区:倒格子原胞答：在倒格子中取某一倒格点为原点，做所有倒格矢G 的垂直平分面，这些平面将倒格子空间分成许多包围原点的多面体，其中与原点最近的多面体称为第一布里渊区。
8.基矢为 的晶体为何种结构；若 又为何种结构？解：计算晶体原胞体积： 由原胞推断，晶体结构属体心立方结构。
若 则由原胞推断，该晶体结构仍属体心立方结构。
9.固体结合的基本形式及基本特点。
（p49p55、57p67p69 答：离子型结合以离子而不是以原子为结合的单位，共价结合是靠两个原子各贡献一个电子，形成所谓的共价键，具有饱和性和方向性。
金属性结合的基本特点是电子的共有化，在晶体内部一方面是由共有化电子形成的负电子云，另一方面是侵在这个负电子云中的带正点的各原子实。
范德瓦尔斯结合往往产生于原来有稳固电子结构的原子或分子间，是一种瞬时的电偶极矩的感应作用。
高校物理专业固体物理期末试卷及答案
高校物理专业固体物理期末试卷及答案一、选择题（每题5分，共30分）1. 以下哪个不是固体物理的研究对象？A. 电荷的导体中的传播B. 物质的晶体结构C. 电子的运动D. 液体的流动性质答案：D2. 在固体物理中，布拉格方程是用来描述什么现象的？A. 光的干涉现象B. 电子的散射现象C. 磁场的分布现象D. 热传导现象答案：A3. 阻塞模型是固体物理中用来解释材料导电性的模型，它主要考虑了以下哪些因素？A. 电子的散射和杨氏模量B. 电子的散射和晶格缺陷C. 杨氏模量和晶体结构D. 晶格缺陷和电子的能带结构答案：B4. 下列哪个参数不是用来描述固体物理中晶格振动的特性？A. 固体的杨氏模量B. 固体的居里温度C. 固体的声速D. 固体的谐振子频率答案：A5. 铁磁体和反铁磁体的主要区别在于它们的：A. 热传导性质B. 磁化曲线形状C. 磁化方向D. 磁化温度答案：C6. 固体物理中的光栅是一种重要的实验工具，它主要用来：A. 进行晶体的结构分析B. 测定材料的电导率C. 测量固体的磁性D. 研究固体的光学性质答案：D二、填空题（每题10分，共40分）1. 固体物理中用于描述材料导电性的基本参量是电阻率和______。
答案：电导率2. 布拉格方程为d*sin(θ) = n*λ中，d表示晶格的______。
答案：间距3. 固体物理中描述材料磁性的基本参量是磁矩和______。
答案：磁化强度4. 固体物理研究中，振动频率最低的模式被称为______模式。
答案：基态5. 根据阻塞模型，材料的电导率与温度的关系满足______定律。
答案：维恩三、简答题（每题20分，共40分）1. 什么是固体物理学中的费米面？它对材料的性质有什么影响？答案：费米面是能带理论中的一个重要概念，表示能量等于费米能级的电子所占据的状态的集合，它将占据态与未占据态分界开来。
费米面对材料的性质有很大影响，如电导率、热导率等。
带有较高电子密度的材料，其费米面形状趋于球形；而低电子密度材料，费米面呈现出不规则的形状。
华师固体物理期末试卷及答案解析
(1) X射线衍射
高能电子打击“靶”能产生X射线，X射线的最短波长限
m in
ch eV
12000 V
(9)
V 以伏为单位，波长以埃为单位
x极小
V =10000伏, min 1埃
Bremsstrahlung 辐射
电子与靶中的弱束缚电子相互作用，被减慢、发射一 个连续X光谱，称 Bremsstrahlung辐射。
(r Rl ) (K h ) exp[ iKh • (r Rl )]
(4)
h
将（3）和（4）代入（2），可得到
exp i(Kh • Rl ) 1
(5)
即 K h • Rl 2 （μ为整数）
(6)
比较(1) 和(6) ，我们知道Rl是正格矢， Kh=h1b1+h2b2+h3b3 是倒格矢。
倒格矢Kh的长度正比子晶面族（h1h2h3）面间距的到数
ABC面就是晶面族（h1h2h3） 中最靠近原点的晶面
d h1h2h3
a1 h1
•
Kh Kh
a1 • (h1b1 h2b2 h3b3 ) h1 Kh
2
Kh
(8)
1.9 晶体衍射
晶格的周期特征，因此晶格可以作为波的衍射光栅。 晶体中原子间距的数量级是10-10米，因此波的波长应该 在10-10米量级。
(3)式表示同一物理量在正格子中的表述(r)和在倒格中 的表述 (Kh) 之间遵守傅里叶变换关系。
倒格子与正格子间的三个重要关系
