(完整word)固体物理期末3套试题分析
(完整word版)固体物理考试
)2(sin 422aq m βω=24aq m sin βω=m β42271()(cos cos 2)88E k ka ka ma =-+k a π=ma a E 22)( =π晶态, 非晶态, 准晶态在原子排列上各有什么特点？ 答: 晶体是原子排列上长程有序）、非晶体(微米量级内不具有长程有序)、准晶体（有长程取向性, 而没有长程的平移对称性） 晶体:长程有序, 有固定的熔点 单晶体: 分子在整个固体中排列有序。
多晶体: 分子在微米量级内排列有序 非晶体:多晶体：分子在微米量级内排列有序, 整个晶体是由这些排列有序的晶粒堆砌而成的。
准晶体:有长程取向性, 而没有长程的平移对称性。
长程有序:至少在微米量级以上原子、分子排列具有周期性。
晶体结构周期性, 晶体: 基元+布拉维格子 实际的晶体结构与空间点阵之间有何关系？ 晶体结构=空间点阵+基元。
原胞和晶胞的区别？ 原胞是晶体的最小重复单元, 它反映的是晶格的周期性, 原胞的选取不是唯一的, 但是它们的体积都是相等的, 结点在原胞的顶角上, 原胞只包含1个格点；为了同时反映晶体的对称性, 结晶学上所取的重复单元, 体积不一定最小, 结点不仅可以在顶角上, 还可以在体心或者面心上, 这种重复单元称为晶胞。
掌握立方晶系3个布拉维格子的原胞、晶胞基失导法。
简单立方晶胞基失: 二者一样, 因为格点均在立方体顶角上。
原胞基失: a1=ai a2=bj=aj a3=ck=ak 体心立方除顶角格点外, 还有一个格点在位于立方体的中心。
晶胞基失a=a b=aj c=ak 原胞基失: a1=a/2（-i+j+k ） a 2=a/2（i-j+k ） a 3=a/2(i+j-k) 面心立方除顶角格点外: B 面的中心还有6个格点, （每个格点为相邻晶胞所共有） 原胞基失: a=ai b=aj c=ak 晶胞基失 a 1=a/2（j+k ）a 2=a/2(k+i) a 3=a/2(i+j) 常见实际晶体的结构 ①氯化钠的结构: 由Na+和Cl-相间排列组成。
高校物理专业固体物理学期末考试答案详解
高校物理专业固体物理学期末考试答案详解物理专业固体物理学期末考试答案详解题一：多晶体和单晶体的区别和联系是什么？答：多晶体和单晶体是固体物质的两种不同形态。
多晶体是由许多晶粒组成的，晶粒之间存在取向差异，呈现出无规则的排列和晶格结构。
而单晶体则具有完美的晶格结构，晶粒排列有序。
多晶体和单晶体在结构和性质上存在一些区别和联系。
首先，在结构上，多晶体由许多晶粒组成，晶粒之间存在取向差异，形成无规则的排列和晶格结构；而单晶体由一个晶粒组成，晶粒之间排列有序且具有完美的晶格结构。
同时，在性质上，多晶体的物理性质通常是各晶粒性质的平均值，具有各向同性；而单晶体的物理性质在晶格各个方向上存在明显差异，具有各向异性。
此外，多晶体与单晶体在制备和应用中也存在差异。
多晶体比较容易制备，其制备成本低，适用于大规模生产；而单晶体的制备比较困难，制备成本高，适用于对晶体结构和性质要求较高的领域，如光电子器件和半导体材料等。
总结起来，多晶体和单晶体在结构、性质以及应用方面存在明显的区别。
多晶体具有无规则排列的结构，各向同性的性质，适用于大规模生产；而单晶体具有有序排列的结构，各向异性的性质，适用于对晶体结构和性质要求较高的领域。
题二：介绍一下福克斯效应和拉曼散射现象。
答：福克斯效应（Focke effect）是固体物理中的一种重要现象，描述了光在晶体中传播时的色散性质。
当光波传播到晶体中时，由于晶体中原子的周期性排列，光波的传播速度因晶体的折射率而发生变化，导致光波的传播方向发生偏折的现象。
福克斯效应的具体表现是，在晶体的X射线或电子束射线入射时，会出现衍射条纹，这些衍射条纹的位置和形状与晶体的结构相关。
通过对这些衍射条纹进行分析和测量，可以确定晶体的晶格常数和晶体结构。
另一方面，拉曼散射现象（Raman scattering）是指光波在与物质相互作用时发生频率或波长的变化。
当光波与物质相互作用时，由于光与物质分子之间的相互作用，光波的能量会改变，从而引起光波的频率或波长发生变化。
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。
固体物理参考答案doc-西南科技大学本科生期末考试要求
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�分 02 共�分 2 题小每�题择选项单、二 。数态状子电的含包所内隔间量能位单�体晶的积体定给�度密态能 。系关的间之 q 和 ω中动振格晶�系关散色 。似近的项阶二到取只中式开展勒泰能势用作互相子粒中体晶�似近谐简 。体晶单为称体晶的致一全完律规的列排子原内体晶块整--晶单 。位空下留内体�面表到散扩子原点格内体晶—陷缺基特肖 .4
