浙江工业大学《固体物理》试卷A卷参考解答(2013.1)
《固体物理学》基础知识训练题及其参考答案
《固体物理》基础知识训练题及其参考答案说明：本内容是以黄昆原著、韩汝琦改编的《固体物理学》为蓝本，重点训练读者在固体物理方面的基础知识，具体以19次作业的形式展开训练。
第一章作业1：1.固体物理的研究对象有那些？答：（1）固体的结构；（2）组成固体的粒子之间的相互作用与运动规律；（3）固体的性能与用途。
2.晶体和非晶体原子排列各有什么特点？答：晶体中原子排列是周期性的，即晶体中的原子排列具有长程有序性。
非晶体中原子排列没有严格的周期性，即非晶体中的原子排列具有短程有序而长程无序的特性。
3.试说明体心立方晶格，面心立方晶格，六角密排晶格的原子排列各有何特点？试画图说明。
有那些单质晶体分别属于以上三类。
答：体心立方晶格：除了在立方体的每个棱角位置上有1个原子以外，在该立方体的体心位置还有一个原子。
常见的体心立方晶体有：Li，Na，K，Rb，Cs，Fe等。
面心立方晶格：除了在立方体的每个棱角位置上有1个原子以外，在该立方体每个表面的中心还都有1个原子。
常见的面心立方晶体有：Cu, Ag, Au, Al等。
六角密排晶格：以ABAB形式排列，第一层原子单元是在正六边形的每个角上分布1个原子，且在该正六边形的中心还有1个原子；第二层原子单元是由3个原子组成正三边形的角原子，且其中心在第一层原子平面上的投影位置在对应原子集合的最低凹陷处。
常见的六角密排晶体有：Be，Mg，Zn，Cd等。
4.试说明, NaCl，金刚石，CsCl, ZnS晶格的粒子排列规律。
答：NaCl：先将错误!未找到引用源。
两套相同的面心立方晶格，并让它们重合，然后，将一套晶格沿另一套晶格的棱边滑行1/2个棱长，就组成Nacl晶格；金刚石：先将碳原子组成两套相同的面心立方体，并让它们重合，然后将一套晶格沿另一套晶格的空角对角线滑行1/4个对角线的长度，就组成金刚石晶格；Cscl:：先将错误!未找到引用源。
组成两套相同的简单立方，并让它们重合，然后将一套晶格沿另一套晶格的体对角线滑行1/2个体对角线的长度，就组成Cscl晶格。
浙江工业大学 大学物理习题参考解答_1
课后作业参考解答１-１解：（1）求出的是位矢长度（大小）随时间的一阶变化率和二阶变化率，不是速度和加速度，没有相应的物理意义，因此是错误的。
（2）的方法得出的是物体在二维平面运动时的速度和加速度的大小，这种方法正确。
１-２解：()130cos 45sin 45r i j =+，()240cos 60sin 60r i j =-12r r r ∆=+()(20i j =+ 41.2113.43i j=-3k 3m 4.r ∆==, 路程为70km1-3 解：(1) 2r i j =-(2) d 22d ri j t==- v , j t a 2d d -==v , １-４解：(1)2r i j =+ , 2(3)23369r i j i j =⨯+=+,48∆=+ r i j24r v i j t ∆==+∆ ()()22dr t v t i tj dt ==+ , (3)26v i j =+(3) 6.32m/s v ==1-5 解：266d d t t tx -==v t t a 126d d -==v ,变加速直线运动 1-６解：(1) j t r i t r j y i x rsin cos ωω+=+=(2) j t r i t r t rcos sin d d ωωωω+-==v j t r i t r ta sin cos d d 22ωωωω--==v(3) ()r j t r i t r a sin cos 22ωωωω-=+-=，这说明a 与r 方向相反，即a 指向圆心。