正格子原胞体积和倒格子原胞体* 互为倒数
*
b1
• [b2
b3 ]
(2 )3
3
[a2
a3 ] •[a3
a1 ] [a1
固体物理期末复习题目与答案
.. .. . .第一章 晶体结构1、把等体积的硬球堆成下列结构，求球可能占据的最大体积和总体积之比。
（1）简立方 （2）体心立方 （3）面心立方（4）金刚石 解：（1）、简立方，晶胞含有一个原子n=1，原子球半径为R ，立方晶格的顶点原子球相切，立方边长a=2R,体积为()32R ，所以 ()33344330.5262n R R K V R πππ⋅==== （2）、体心立方晶胞含有2个原子n=2，原子球半径为R ，晶胞边长为a ，立方晶格的体对角线原子球相切，体对角线长为4个原子半径，所以3a R =3334423330.6843n R R K V R πππ⋅⨯====⎛⎫⎪⎝⎭（3）、面心立方晶胞含有4个原子n=4，晶胞的面对角线原子球相切，面对角线长度为4个原子半径，立方体边长为a,所以2a R =3334442330.7442n R R K V R πππ⋅⨯====⎛⎫⎪⎝⎭(4)、金刚石在单位晶格中含有8个原子，碳原子最近邻长度2R 为体对角线14长，体对角线为83R a = 3334483330.3483n R R K V R πππ⋅⨯====⎛⎫⎪⎝⎭2、证明面心立方和体心立方互为倒格子。
09级微电子学专业《固体物理》期末考复习题目至诚 学院 信息工程 系 微电子学 专业 姓名： 陈长彬 学号： 2109918033、证明：倒格子原胞体积为()3*2cvvπ=，其中v c为正格子原胞的体积。
4、证明正格子晶面 与倒格矢 正交。
5能写出任一晶列的密勒指数，也能反过来根据密勒指数画出晶列；能写出任一晶面的晶面指数，也能反过来根据晶面指数画出晶面。
见课件例题 以下作参考： 15.如图1.36所示，试求：（1） 晶列ED ，FD 和OF 的晶列指数；（2） 晶面AGK ,FGIH 和MNLK 的密勒指数； （3） 画出晶面（120），（131）。
密勒指数：以晶胞基矢定义的互质整数( )。
初中固体物理试题及答案
初中固体物理试题及答案一、选择题（每题2分，共20分）1. 下列物质中，属于晶体的是：A. 玻璃B. 食盐C. 沥青D. 橡胶答案：B2. 晶体和非晶体的主要区别在于：A. 硬度B. 密度C. 熔点D. 内部原子排列答案：D3. 晶体熔化时，其温度：A. 升高B. 降低C. 不变D. 先升高后降低答案：C4. 下列物质中，熔点最高的是：A. 冰B. 铜C. 铁D. 钨答案：D5. 晶体和非晶体的熔化过程都需要：A. 吸热B. 放热C. 既不吸热也不放热D. 先吸热后放热答案：A6. 晶体和非晶体在凝固过程中的区别在于：A. 晶体放热，非晶体吸热B. 晶体吸热，非晶体放热C. 晶体和非晶体都放热D. 晶体和非晶体都吸热答案：C7. 晶体和非晶体在凝固过程中，晶体会：A. 释放热量B. 吸收热量C. 既不吸热也不放热D. 先吸热后放热答案：A8. 晶体和非晶体在凝固过程中，非晶体会：A. 释放热量B. 吸收热量C. 既不吸热也不放热D. 先吸热后放热答案：B9. 晶体和非晶体在凝固过程中，晶体和非晶体都会：A. 体积膨胀B. 体积缩小C. 体积不变D. 先膨胀后缩小答案：B10. 晶体和非晶体在凝固过程中，晶体和非晶体都会：A. 释放热量B. 吸收热量C. 既不吸热也不放热D. 先吸热后放热答案：A二、填空题（每空1分，共10分）11. 晶体的内部原子排列具有_________性，而非晶体的内部原子排列具有_________性。
答案：规则；无规则12. 晶体在熔化过程中，温度_________，而非晶体在熔化过程中，温度_________。
答案：不变；升高13. 晶体在凝固过程中，会_________热量，而非晶体在凝固过程中，会_________热量。
答案：释放；吸收14. 晶体和非晶体在凝固过程中，体积都会_________。
答案：缩小15. 晶体和非晶体在凝固过程中，都会_________热量。
固体物理考试试卷2(广工大版、附有参考答案)
23
J K 1 ）
（15 分）
m N AZ
M
10.5 103 6.02 10 23 1 5.86 10 28 (m 3 ) 3 107.87 10