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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
四川大学 固体物理学试题(2)
(3)霍耳效应：如电流沿 x 方向，并在 z 方向加上磁场，只在 y 方向出现电势差 的现象叫霍尔效应。
(4)布里渊区：重要的是检阅布里渊区，它是到空间的威格纳-赛茨元胞。其具体 做法是，以任意到格点为原点，作其近邻各点连线，再作此连线的垂直平分面， 其围成的体积如等于倒元胞体积则为简约布里渊区。
2. 金属自由电子论与经典理论对金属热电子发射的功函数的微观解释有何不同， 为什么？
经典理论认为，金属热电子发射时，需克服的势垒高度即功函数为 W = Χ−ε0， 其中Χ是真空势垒，ε0 是电子气的基态能级；金属自由电子论认为，金属热电子发射 时，需克服的势垒高度即功函数为 W = Χ−εF，εF 是电子气的费米能级。其差别源于
三、问答：（每小题 10 分，共 20 分）
1. 何谓倒逆过程，它对晶体热阻有何影响。
声子 q1、q2 间的相互作用应遵从动量守恒和能量守恒，q1+q2 = q3；如果 q3 位于第一布里渊区以外，则在第一布里渊区内能找到一点 q3’，使得 q3’ + Gh = q3， 即 q1+q2 =q3’ + Gh，此过程即为倒逆过程。由于 q3’与 q3 的方向大致相反，因此 倒逆过程会阻碍热的传播，形成热阻。
四、（20
分）离子晶体相互作用能为
E(R) = −N ( αe2 − 4πε 0 R
A ) ，N Rn
是离子数， α
是马德隆常数。 （1）求平衡时原子间距 R0。
由
dE dR
=
0 ，可以求得平衡时原子间距 R0
=
( 4nAπε 0 αe 2
2017-2018学年高二物理选修3-3：章末检测2 固体、液体和气体 Word版含解析
章末检测(时间：90分钟 满分：100分)一、单项选择题(每小题5分，共30分)1．关于理想气体，正确说法是( ) A．只有当温度很低时，实际气体才可当作理想气体B．只有压强很大时，实际气体才可当作理想气体C．在常温常压下，许多实际气体可当作理想气体D．所有的实际气体在任何情况下，都可以当作理想气体答案 C2．以下说法不正确的是( ) A．悬浮在水中的花粉的布朗运动反应了花粉分子的热运动B．空中的小雨滴呈球形是水的表面张力作用的结果C．彩色液晶显示器利用了液晶的光学性质具有各向异性的特点D．干湿泡湿度计的湿泡显示的温度低于干泡显示的温度，这是湿泡外纱布中的水蒸发吸热的结果答案 A3．在甲、乙、丙三种固体薄片上涂上蜡，用烧热的针接触其上一点，蜡熔化的范围如图1(a)所示，而甲、乙、丙三种固体在熔化过程中温度随加热时间变化的关系如图1(b)所示，则( )图1A．甲、乙是非晶体，丙是晶体B．甲、丙是晶体，乙是非晶体C ．甲、丙是非晶体，乙是晶体D ．甲是非晶体，乙是多晶体，丙是单晶体答案 B解析 由图(a)知，甲、乙各向同性，丙各向异性；由图(b)知，甲、丙有固定的熔点，乙没有固定的熔点．所以甲是多晶体，乙是非晶体，丙是单晶体．4．图2为伽利略设计的一种测温装置示意图，玻璃管的上端与导热良好的玻璃泡连通，下端插入水中，玻璃泡中封闭有一定量的空气．若玻璃管内水柱上升，则外界大气的变化可能是( )图2A ．温度降低，压强增大B ．温度升高，压强不变C ．温度升高，压强减小D ．温度不变，压强减小答案 A解析 对于一定质量的理想气体＝C ，得出V ＝C .当温度降低，压强增大pVT Tp 时，体积减小，故A 正确；当温度升高，压强不变时，体积增大，故B 错；当温度升高，压强减小时，体积增大，故C 错；当温度不变，压强减小时，体积增大，故D 错．5．一端封闭的玻璃管开口朝下浸入水中，在某一深度恰好能保持静止．如果水面上方大气压突然降低一些，玻璃管在水中的运动情况是( )A ．加速上升，直到玻璃管一部分露出水面B．加速下降，直到水底C．先加速下降，后减速下降至某一深度平衡D．仍然静止答案 A解析 上方大气压突然降低，玻璃管中的气体体积增大，将管中的水挤出一部分而上升，上升过程中压强进一步减小，管内气体进一步膨胀，继续加速上升，直到玻璃管一部分露出水面，A正确．6．图3为一定质量理想气体的压强p与体积V关系图象，它由状态A经等容过程到状态B，再经等压过程到状态C，设A、B、C状态对应的温度分别为T A、T B、T C，则下列关系式中正确的是( )图3A．T A＜T B，T B＜T C B．T A＞T B，T B＝T CC．T A＞T B，T B＜T C D．T A＝T B，T B＞T C答案 C二、双项选择题(每小题5分，共20分)7．一定质量的气体，在温度不变的情况下，体积增大、压强减小，体积减小、压强增大的原因是( ) A．