()()22:1192224,43.02192.2400,3,3(x y v i tj a jr v ti t j i tj t t t <>=-<>=-=-<>=⎡⎤+--=⎣⎦===-1-7 解垂直: 即解得:舍去)1-８解： dt vdv dt dx dx dv dt dv /)/()/(=⨯= ， 2/kv dx vdv -=∴ 即kdx v dv-=∴，当t=0，0v v = 积分得：kx e v v -=0解得 cbc R t -= １-９解：τ/at a a +=,6/)3(22τa n n s +=１-１0解：22t adt ==⎰v ,10323+==⎰t vdt x 1-11 解：0300300300ttv a dt dt t v t ττττ====⎰⎰ n a a τ=，即：2300300t =，得t=1s1-12解：（1）0tv a dt a t τττ==⎰ ， ()22n a t v a R R ττ== ()2n a a tg a a t Rτττα==，t =（2）：212tts v dt a tdt a t τττ===⎰⎰，而t =所以：12Rs tg α=1-13 解：tg x o A H θ'==()tg d H dx v dt dtθ==22sec sec d H H dt θθωθ== 222tg sec dv a H dtωθθ==1-14 解：()22ha t τ=∆，()22thv a dt t t ττ==∆⎰()22244n v h t a R R t τ==∆ 1-15解：以出发点为坐标原点，向东取为x 轴，向北取为y 轴，因流速为y 方向，由题意可得u x = 0u y= a (x -l /2)2＋b令 x= 0, x = l 处 u y = 0,x = l /2处 u y ＝－u 0. 代入上式定出a 、ｂ，而得()x x l l u u y --=24 船相对于岸的速度v(v x ，v y )明显可知是 2/0v v =x y y u +=)2/(0v v ，()222300300300n t v a n n t n R τ===将上二式的第一式进行积分，有： t x 20v =还有，xy t x x y t y y d d 2d d d d d d 0v v ====()x x l l u --20042v即()x x l l u x y--=020241d d v 因此，积分之后可求得如下的轨迹(航线)方程：32020032422x l u x l u x y v v +-= 到达东岸的地点(x '，y ' )为⎪⎪⎭⎫⎝⎛-=='='=03231v , u l y y l x l x 1-１６.解： 记水、风、船和地球分别为w ， f ，s 和e ，则水地、风船、风地和船地间的相对速度分别为we V 、fs V 、fe V 和se V．由已知条件we V =10 km/h ，正东方向．fe V =10 km/h ，正西方向． sw V =20 km/h ，北偏西030方向． 根据速度合成法则： se V =sw V ＋we V由图可得： se V =310 km/h ，方向正北．同理 fs V =fe V －se V ， 由于fe V =－we V∴ fs V =sw V ， fs V的方向为南偏西30° 在船上观察烟缕的飘向即fs V的方向，它为南偏西30°．１-１７解：36km/h 10m/s v i == 车对地，v v v =-雨对车雨对地车对地，20m/s v =雨对车v j =雨对地，10m/s v i = 车对地１- １８解：s km v /6.2052022=+=船对地北偏西'29142-1. 解：(1) 子弹进入沙土后受力为－Ｋv ，由牛顿定律得：tmK d d vv =- ∴ ⎰⎰=-=-vv v vvvd d ,d d 0t t m K t m K∴ mKt /0e-=v v30ofe we 北东o(2) 求最大深度 解法一：txd d =v t x m Kt d e d /0-=v t x m Kt txd e d /000-⎰⎰=v ∴)e 1()/(/0m Kt K m x --=vK m x /0max v =解法二：xm t x x m t mK d d )d d )(d d (d d v v v v v ===- ∴ v d Kmdx -= ，v v d d 0ma x⎰⎰-=K mx x ∴ K m x /v 0max =2-2解：2xk f -=dx dv mv dt dx dx dv m dt dv m ma f ====dx dvmv x k =-222dv m x k d v A⎰⎰=)11(2A x m k v -=mA kv A x 64== 2-4 解：0cos =-f F θ，0sin =++Mg N F θ，N f