3 2 n 3 3 2 5.86 10 28 1.20 1010 (m 1 )
2 2kF (1.055 10 34 ) 2 (1.20 1010 ) 2 3. 费米能量 E F 8.80 10 19 J 5.50eV 31 2me 2 9.11 10
倒格子基矢：
3 a j 2 ai 2
3 a j ck 2 ai 2
3 ca j 2 caj 2 i
3 a ai j ck 2 2 a2 c 2 3 b1 2 2 i 3j 3a 3 2 ca 2 3 a c k 2 ai 2 j 2 3 c a1 b2 2 2 i 3j 3a 3 2 ca 2 3 a 3 a 2 ai 2 j 2 ai 2 j a2 a1 2 k b3 2 2 c 3 2 ca 2
的平衡距离 r0 。
参考答案： 令
u (r ) r
r r0
12 6 0 12 13 12 7 0 得，原子间平衡距离 r0 1 （m） r0 r0
10. 阐述半导体能带结构的基本特征。
参考答案：价带为满带，价带与导带之间存在较窄的禁带，其宽度较绝缘体的窄。
i ( qna t ) U 2 n (na ) A1e i[ q ( na d ) t ] 其中方程特解为 ，将其代入上述方程得： U 2 n 1 (na ) A2 e
固体物理期末试卷及参考解答208-b (2)
课程编号： 课程名称： 固体物理试卷类型：卷 考试形式：开 考试时间： 120 分钟 一、简答题（本大题共10小题，每小题5分，共50分）1．什么是晶面指数？什么是方向指数？它们有何联系？2．请写出布拉格衍射条件，并写出用波矢和倒格矢表示的衍射条件。
3. 为什么组成晶体的粒子（分子、原子或离子）间的相互作用力除吸引力还要有排斥力？排斥力的来源是什么？4．写出马德隆常数的定义，并计算一维符号交替变化的无限长离子线的马德隆常数。
5．什么叫声子？长光学支格波与长声学支格波的本质上有何区别？6．温度降到很低时。
爱因斯坦模型与实验结果的偏差增大，但此时，德拜模型却与实验结果符合的较好。
试解释其原因。
7. 自由电子模型的基态费米能和激发态费米能的物理意义是什么？费米能与那些因素有关？8．什么是弱周期场近似？按照弱周期场近似，禁带产生的原因是什么？9. 什么是本征载流子？什么是杂质导电？10．什么是紧束缚近似？按照紧束缚近似，禁带是如何产生的？二、计算题（本大题共5小题，每小题10分，共50分）1. 考虑一在球形区域内密度均匀的自由电子气体，电子系统相对于等量均匀正电荷背景有一小的整体位移，证明在这一位移下系统是稳定的，并给出这一小振动问题的特征频率。
2. 如将布拉维格子的格点位置在直角坐标系中用一组数),,(321n n n 表示，证明：对于面心立方格子，i n 的和为偶数。
3. 设一非简并半导体有抛物线型的导带极小，有效质量m m 1.0=*，当导带电子具有k T 300=的平均速度时，计算其能量、动量、波矢和德布罗意波长。
4. 对于原子间距为a ，由N 个原子组成的一维单原子链，在德拜近似下， （1）计算晶格振动频谱；（2）证明低温极限下，比热正比于温度T 。
5. 对原子间距为a 的由同种原子构成的二维密堆积结构， （1）画出前三个布里渊区；（2）求出每原子有一个自由电子时的费米波矢； （3）给出第一布里渊区内接圆的半径；（4）求出内接圆为费米圆时每原子的平均自由电子数；（5）平均每原子有两个自由电子时，在简约布里渊区中画出费米圆的图形。
固体物理期末复习题目及答案
答：(l)导体、半导体和绝缘体的能带图如下图所示。(3分)其中导体中存在不满带，半导体和绝缘体都只存在满带而不存在不满带，而不满带会导电，满带则不会导电，所以导体导电性好，而半导体和绝缘体则不容易导电。(3分)
(2)半导体中虽然只存在满带而不存在不满带，但由于其禁宽度比较小，所以在热激活下，满带顶的电子会被激活到空带上，使原来的空带变成不满带，原来的满带也变成不满带，所以半导体在热激活下也可.以导电。(2分、
5能写出任一晶列的密勒指数，也能反过来根据密勒指数画出晶列；能写出任一晶面的晶面指数，也能反过来根据晶面指数画出晶面。
见课件例题 以下作参考：
15.如图1.36所示，试求：
（1）晶列 ， 和 的晶列指数；
（2）晶面 , 和 的密勒指数；
（3） 画出晶面（120），（131）。
密勒指数：以晶胞基矢定义的互质整数( )。 [截a,b,c.]