体积增大后，气体分子的速率变小了B．体积减小后，气体分子的速率变大了C．体积增大后，单位体积的分子数变少了D．体积减小后，在相等的时间内，撞击到单位面积上的分子数变多了答案 CD解析 气体分子的速率跟温度有关，温度一定时，分子的平均速率一定，A、B错误；体积增大，分子密度减小，C正确；体积减小后，分子密度增加，在相等的时间内撞击到单位面积上的分子数变多．8．两个相同的密闭容器中分别装有等质量的同种理想气体，已知容器中气体的压强不相同，则下列判断中正确的是( )A．压强小的容器中气体的温度比较高B．压强大的容器中气体单位体积内的分子数比较少C．压强小的容器中气体分子的平均动能比较小D．压强大的容器中气体分子对器壁单位面积的平均作用力比较大答案 CD解析 相同的容器分别装有等质量的同种气体，说明它们所含的分子总数相同，即分子数密度相同，B错；压强不同，一定是因为两容器气体分子平均动能不同造成的，压强小的容器中分子的平均动能一定较小，温度较低，故A错、C对；压强大的容器中气体分子对器壁单位面积的平均作用力比较大，故D项对．9．图4(a)为测量分子速率分布的装置示意图．圆筒绕其中心匀速转动，侧面开有狭缝N，内侧贴有记录薄膜，M为正对狭缝的位置．从原子炉R中射出的银原子蒸汽穿过屏上S缝后进入狭缝N，在圆筒转动半个周期的时间内相继到达并沉积在薄膜上．展开的薄膜如图4(b)所示，NP，PQ间距相等．则( )图4A．到达M附近的银原子速率较大B．到达Q附近的银原子速率较大C ．位于PQ 区间的分子百分率大于位于NP 区间的分子百分率D ．位于PQ 区间的分子百分率小于位于NP 区间的分子百分率答案 AC解析 根据分子速率分布规律的“中间多，两头少”特征可知：M 附近的银原子速率较大，故选项A 正确；B 错误．PQ 区间的分子百分率最大，故选项D 错误，C 正确．10．如图所示，四支两端封闭、粗细均匀的玻璃管内的空气被一段水银柱隔开，按图中标明的条件，当玻璃管水平放置时，水银柱处于静止状态．如果管内两端的空气都升高相同的温度，则水银柱向左移动的是( )答案 CD解析 假设升温后，水银柱不动，则压强要增加，由查理定律，压强的增加量Δp ＝，而各管原压强p 相同，所以Δp ∝，即T 高，Δp 小，也就可p ΔTT 1T 以确定水银柱应向温度高的方向移动，故C 、D 项正确．三、填空题(每小题5分，共10分)11．对于一定质量的理想气体，以p 、V 、T 三个状态参量中的两个为坐标轴建立直角坐标系，在坐标系上描点能直观地表示这两个参量的数值．如图5所示，三个坐标系中，两个点都表示相同质量某种理想气体的两个状态．根据坐标系中不同点的位置来比较第三个参量的大小．图5(1)p T 图象(图甲)中A 、B 两个状态，________状态体积小．(2)V T 图象(图乙)中C 、D 两个状态，________状态压强小．(3)p V 图象(图丙)中E 、F 两个状态，________状态温度低．答案 (1)A (2)C (3)F解析 甲图画出的倾斜直线为等容线，斜率越小，体积越大，所以V B >V A .乙图画出的倾斜直线为等压线，斜率越小，压强越大，所以p D >p C .丙图画出的双曲线为等温线，离原点越远，温度越高，所以T E >T F .12．空气的温度是10 ℃，空气里水蒸气的压强是8 mmHg ，这时空气的相对湿度为________．(已知10 ℃时的饱和汽压p ＝9.21 mmHg)答案 87%解析 相对湿度＝＝87%8 mmHg9.21 mmHg 四、计算题(共4小题，共40分)13．(8分)如图6所示的试管内由水银封有一定质量的气体，静止时气柱长为l 0，大气压强为p 0.当试管绕竖直轴以角速度ω在水平面内匀速转动时气柱长变为l，其他尺寸如图所示，求转动时气体的压强．图6(设温度不变，试管横截面积为S ，水银密度为ρ)答案p 0＋ρl 1ω2(l 2＋l 0－l ＋l 12)解析 选取水银柱为研究对象，转动所需向心力由液柱两侧气体压力差提供，则：(p －p 0)S ＝mω2R ，而m ＝ρl 1S ，R ＝l 2＋(l 0－l )＋，l 12所以p ＝p 0＋ρl 1ω2.(l 2＋l 0－l ＋l 12)14．(10分)如图7所示，长31 cm 内径均匀的细玻璃管，开口向上竖直放置，齐口水银柱封住10cm 长的空气柱，若把玻璃管在竖直平面内缓慢转动180°后，发现水银柱长度变为15 cm ，继续缓慢转动180°至开口端向上．求：图7(1)大气压强的值；(2)末状态时空气柱的长度．答案 (1)75 cm Hg (2)10.67 cm 解析 (1)等温变化p 1V 1＝p 2V 2p 1＝p 0＋21 cmHg p 2＝p 0－15 cmHg(p 0＋21)×10×S ＝(p 0－15)×16×S解得：p 0＝75 cmHg.