μ=θμθμsin cos +=MgF0=θd dF ， m h l 9.212=+=μμ 2-5 解r dm dT T r T 2)()(ω=+- r dr dT 2ωρ=-r dr LMdT 2ω=- r dr LMdT LrT20ω⎰⎰-=，)(2222r L L M T -=ω2-6解：(1) 以煤车和 t 时间内卸入车内的煤为研究对象，水平方向煤车受牵引力F 的作用，由动量定理：000)(v v M t m M t F -+=∆∆求出： 00v m F = (2) 2000v v m F P == (3) 单位时间内煤获得的动能： 20021v m E K =单位时间内牵引煤车提供的能量为 P E = ==21/E E K 50％ 即有50％的能量转变为煤的动能，其余部分用于在拖动煤时不可避免的滑动摩擦损耗． 2-7解：系统原来静止，水平方向受合力为零，所以其质心坐标x C 应保持不变212211m m x m x m c x ++=， 202(sin 60)202M M c x x l x ++=+202(sin 30)202M M cx x l x ''++'=+ cc x x '= '0.267M M x x m -= 2-8 解：动量守恒定律在惯性系中成立，选取地为参系，起跳前(人相对于船静止)系统的动量为V m M )(+；在起跳过程中，船减速，人加速，在跳离瞬间，船速为V V 21'=，人对船的速度为v，则人对地的速度为'V v +，此时系统的动量为V M V v m '++)'(。
浙江工业大学《固体物理》试卷A卷参考解答(2013.1)
浙江工业大学《固体物理学》课程期末试卷（A ）参考解答班级____________姓名___________学号_____________成绩_________一、填空题：（每题3分, 共30 分）1 晶体按对称性可分为__七__个大晶系，共有__14___种布拉菲格子 2. 晶体结构可简化为基元+ 点阵构成，因此，晶体的宏观对称性可能有的旋转对称操作包含（1，2，3，4，6）重轴。
3. 将晶体中相互作用的电子和原子核构成的多粒子体系简化成周期场中运动的单电子模型所作的近似有（绝热近似、平均场单电子近似和周期场近似）。
4. 金刚石晶体的结合类型是典型的___共价结合____晶体，其基元包括__2____个不等价的碳原子。
在晶体中有___3_____支声学波和___3____支光学波；5. 对晶格常数为a 的SC 晶体，与正格矢22R ai aj ak =++正交的倒格子晶面族的面指数为_（122）__，其面间距为__2/3a π_6. 离子晶体的内能来自晶体中所有离子相互吸引库仑能和重叠排斥能之和。
其体变模量K 主要取决于_排斥力变化率_；其结合能主要贡献来自于_库仑能_。
7. 根据布洛赫定理，固体中电子的波函数可表示为()()ik r k r e u r ψ⋅=。
8. 在第一布里渊区的中心附近，费米面为（近似球面）9. 负电性是用来标志 原子得失电子能力 的物理量。
同一周期，原子的负电性不断 加强（增加） 。
10. 设一维简单晶格是由N 个格点组成，则一个能带能容纳2N 个电子。
一个能带包含的能级数是N/2个。
二、解答题（每题4分, 共20 分）1.试解释能量不连续面方程(/2)0n n G k G ⋅+=几何意义和物理意义 几何意义：在k 空间从原点所作的倒格子矢量n G 垂直平分面方程，即布里渊区边界。
物理意义：基于近自由电子模型求能带结构时，在该垂直平分面上的k , 非简微扰不适用，而应运用简并微扰。
大学固体物理试题及答案
·考试时间120 分钟试题Array班级学号姓名一、简答题（共65分）1.名词解释：基元，空间点阵，复式格子，密堆积，负电性。
（10分）2.氯化钠与金刚石是复式格子还是单式格子，各自的基元中包含多少原子？分别是什么原子？（6分）3.在固体物理中为什么要引入“倒空间”的概念？（5分）4.在晶体的物相分析中，为什么使用X光衍射而不使用红外光？（5分）5.共价键的定义和特点是什么？（4分）6.声子有哪些性质？（7分）7.钛酸锶是一种常见的半导体材料，当产生晶格振动时，会形成多少支格波，其中声学支和光学支格波各多少支？（5分）8.晶格振动的Einsten模型在高温和低温下都与实验定律符合吗？为什么？（5分）9.试画出自由电子和近自由电子的D～En关系图，并解释二者产生区别的原因。