答：（1）波矢空间与倒格空间处于同一空间,倒格空间的基矢分别为b1,b2,b3，而波矢空间的基矢分别为b1/N1，b2/N2，b3/N3，其中N1，N2，N3分别是沿正格子基矢方向晶体的原胞数目。
（2）倒格空间中一个倒格点对应的体积为 ，
波矢空间中一个波矢点对应的体积为 即 ,
即波矢空间中一个波矢点对应的体积,是倒格空间中一个倒格点对应的体积的1/N。由于N是晶体的原胞数目, 数目巨大, 所以一个波矢点对应的体积与一个倒格点对应的体积相比是极其微小的. 也就是说, 波矢点作求和处理时, 可把波矢空间的状态点看成是准连续的.
3、计算由正负离子相间排列的一维离子链的马德隆常数。
4、氢原子电离能为13.6eV。(1)求PE和KE（2）电子的轨道半径（3）电子的运动速率（4）电子绕原子转动的频率
华师固体物理期末试卷及答案
(4)
将（3）和（4）代入（2），可得到
expi( K h Rl ) 1
即
(5) (6)
K h Rl 2 （μ为整数）
比较(1) 和(6) ，我们知道Rl是正格矢， Kh=h1b1+h2b2+h3b3 是倒格矢。 (3)式表示同一物理量在正格子中的表述(r)和在倒格中 的表述 (Kh) 之间遵守傅里叶变换关系。
（3）中子衍射 中子质量约为电子质量的2000倍，所以对于中子，只 需0.1个电子伏特的中子，就可产生1埃的波。 中子主要是受到原子核的散射，轻原子（比如氢、碳） 对于中子的散射也很强。
中子衍射技术常用来决定氢、碳在晶体中的位置。
[3]
1.10 X射线衍射方程、反射公式、反射球
[4]
(1) 衍射方程 设S0和S为入射线和衍射线 单位矢量，取格点O为原点，晶 体中任一格点A位矢为 Rl=l1a1+l2a2+l3a3 光程差为
f ( s ) (r ) exp( i 2 sr )d
(15)
在一般情况下，为了计算原子散射因子的值，还须知道电子 的分布函数 (r) 。
许多原子的电子分布函数在量子力学中已经由哈特里自洽场 的方法计算出来了代入(15)式可以计算了f (s)，因此由量子力 学的计算，可以预知 f (s) 。 同时，由实验所测定的 f (s) 也可 以用来检验理论是否正确
s 2sin
转化为正格子 并且
k ko 2 s
so
2
s
4 sin
k k0 nKh
2n dh1h2 h3
(14)
2d sin n
固体物理期末试卷及参考解答B
课程编号： 课程名称： 固体物理试卷类型：卷 考试形式：开 考试时间： 120 分钟 一、简答题（本大题共10小题，每小题5分，共50分）1．什么是晶面指数？什么是方向指数？它们有何联系？2．请写出布拉格衍射条件，并写出用波矢和倒格矢表示的衍射条件。
3. 为什么组成晶体的粒子（分子、原子或离子）间的相互作用力除吸引力还要有排斥力？排斥力的来源是什么？4．写出马德隆常数的定义，并计算一维符号交替变化的无限长离子线的马德隆常数。
5．什么叫声子？长光学支格波与长声学支格波的本质上有何区别？6．温度降到很低时。
爱因斯坦模型与实验结果的偏差增大，但此时，德拜模型却与实验结果符合的较好。
试解释其原因。
7. 自由电子模型的基态费米能和激发态费米能的物理意义是什么？费米能与那些因素有关？8．什么是弱周期场近似？按照弱周期场近似，禁带产生的原因是什么？9. 什么是本征载流子？什么是杂质导电？10．什么是紧束缚近似？按照紧束缚近似，禁带是如何产生的？二、计算题（本大题共5小题，每小题10分，共50分）1. 考虑一在球形区域内密度均匀的自由电子气体，电子系统相对于等量均匀正电荷背景有一小的整体位移，证明在这一位移下系统是稳定的，并给出这一小振动问题的特征频率。