(2)由玻意耳定律得p 1V 1＝p 3V 3p 3＝p 0＋15 cmHgl 3＝＝p 1l 1p 3(75＋21)×10 cm(75＋15)＝10.67 cm.15．(10分)如图8所示，足够长的圆柱形气缸竖直放置，其横截面积为1×10－3 m 2，气缸内有质量m ＝2 kg 的活塞，活塞与气缸壁封闭良好，不计摩擦．开始时活塞被销子K 销于如图位置，离缸底12 cm ，此时气缸内被封闭气体的压强1.5×105 Pa ，温度为300K ．外界大气压为1.0×105Pa ，g ＝10 m/s 2.图8(1)现对密闭气体加热，当温度升到400 K 时，其压强多大？(2)若在此时拔去销子K ，活塞开始向上运动，当它最后静止在某一位置时，气缸内气体的温度为360 K ，则这时活塞离缸底的距离为多少？答案 (1)2×105 Pa (2)18 cm解析 (1)气体体积不变，由查理定律得＝，即＝p 1T 1p 2T 2 1.5×105300p 400解得：p ＝2×105 Pa(2)p 3＝p 0＋mg /S ＝1.2×105 Pa T 3＝360 K由理想气体状态方程得＝，即＝p 1V 1T 1p 3V 3T 3 1.5×105×123001.2×105×l 3360解得：l 3＝18 cm.16．(12分)(2013·新课标全国卷Ⅰ)如图9，两个侧壁绝热、顶部和底部都导热的相同气缸直立放置，气缸底部和顶部均有细管连通，顶部的细管带有阀门K.两气缸的容积均为V 0，气缸中各有一个绝热活塞(质量不同，厚度可忽略)．开始时K 关闭，两活塞下方和右活塞上方充有气体(可视为理想气体)，压强分别为p 0和；左活塞在气缸正中间，其上方为真空；右活塞上方气体p 03体积为.现使气缸底与一恒温热源接触，平衡后左活塞升至气缸顶部，且V 04与顶部刚好没有接触，然后打开K ，经过一段时间，重新达到平衡．已知外界温度为T 0，不计活塞与气缸壁间的摩擦．求：图9(1)恒温热源的温度T ；(2)重新达到平衡后左气缸中活塞上方气体的体积V x .答案 (1)T 0 (2)V 07512解析 (1)与恒温热源接触后，在K 未打开时，右活塞不动，两活塞下方气体经历等压过程，由盖—吕萨克定律得＝①TT 07V 045V 04由此得T ＝T 0②75(2)由初始状态的力学平衡条件可知，左活塞的质量比右活塞的大，打开K 后，左活塞下降至某一位置，右活塞必须升至气缸顶，才能满足力学平衡条件．气缸顶部与外界接触，底部与恒温热源接触，两部分气体各自经历等温过程，设左活塞上方气体压强为p，由玻意耳定律得pV x ＝·③p 03V 04(p ＋p 0)(2V 0－V x )＝p 0·④7V 04联立③④式，得6V －V 0V x －V ＝0，其解为V x ＝V 02x 2012另一个解V x ＝－V 0，不符合题意，舍去．13。
固体物理期末3套精彩试题题
电子科技大学二零零六至二零零七学年第二学期期末考试固体电子学课程考试题卷（分钟）考试形式：考试日期200 7 年7 月日课程成绩构成：平时20 分，期中10 分，实验0 分，期末70 分一．填空（共30分，每空2分）1．Si晶体是--格子，由两个----的子晶格沿---套构而成；其固体物理学原胞包含---个原子，其固体物理学原胞基矢可表示-，-, -。
假设其结晶学原胞的体积为a3，则其固体物理学原胞体积为-。
2．-称为布拉菲格子；倒格子基矢与正格子基矢满足-，-称为倒格子格子；-称为复式格子。
最常见的两种原胞是--和- 3．声子是-，其能量为-动量为-二．问答题（共30分，每题6分）1.晶体有哪几种结合类型？简述晶体结合的一般性质。
-2.晶体的结合能, 晶体的能, 原子间的相互作用势能有何区别?-3.什么是热缺陷？简述肖特基缺陷和弗仑克尔缺陷的特点。
-4.简述空穴的概念及其性质.-5.根据量子理论简述电子对比热的贡献，写出表达式，并说明为什么在高温时可以不考虑电子对比热的贡献在低温时必须考虑？--三.综合应用(共40分)1.(10分)已知半导体InP 具有闪锌矿结构,In,P 两原子的距离为d=2Å,试求：（1）晶格常数；(2)原胞基矢及倒格子基矢；（3）密勒指数为（1，1，0）晶面的面间距，以及In(1,1,0)晶面与P （1，1，1）晶面的距离。
2. (15分)设有某个一维简单格子，晶格常数为a,原子质量为M ，在平衡位置附近两原子间的互作用势可表示为：32206121)21()(r r r a a U r U ξηξη+++-= 式中η和ξ都是常数，只考虑最近邻原子间的相互作用，试求：（1）在简谐近似下，求出晶格振动的色散关系；（2）求出它的比热0V C 。
（提示：a r dr r u d =⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=22)(β3. (15分)用紧束缚近似写出二维正方点阵最近邻近似下的s电子能带的能量表达式，并计算能带宽度及带底电子和带顶空穴的有效质量。