（8分）10.费米能级E f的物理意义是什么？在绝缘体中费米能级处在导带、禁带、价带的哪个中？两块晶体的费米能级本来不同，E f1≠E f2，当两块晶体紧密接触后，费米能级如何变化？（10分）二、计算题（共35分）1．铜靶发射λ=0.154nm的X射线入射铝单晶（面心立方结构），如铝（111）面一级布拉格反射角θº，试据此计算铝（111）面族的面间距d与铝的晶格常数a。
（10分）2．图示为二维正三角形晶格，相邻原子间距为a。
只计入最近邻相互作用，使用紧束缚近似计算其s能带E（k）、带中电子的速度v（k）以及能带极值附近的有效质量m*。
（15分）提示：使用尤拉公式化简3．用Debye模型计算一维单式晶格的热容。
（10分）参考答案一、简答题（共65分）1. （10分）答：基元：组成晶体的最小结构单元。
空间点阵：为了概括晶体结构的周期性，不考虑基元的具体细节，用几何点把基元抽象成为一点，则晶体抽象成为空间点阵。
复式格子：晶体由几种原子组成，但各种原子在晶体中的排列方式都是相同的（均为B格子的排列），可以说每一种原子都形成一套布拉菲子格子，整个晶体可以看成是若干排列完全相同的子格子套构而成。
《固体物理》A卷参考答案
一．简要回答以下各题（本题36分，每题6分） 1. 写出NaCl 和CsCl 的结构类型。
解答：NaCl ，面心立方 CsCl ，简单立方 都是复式格子2. 什么是费米能级？解答：T=0K 时，费米子按泡利不相容原理占据各能级，在K 空间中，占有与不占有电子的分界面为费米面，费米面处的能级为费米能。
若T 不为0K 时，则有一半量子态被电子占据的能级为费米能级。
3. 对于固体学原胞是N 的三维晶体，基元有两个原子，声学支和光学支的振动模式的数目分别是多少？ 解答： 3 ，6N-34. 什么叫简正振动模式？简正振动数目、格波数目或格波振动模式数目是否是一回事？解答：为了使问题既简化又能抓住主要矛盾，在分析讨论晶格振动时，将原子间互作用力的泰勒级数中的非线形项忽略掉的近似称为简谐近似. 在简谐近似下, 由N 个原子构成的晶体的晶格振动, 可等效成3N 个独立的谐振子的振动. 每个谐振子的振动模式称为简正振动模式, 它对应着所有的原子都以该模式的频率做振动, 它是晶格振动模式中最简单最基本的振动方式. 原子的振动, 或者说格波振动通常是这3N 个简正振动模式的线形迭加.简正振动数目、格波数目或格波振动模式数目是一回事, 这个数目等于晶体中所有原子的自由度数之和, 即等于3N .5. 什么是周期性边界条件，引入它的理由？ 解答：(1) 方便于求解原子运动方程.由本教科书的(3.4)式可知, 除了原子链两端的两个原子外, 其它任一个原子的运动都与相邻的两个原子的运动相关. 即除了原子链两端的两个原子外, 其它原子的运动方程构成了个联立方程组. 但原子链两端的两个原子只有一个相邻原子, 其运动方程仅与一个相邻原子的运动相关, 运动方程与其它原子的运动方程迥然不同. 与其它原子的运动方程不同的这两个方程, 给整个联立方程组的求解带来了很大的困难.(2) 与实验结果吻合得较好.对于原子的自由运动, 边界上的原子与其它原子一样, 无时无刻不在运动. 对于有N 个原子构成的的原子链, 硬性假定0 ,01==N u u 的边界条件是不符合事实的. 其实不论什么边界条件都与事实不符. 但为了求解近似解, 必须选取一个边界条件. 晶格振动谱的实验测定是对晶格振动理论的最有力验证。
固体物理习题参考答案
固体物理第一次习题参考答案1．如果将等体积球分别排成下列结构，设x 表示刚球所占体积与总体积之比，证明结构 x简单立方 0.526x π=≈体心立方 30.688x π=≈ 面心立方 20.746x π=≈ 六角密排 20.746x π=≈ 金刚石 30.3416x π=≈解：设钢球半径为r ，立方晶系晶格常数为a ，六角密排晶格常数为a,c 钢球体积为V 1，总体积为V 2（1）简单立方单胞含一个原子，a r =2 52.06343321≈==ππa r V V（2）体心立方取惯用单胞，含两个原子，r a 43= 68.0833423321≈=⋅=ππar V V （3）面心立方取惯用单胞，含4个原子，r a =2 74.0623443321≈=⋅=ππar V V （4）六角密排与面心立方同为密堆积结构，可预期二者具有相同的空间占有率 取图示单胞，含两个原子，a r =2 单胞高度a c 38=（见第2题） 74.062233422321≈=⋅⋅=ππc a r V V （5）金刚石取惯用单胞，含8个原子，r a 2341= 34.01633483321≈=⋅=ππar V V2．