2. 如将布拉维格子的格点位置在直角坐标系中用一组数),,(321n n n 表示，证明：对于面心立方格子，i n 的和为偶数。
3. 设一非简并半导体有抛物线型的导带极小，有效质量m m 1.0=*，当导带电子具有k T 300=的平均速度时，计算其能量、动量、波矢和德布罗意波长。
4. 对于原子间距为a ，由N 个原子组成的一维单原子链，在德拜近似下， （1）计算晶格振动频谱；（2）证明低温极限下，比热正比于温度T 。
5. 对原子间距为a 的由同种原子构成的二维密堆积结构， （1）画出前三个布里渊区；（2）求出每原子有一个自由电子时的费米波矢； （3）给出第一布里渊区内接圆的半径；（4）求出内接圆为费米圆时每原子的平均自由电子数；（5）平均每原子有两个自由电子时，在简约布里渊区中画出费米圆的图形。
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固体物理期末试卷及参
考解答B
IMB standardization office【IMB 5AB- IMBK 08- IMB 2C】
课程编号： 课程名称： 固体物理 试卷类型：
、
卷 卷 考试时间： 120 分钟 1．什么是晶面指数什么是方向指数它们有何联系
2．请写出布拉格衍射条件，并写出用波矢和倒格矢表示的衍射条件。
3. 为什么组成晶体的粒子（分子、原子或离子）间的相互作用力除吸引力还要有排斥
力排斥力的来源是什么
4．写出马德隆常数的定义，并计算一维符号交替变化的无限长离子线的马德隆常
数。
5．什么叫声子？长光学支格波与长声学支格波的本质上有何区别？
6．温度降到很低时。
爱因斯坦模型与实验结果的偏差增大，但此时，德拜模型却与
实验结果符合的较好。
试解释其原因。
7. 自由电子模型的基态费米能和激发态费米能的物理意义是什么费米能与那些因素有
关
8．什么是弱周期场近似按照弱周期场近似，禁带产生的原因是什么
9. 什么是本征载流子什么是杂质导电
10．什么是紧束缚近似按照紧束缚近似，禁带是如何产生的
二、计算题（本大题共5小题，每小题10分，共50分） 1. 考虑一在球形区域内密度均匀的自由电子气体，电子系统相对于等量均匀正电荷背景有一小的整体位移，证明在这一位移下系统是稳定的，并给出这一小振动问题的特征频率。
2. 如将布拉维格子的格点位置在直角坐标系中用一组数),,(321n n n 表示，证明：对于
面心立方格子，i n 的和为偶数。
3. 设一非简并半导体有抛物线型的导带极小，有效质量m m 1.0=*，当导带电子具有k T 300=的平均速度时，计算其能量、动量、波矢和德布罗意波长。
4. 对于原子间距为a ，由N 个原子组成的一维单原子链，在德拜近似下，
（1）计算晶格振动频谱；
（2）证明低温极限下，比热正比于温度T 。
5. 对原子间距为a 的由同种原子构成的二维密堆积结构，
（1）画出前三个布里渊区；
（2）求出每原子有一个自由电子时的费米波矢；
（3）给出第一布里渊区内接圆的半径；
（4）求出内接圆为费米圆时每原子的平均自由电子数；
（5）平均每原子有两个自由电子时，在简约布里渊区中画出费米圆的图形。
固体物理B 卷 参考答案
一、简答题（本大题共10小题，每小题5分，共50分）
1．晶面指数：晶面在在坐标轴上的截距的倒数的最简整数比。
方向指数：垂直于晶面的矢量，晶面指数为（hkl ）,则方向指数为[hkl]
联系：方向[hkl]垂直于具有相同指数的晶面(hkl).