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。
19学年高中物理： 第九章 固体、液体的物态变化章末质量评估 选修3-3(含答案).doc
第九章固体、液体的物态变化章末质量评估(三)(时间：90分钟满分：100分)一、单项选择题(本大题共10小题，每小题3分，共30分．在每小题给出的四个选项中，只有一个选项符合题目要求)1. 在严寒的冬季，小明到滑雪场滑雪，恰逢有一块空地正在进行人工造雪.他发现造雪机在工作过程中，不断地将水吸入，并持续地从造雪机的前方喷出“白雾”，而在“白雾“下方，已经沉积了厚厚的一层“白雪”，如图所示.对于造雪机在造雪过程中，水这种物质发生的最主要的物态变化，下列说法中正确的是（）A.凝华B.凝固C.升华D.液化解析：造雪机工作时把液态水变为固态的雪，故水发生了凝固现象.答案：B2．下面说法正确的是( )A．鸭子从池塘中出来，羽毛并不湿——毛细现象B．细玻璃棒尖端放在火焰上烧熔后尖端变成球形——表面张力C．粉笔能吸干纸上的墨水——浸润现象D．布做的雨伞，虽然纱线间有空隙，却不漏雨水——毛细现象解析：A是不浸润现象，B是表面张力，C是毛细现象，D 是不浸润现象．答案：B3.某球形固体物质，其各向导热性能相同，则该物体( )A.一定是非晶体B.可能具有确定的熔点C.一定是单晶体，因为它有规则的几何外形D.一定不是单晶体，因为它具有各向同性的物理性质解析：导热性能各向相同的物体可能是非晶体，也可能是多晶体，因此，A选项错误；多晶体具有确定的熔点，因此B选项正确；物体外形是否规则不是判断是否是单晶体的依据，应该说，单晶体具有规则的几何外形是“天生”的，而多晶体和非晶体也可以有规则的几何外形，当然这只能是“后天”人为加工的，因此C选项错误；单晶体也不一定各个物理特性都具有各向异性，故D选项错误.答案：B4．关于饱和汽，说法不正确的是( )A．在稳定情况下，密闭容器中如有某种液体存在，其中该液体的蒸汽一定是饱和的B．密闭容器中有未饱和的水蒸气，向容器内注入足够量的空气，加大气压可使水汽饱和C．随着液体的不断蒸发，当液化和汽化速率相等时，液体和蒸汽达到的一种平衡状态叫动态平衡D．对于某种液体来说，在温度升高时，由于单位时间内从液面汽化的分子数增多，所以其蒸汽饱和所需要的压强增大解析：在饱和状态下，液化和汽化达到动态平衡，即达到稳定状态，所以A、C正确；液体的饱和汽压与其温度有关，即温度升高，饱和汽压增大，所以D正确；饱和汽压是指液体蒸汽的分气压，与其他气体的压强无关，所以B错误．答案：B5．某实验小组想测试两种材料的导电性能，他们将这两种材料加工成厚度均匀、横截面为正方形的几何体，分别如图甲、乙所示，经测试发现，材料甲沿ab、cd两个方向的电阻相等，材料乙沿ef方向的电阻大于沿gh方向的电阻，关于这两种材料，下列说法中正确的是( )A．材料甲一定是晶体B．材料甲一定是非晶体C．材料乙一定是单晶体D．材料乙一定是多晶体解析：测试发现，材料甲沿ab、cd两个方向的电阻相等，材料乙沿ef方向的电阻大于沿gh方向的电阻，说明了甲具有各向同性，而乙具有各向异性，单晶体的物理性质是各向异性的，所以乙一定是单晶体，而多晶体和非晶体是各向同性的，材料甲可能是多晶体，也可能不是晶体．故只有选项C正确．答案：C6．在吉尼斯大全中，记述了一个人创造了赤着脚在650 ℃的燃烧着的一长堆木炭上步行了约7.5 m的“世界之最”纪录．关于他创下的这个奇迹，下面说法正确的是( )A．这个表演者一定在脚下事先抹上了一种高级绝热防护剂B．这个表演者一定是跳跃式地走过去的，这样做接触时间短，炭火来不及灼伤脚C．这个表演者一定是用汗脚踩在炭火上一步步轻松地走过去的D．这个表演者一定是轻轻地踮着脚走过去的，这样做接触面积小，即使灼伤也不厉害解析：当赤着的脚踩上炭火时，灼热的炭火使脚底的汗水迅速汽化，立即在脚底下形成一个很薄的蒸气层．由于气体是热的不良导体，在一段短暂的时间内，对脚板将起到绝热防护作用，行走中脚上流出的汗水部分地补偿了汽化所需的水分．而跳跃或踮着脚走均不能提供足够的汗水，且容易使脚陷进炭火，从而使保护层失效．故应选C.答案：C7．下列说法中正确的是( )A．一定质量的理想气体在体积不变的情况下，压强p与摄氏温度t成正比B．竹筏漂浮在水面上，是液体表面张力作用的结果C．同种物质可能以晶体或非晶体两种形态出现D．液晶是一种特殊物质，它既具有液体的流动性，又像某些晶体具有光学各向同性解析：根据查理定律可知，一定质量的理想气体在体积不变的情况下，压强p与热力学温度K成正比，故A错误；竹筏漂浮在水面上，是受到浮力作用的结果，故B错误；同种物质可能以晶体或非晶体两种形态出现，故C正确；液晶是一种特殊物质，它既具有液体的流动性，又像某些晶体具有光学各向异性，故D 错误．