试证六方密排密堆积结构中128() 1.6333c a =≈解： 六角密排，如图示，4个原子构成正四面体222)2332(2a a c =⋅+⎪⎭⎫⎝⎛ ⇒ a c 38=3．证明：体心立方晶格的倒格子是面心立方，面心立方的倒格子是体心立方。
证：体心立方基矢取为⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧+-=++-=-+=)(2)(2)(2321k j i a a k j i a a k j i a a其中a 为晶格常数其倒格子基矢，按定义)(2)(21111114212)(223321j i b j i a kj ia a a a b+=+=--⋅=⨯Ω=πππ)(2)(2132k j b a a b +=⨯Ω=π)(2)(2213k i b a a b +=⨯Ω=π可见，体心立方的倒格子是晶格常数为a b π4=的面心立方。
固体物理试题分析及答案
1 简述Drude模型的基本思想？2 简述Drude模型的三个基本假设并解释之.• 独立电子近似：电子与电子无相互作用；• 自由电子近似：除碰撞的瞬间外电子与离子无相互作用；• 弛豫时间近似：一给定电子在单位时间内受一次碰撞的几率为1/τ。
3 在drude模型下，固体如何建立热平衡？建立热平衡的方式——与离子实的碰撞• 碰撞前后速度无关联；• 碰撞后获得速度的方向随机；• 速率与碰撞处的温度相适应。
4 Drude模型中对金属电导率的表达式。
5 在自由电子气模型当中，由能量均分定理知在特定温度T下，电子的动能为。
6 在Drude模型当中，按照理想气体理论，自由电子气的密度为n·cm-3，比热Cv=（见上图）。
7 1853年维德曼和弗兰兹在研究金属性质时发现一个定律，即在给定温度下金属的热导系数和电导率的比值为常数。
8 简述Drude模型的不足之处？、Drude模型的局限性• 电子对比热的贡献与温度无关，过大（102）• 电子速度，v2，太小（102）• 什么决定传导电子的数目？价电子？• 磁化率与温度成反比？实际无关• 导体？绝缘体？半导体？9 对于自由电子气体，系统的化学势随温度的增大而降低。
10 请给出Fermi-Dirac统计分布中，温度T下电子的能量分布函数，并进一步解释电子能量分布的特点。
在温度T下，能量为E的状态被占据的几率。
式中E F是电子的化学势，是温度的函数。
当温度为零时，电子最高占据状态能量，称为费米能级。
11 比较分析经典Maxwel-Boltzman统计分布与Fermi-Dirac统计分布对解释自由电子气能量分布的不同之处.• 基态，零度时，电子都处于费米能级以下• 温度升高时，即对它加热，将发生什么情况？• 某些空的能级将被占据，同时，原来被占据的某些能级空了出来。
12 在自由电子气模型当中若电子的能量为E, 则波矢的大小为K= 。
13 若金属的体积为V，那么在k空间中，k的态密度为。
固体物理习题及答案
固体物理第一章习题及参考答案1．题图1－1表示了一个由两种元素原子构成的二维晶体，请分析并找出其基元，画出其布喇菲格子，初基元胞和W －S 元胞，写出元胞基矢表达式。
解：基元为晶体中最小重复单元，其图形具有一定任意性（不唯一）其中一个选择为该图的正六边形。
把一个基元用一个几何点代表，例如用B 种原子处的几何点代表（格点）所形成的格子 即为布拉菲格子。
初基元胞为一个晶体及其空间点阵中最小周期性重复单元，其图形选择也不唯一。
其中一种选法如图所示。
W －S 也如图所示。
左图中的正六边形为惯用元胞。
2.画出下列晶体的惯用元胞和布拉菲格子，写出它们的初基元胞基矢表达式，指明各晶体的结构及两种元胞中的原子个数和配位数。
(1) 氯化钾 （2）氯化钛 （3）硅 （4）砷化镓 （5）碳化硅 （6）钽酸锂 （7）铍 （8）钼 （9）铂 解：基矢表示式参见教材（1－5）、（1－6）、（1－7）式。