2．衍射条件为：λθ*)sin(*2n d =,波矢表达式为22G G k =⋅→
→ 3. 电子云交迭使得体系的能量降低，结构稳定，但当原子靠的很近时，原子内部充满壳层电子的电子云交叠，量子态相同的电子产生巨大的排斥力，使得系统的能量急剧增大。
相邻的原子靠得很近, 以至于它们内层闭合壳层的电子云发生重叠时, 相邻的原子间便产生巨大排斥力. 也就是说, 原子间的排斥作用来自相邻原子内层闭合壳层电子云的重叠.（泡利不相容原理）
4．离子晶体的结合能主要来自静电能，这一静电能被称为马德隆能。
马德隆常数主要用于计算马德隆能的，其定义为∑±=j ij
p )(α，R p r ij ij =，R 为最近邻距离 +、-号分别对应于与参考离子相异和相同离子。
选取一个负离子作为参考。
则：
5．晶格振动的能量子就是声子，长光学波的本质是电磁波，而长声学波是弹性波。
6． 按照爱因斯坦温度的定义, 爱因斯坦模型的格波的频率大约为, 属于光学支频率. 但光学格波在低温时对热容的贡献非常小, 低温下对热容贡献大的主要是长声学格波. 也就是说爱因斯坦没考虑声学波对热容的贡献是爱因斯坦模型在低温下与实验存在偏差的根源.在甚低温下, 不仅光学波得不到激发, 而且声子能量较大的短声学格波也未被激发, 得到激发的只是声子能量较小的长声学格波. 长声学格波即弹性波. 德拜模型只考虑弹性波对热容的贡献. 因此, 在极低温下, 德拜模型与事实相符, 自然与实验相符.
7. 费米面上单电子态的能量称为费米能，表示电子由低到高填满能级时其最高能级的能量。
基态费米能是指在T=0K 时的费米能。
激发态费米能是指在T ≠0K 时的费米能。
费米能量与电子密度和温度有关。
8．弱周期场近似也称为近自由电子近似，是假定周期场的起伏比较小，作为零级近似，可以用势场的平均值代替晶格势场，周期势的起伏作为微扰处理。
9. 本征载流子：指本征半导体中由热激发产生的电子，这些电子可以参与导电 杂质导电：半导体中杂质可是原是满带的能带缺少一些电子，形成不满带，从而导电。
10．当晶体是由相互作用较弱的原子组成时，周期场随空间的起伏比较显着。
此时，电子在某一个原子附近时，将主要受到该原子场的作用，其他原子场的作用可以看做一个微扰作用。
基于这种设想建立的近似方法，称为紧束缚近似。
禁带是分离能级在较弱交叠微扰作用下分裂而产生。
二、计算题（本大题共5小题，每小题10分，共50分）
1.
解：如图正负电荷中心错开
电量大小为ne k q 303
4π= 电偶极矩为k ne k P ∆-
=3034π 电极化强度为k ne V k ne k V P p ∆-=∆-==
3034π 电场强度为00εεk ne p
E ∆=-=
回复力为k ne F ∆-=0
2
ε，电子在平衡位置作微小振动 特征频率为m
ne p 02εω=
2. 解：
3. 解：导带电子可近似作为自由电子处理，其能量即为平均动能J kT E 211021.62
3-⨯== 又由于*=m k E 22
2 ，得波矢
1033Tm Tm k κκ=*= 动量10
3Tm k p κ == 德布罗意波长 10322Tm k
κππλ== 4. 解：（1）原子链长L=Na 波矢宽度Na q π
2=，态密度π
2Na dq 内状态数dq Na π
2 相反方向传播的波有相同的色散关系)()(q q -=ωω 所以dq Na d g π
ωω=)( 一维单原子链色散关系为)2sin(4aq
M βω= 因此242)2cos(24ωββω-==M a aq a M dq
d 得242)(ωβπω-=M
N g （2）德拜近似vq =ω ，v Na g πω=)( N d g m
=⎰ωωω0)
(，v a
m πω= v dq
d =ω
令B m
D k ω =H ，T k x B ω =
低温下D H T <<，x T H D >> 5.。