答案：C8．下列说法不正确的是( )A．浸润液体在细管里能上升B．不浸润液体在细管里能下降C．在建筑房屋时，在砌砖的地基上要铺一层油毡或涂过沥青的厚纸，这是为了增加毛细现象使地下水容易上升D．农田里如果要保存地下的水分，就要把地面的土壤锄松，以减少毛细现象的发生解析：毛细现象和液体的浸润、不浸润相联系．浸润液体在细管中能上升，不浸润液体在细管中下降，故A、B正确．建筑房屋的时候，在砌砖的地基上铺一层油毡或涂过沥青的厚纸，防止地下的水分沿着夯实的地基以及砖墙的毛细管上升，以使房屋保持干燥．土壤里有很多毛细管，地下的水分可以沿着它们上升到地面．如果要保存地下的水分，就要把地面的土壤锄松，破坏这些土壤里的毛细管．相反，如果想把地下的水分引上来，就不仅要保持土壤里的毛细管，而且还要使它们变得更细，这时就要用磙子压紧土壤，所以C错、D对．答案：C9.液体的饱和汽压随温度的升高而增大（）A.其规律遵循查理定律B.是因为饱和汽的质量随温度的升高而增大C.是因为饱和汽的体积随温度的升高而增大D.是因为饱和汽密度和蒸汽分子的平均速率都随温度的升高而增大解析：液体的饱和汽压与温度有关，液体的饱和汽压随温度的升高而增大，与体积、质量无关，故A、B、C错误，D正确.答案：D10．100 ℃的水蒸气和等质量0 ℃的冰混合后达到热平衡时为(已知水的汽化热L＝2.26×106J/kg，冰的熔化热λ＝3.34×105 J/kg)( )A．0 ℃的冰水混合物B．0 ℃的水C．高于0 ℃的水D．100 ℃的水、汽混合物解析：设水蒸气和冰的质量均为m kg，混合后若水蒸气完全液化成100 ℃的水，放出的热量Q1＝Lm＝2.26×106m.冰完全熔化成0 ℃的水需吸收的热量Q2＝λm＝3.34×105m，0 ℃的水温度上升至100 ℃需要吸收的热量Q3＝cmΔt＝4.2×103m×(100－0)＝4.2×105m，因为Q1＞Q2＋Q3，可见水蒸气并未完全液化，所以两者混合后达到热平衡时为100 ℃的水、汽混合物．答案：D二、多项选择题(本大题共4小题，每小题4分，共16分．在每小题给出的四个选项中，有多个选项符合题目要求) 11．人类对物质属性的认识是从宏观到微观不断深入的过程．以下说法正确的是( )A．液体的分子势能与体积有关B．晶体的物理性质都是各向异性的C．温度升高，每个分子的动能都增大D．露珠呈球状是由于液体表面张力的作用解析：液体体积与分子间相对位置相联系，从宏观上看，分子势能与体积有关，A正确．多晶体表现各向同性，B错误．温度升高，分子平均速率增大，遵循统计规律，C错误．露珠表面张力使其表面积收缩到最小，呈球状，D正确．答案：AD12.在云母薄片和玻璃片上分层涂一别很薄的石蜡，然后用烧热的钢针去接触云母薄片及玻璃片的反面，石蜡熔化，如图所示，那么( )A.熔化的石蜡呈圆形的是玻璃片B.熔化的石蜡呈圆形的是云母片C.实验说明玻璃片有各向同性，可能是非晶体D.实验说明云母有各向同性，是晶体解析：云母片在导热这一物理性质上具有各向异性，而玻璃片则是各向同性.答案：AC13.关于饱和汽和相对湿度，下列说法正确的是（）A.饱和汽压跟热力学温度成正比B.温度一定时，饱和汽的密度为一定值，温度升高，饱和汽的密度增大C.空气的相对湿度定义为水的饱和汽压与相同温度时空气中所含水蒸气的压强之比D.空气的相对湿度越大，空气中水蒸气的压强越接近饱和汽压解析：饱和汽压是物质的一个重要性质，它的大小取决于物质的本性和温度；故一定温度下饱和汽的分子数密度是一定值，相同温度下不同液体的饱和汽压一般是不同的；但饱和汽压不是与热力学温度成正比，故A错误、B正确；相对湿度是指水蒸气的实际压强与该温度下水蒸气的饱和压强之比，故C错误；根据相对湿度的特点可知，空气的相对湿度越大，空气中水蒸气的压强越接近饱和汽压，故D正确.答案：BD14.如图是两种不同物质的熔化曲线，根据曲线判断下列说法正确的是( )A.a是晶体B.b是晶体C.a是非晶体D.b是非晶体解析：晶体在熔化过程中不断吸热，但温度却保持不变(熔点对应的温度)，而非晶体没有确定的熔点，加热过程，非晶体先变软，然后温度不断升高，则a是晶体，b是非晶体。
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
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1． S i 晶体是复式格子，由两个面心立方结构的子晶格沿体对角线位移1/4套构而成；其固体物理学原胞包含8个原子，其固体物理学原胞基矢可表示)(21k j a a +=，)(22k i a a +=， )(23j i a a +=。
假设其结晶学原胞的体积为a 3，则其固体物理学原胞体积为341a 。
2． 由完全相同的一种原子构成的格子，每个格点周围环境相同称为布拉菲格子； 倒格子基矢与正格子基矢满足)(2)(0{2j i j i ij j i b a ==≠==⋅ππδ ，由倒格子基矢332211b l b l b l K h ++=(l 1， l 2, l 3为整数）,构成的格子，是正格子的傅里叶变换，称为倒格子格子；由若干个布拉菲格子套构而成的格子称为复式格子。
最常见的两种原胞是固体物理学原胞和结晶学原胞。
3．声子是格波的能量量子，其能量为ħ，动量为ħq.二．问答题（共30分，每题6分） 1。
晶体有哪几种结合类型？简述晶体结合的一般性质。
答：离子晶体，共价晶体,金属晶体，分子晶体及氢键晶体。
晶体中两个粒子之间的相互作用力或相互作用势与两个粒子的距离之间遵从相同的定性规律。
2. 晶体的结合能， 晶体的内能， 原子间的相互作用势能有何区别？答：自由粒子结合成晶体过程中释放出的能量，或者把晶体拆散成一个个自由粒子所需要的能量称为晶体的结合能；原子的动能与原子间的相互作用势能之和为晶体的内能；在0K时，原子还存在零点振动能，但它与原子间的相互作用势能的绝对值相比小很多,所以，在0K时原子间的相互作用势能的绝对值近似等于晶体的结合能。
3。
什么是热缺陷？简述肖特基缺陷和弗仑克尔缺陷的特点.答:在点缺陷中，有一类点缺陷，其产生和平衡浓度都与温度有关，这一类点缺陷称为热缺陷，热缺陷总是在不断地产生和复合，在一定地温度下热缺陷具有一定地平衡浓度。
肖特基缺陷是晶体内部格点上的原子（或离子)通过接力运动到表面格点的位置后在晶体内留下空位；弗仑克尔缺陷是格点上的原子移到格点的间隙位置形成间隙原子，同时在原来的格点位置留下空位，二者成对出现.4。
简述空穴的概念及其性质.答:对于状态K空着的近满带，其总电流就如同一个具有正电荷e的粒子，以空状态K的电子速度所产生的，这个空的状态称为空穴；空穴具有正有效质量，位于满带顶附近,空穴是准粒子。
5。
根据量子理论简述电子对比热的贡献，写出表达式，并说明为什么在高温时可以不考虑电子对比热的贡献在低温时必须考虑？答：在量子理论中，大多数电子的能量远远低于费米能量EF，由于受到泡利不相容原理的限制，不能参与热激发，只有在EF 附近约KBT范围内电子参与热激发，对金属的比热有贡献。
CVe=T在高温时CV e相对CV l来说很小可忽略不计；在低温时，晶格振动的比热按温度三次方趋近于零，而电子的比热与温度一次方正比,随温度下降变化缓慢，此时电子的比热可以和晶格振动的比热相比较，不能忽略。
1、晶格常数为的面心立方晶格,原胞体积等于 D . A. B 。
C. D 。
2、体心立方密集的致密度是 C 。
A. 0.76 B 。
0。
74 C. 0。
68 D 。
0.623、描述晶体宏观对称性的基本对称元素有 A . A. 8个 B. 48个 C 。
230个 D.320个4、晶格常数为的一维双原子链，倒格子基矢的大小为 D 。
A. B. C 。
D.5、晶格常数为a 的简立方晶格的(110)面间距为 A 。
A 。
aB 。
3a C. 4a D 。
5a6、晶格振动的能量量子称为 CA. 极化子 B 。
激子 C 。
声子 D 。
光子7、由N 个原胞组成的简单晶体，不考虑能带交叠，则每个s 能带可容纳的电子数为 C 。
A 。
N/2 B. N C 。
2N D. 4N8、三维自由电子的能态密度，与能量的关系是正比于 C 。
A. B. C. D 。
9、某种晶体的费米能决定于A. 晶体的体积 B 。
晶体中的总电子数 C. 晶体中的电子浓度 D. 晶体的形状10、电子有效质量的实验研究方法是 C 。
A. X 射线衍射 B 。
中子非弹性散射 C 。
回旋共振 D 。
霍耳效应二、简答题(共20分,每小题5分）1、波矢空间与倒易空间有何关系？ 为什么说波矢空间内的状态点是准连续的？波矢空间与倒格空间处于统一空间, 倒格空间的基矢分别为321 b b b 、、， 而波矢空间的基矢分别为32N N / / /321b b b 、、1N ， N1、N2、N3分别是沿正格子基矢321 a a a 、、方向晶体的原胞数目。
倒格空间中一个倒格点对应的体积为*321) (Ω=⨯⋅b b b ,波矢空间中一个波矢点对应的体积为N N b N b N b *332211)(Ω=⨯⋅,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,波矢点在倒格空间看是极其稠密的。
因此, 在波矢空间内作求和处理时，可把波矢空间内的状态点看成是准连续的。
2、简述处理固体比热的德拜模型的基本出发点和主要结论。
目的:考核对晶格热容量子理论的掌握。
答案:德拜把晶格当作弹性介质来处理，晶格振动采取格波的形式,它们的频率值是不完全相同的而频率有一个分布.同时,他假设频率大于某一个频率m ω的短波实际上是不存在的，m ω是格波振动频率的上限。
固体比热由德拜模型的结果，在高温时满足杜隆-珀替定律,在低温时满足于V C 与3T 成正比,这恰是德拜定律. （6分）3、为什么说原胞中电子数目若为奇数,相应的晶体具有金属导电性目的：考核电子在能带中的填充及固体的分类。
答案： 一条能带允许有2倍原胞数目的电子占据，原胞中电子的数目为奇数必有未填满的能带，有被部分填充的能带结构的晶体具有导电性.4、什么是回旋共振?它有什么用途？目的:考核晶体中电子在磁场中运动规律的掌握.答案：在恒定外磁场的作用下，晶体中的电子(或空穴)将做螺旋运动，回旋频率*0m /qB =ω。
若在垂直磁场方向加上频率为ω的交变电场,当0ωω=，交变电场的能量将被电子共振吸收，这个现象称成为回旋共振.用途:确定电子的有效质量;确定晶体的能带结构。
（6分）2、平面正三角形晶格，相邻原子间距是a 。
试求正格子基矢和倒格子基矢,并画出第一布里渊区.目的：考核对布里渊区的理解。
解:正格子基矢 k a j a i a a ia a =+==321232 （4分）倒格子基矢[][]i a a a a a a b j a i a a a a a a b πππππ2332.22332.2321132321321=⨯⨯=-=⨯⨯= （6分） 第一布里渊区由1b ,-1b ，2b ，—2b ，1b + 2b ，-1b -2b 的垂直平分面所夹的区域，平面图中由正六边形所围成.1、晶格常数为的体心立方晶格，原胞体积等于 C 。
A 。
B. C. D. 2、面心立方密集的致密度是B .A 。
0.76B 。
0.74 C. 0。
68 D 。
0.623、表征晶格周期性的概念是 A 。
A 。
原胞或布拉伐格子B 。
原胞或单胞 C. 单胞或布拉伐格子 D. 原胞和基元4、晶格常数为的一维单原子链,倒格子基矢的大小为 D 。
A 。
B 。
C 。
D.5、晶格常数为a 的简立方晶格的(010)面间距为 A 。
A. a B 。
3a C 。
4a D 。
5a6、晶格振动的能量量子称为 CA. 极化子B. 激子 C 。
声子 D 。
光子7、由N 个原胞组成的简单晶体，不考虑能带交叠，则每个s 能带可容纳的电子数为 C 。
A. N/2B. N C 。
2N D 。
4N8、二维自由电子的能态密度，与能量的关系是正比于 B 。
A 。
B 。
C. D 。
9、某种晶体的费米能决定于 C 。
A 。
晶体的体积B 。
晶体中的总电子数C 。
晶体中的电子浓度 D. 晶体的形状10、晶体结构的实验研究方法是 A 。
A 。
X 射线衍射B 。
中子非弹性散射C 。
回旋共振D 。
霍耳效应二、简答题（共20分，每小题5分）2、在甚低温下， 德拜模型为什么与实验相符?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, 在甚低温下, 德拜模型与事实相符, 自然与实验相符.3、解释导带、满带、价带和带隙对于导体:电子的最高填充能带为不满带，称该被部分填充的最高能带为导带,在电场中具有被部分填充的能带结构的晶体具有导电性。
对于绝缘体、半导体：称电子占据了一个能带中所有状态的允带为满带；没有任何电子占据(填充）的能带，称为空带；最下面的一个空带称为导带;导带以下的第一个满带,或者最上面的一个满带称为价带；两个能带之间，不允许存在的能级宽度，称为带隙.4、金属自由电子论与经典理论对金属热电子发射的功函数的微观解释有何不同,为什么？经典理论认为，金属热电子发射时，需克服的势垒高度即功函数为 χ=W ，其中χ是真空势垒；金属自由电子论认为，金属热电子发射时,需克服的势垒高度即功函数为f E W -χ=，f E 是电子气的费米能级。
其差别源于经典理论认为,电子是经典粒子，服从玻尔兹曼统计理论，在基态时，电子可以全部处于基态，因此热电子发射时，电子需克服的势垒高度是χ=W 。
而金属自由电子理论认为，电子是费米粒子，服从费米-狄拉克统计理论，在基态时，电子可以由基态能级填充至f E ，因此热电子发射时，电子需克服的势垒高度是f E W -χ=。
某金刚石结构晶体，其立方单胞体积为Ω,试求其布里渊区体积。
三、简答题（共20分,每小题10分）1、设晶格常数为a , 求立方晶系密勒指数为(hkl )的晶面族的面间距。
立方晶系密勒指数为（hkl )的晶面族的面间距-—-—填空题 （共20分，每空2分）目的:考核基本知识.1、金刚石晶体的结合类型是典型的 共价结合 晶体, 它有 6 支格波。
2、晶格常数为a 的体心立方晶格，原胞体积Ω为 3a 。
3、晶体的对称性可由 32 点群表征，晶体的排列可分为 14 种布喇菲格子,其中六角密积结构 不是 布喇菲格子。
4、两种不同金属接触后,费米能级高的带 正 电，对导电有贡献的是 费米面附近 的电子。
5、固体能带论的三个基本近似:绝热近似 、_单电子近似_、_周期场近似_.。