11.对于六角密积结构，初基元胞基矢为→1a =→→+j i a 3(2 →→→+-=j i a a 3(22求其倒格子基矢，并判断倒格子也是六角的。
倒空间 ↑→ji i (B)由倒格基失的定义，可计算得Ω⨯=→→→3212a a b π=a π2)31(→→+j i →→→→→+-=Ω⨯=j i a a a b 31(22132ππ→→→→=Ω⨯=k ca ab ππ22213正空间二维元胞（初基）如图（A ）所示，倒空间初基元胞如图（B ）所示（1）由→→21b b 、组成的倒初基元胞构成倒空间点阵，具有C 6操作对称性，而C 6对称性是六角晶系的特征。
（2）由→→21a a 、构成的二维正初基元胞，与由→→21b b 、构成的倒初基元胞为相似平行四边形，故正空间为六角结构，倒空间也必为六角结构。
12．用倒格矢的性质证明，立方晶格的（hcl ）晶向与晶面垂直。
证：由倒格矢的性质，倒格矢→→→→++=321b l b k b h G hkl 垂直于晶面（h 、k 、l ）。
固体物理习题解答-完整版
2.3
若一晶体的相互作用能可以表示为 u ( r ) = − 求 1 ）平衡间距 r 0
α
r
m
+
β
rn
3 ）体弹性模量 4 ）若取
2 ）结合能 W （单个原子的）
m = 2, n = 10, r0 = 0.3 nm, W = 4 eV ，计算 α , β 值。
解 1）晶体内能 U ( r ) =
N α β (− m + n ) 2 r r
⎛ ε 11 3ε 22 ⎜ + 4 4 0 ⎞ ⎜ ⎟ ⎜ 3ε 11 3ε 22 ε 23 ⎟ = ⎜ − + 4 4 ⎜ ε 33 ⎟ ⎠ ⎜ 3ε 23 − ⎜ 2 ⎝ − 3ε 11 3ε 22 + 4 4 3ε 11 ε 22 + 4 4 − − 3ε 23 ⎞ ⎟ 2 ⎟ ε ⎟ − 23 ⎟ 2 ⎟ ε 33 ⎟ ⎟ ⎠
h k l ( )2 + ( )2 + ( )2 a b c
说明面指数简单的晶面，其面密度较大，容易解理 证 简单正交系 a ⊥ b ⊥ c 倒格子基矢 b1 = 2π
a1 = ai , a2 = bj , a3 = ck b2 = 2π a3 × a1 a1 ⋅ a2 × a3 b3 = 2π a1 × a2 a1 ⋅ a2 × a3
⎛ ε 11 ε 12 ⎜ 假 设 六 角 晶 系 统 的 介 电 常 数 为 ε = ⎜ ε 21 ε 22 ⎜ε ⎝ 31 ε 32
⎛ ε 11 ε 12 ⎜ ⎜ ε 21 ε 22 ⎜ε ⎝ 31 ε 32
ε 13 ⎞ ⎟ ε 23 ⎟ 则 由 ε = AT ε Ax 得 ε 33 ⎟ ⎠
x
ε 13 ⎞ ⎛ ε 11 − ε 12 − ε 13 ⎞ 0 ⎞ ⎛ ε 11 0 ⎟ ⎟ ⎜ ⎟ ⎜ ε 23 ⎟ = ⎜ − ε 21 ε 22 ε 23 ⎟ 可见 ε = ⎜ 0 ε 22 ε 23 ⎟ 将上式代入 ε = AzT ε Az ⎜ ⎜0 ε ε 33 ⎟ ε 33 ⎟ ε 33 ⎟ 32 ⎠ ⎠ ⎝ ⎠ ⎝ − ε 31 ε 32
大学固体物理考试题及答案参考
固体物理训练题之阳早格格创做1.晶体结构中，里心坐圆的配位数为 12 .晶体里里微瞅结构不妨瞅成是由一些相共的面子正在三维空间做周期性无限分集 .固体物理教本胞、结晶教本胞 .格波的能量量子 ，其能量为 ħωq ，准动量为 ħq .正接归一闭系 .分坐的值 ， 即只可与 Na的整数倍. 7.晶体的面缺陷典型有 热缺陷、挖隙本子、纯量本子、色心 .自由电子近似、独力电子近似、无碰碰假设、自由电子费米气体假设 .9.根据爱果斯坦模型，当T→0时，晶格热容量以 指数 的形式趋于整.10.晶体分离典型有 离子分离、共价分离、金属分离、分子分离、氢键分离 . 11.正在千万于整度时，自由电子基态的仄稳能量为 0F 53E . 摩我定容热容为 B m ,23nk C V = .13.依照惯例，里心坐圆本胞的基矢为 ⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧+=+=+=)(2)(2)(2321j i a a k i a a k j a a，体心坐圆本胞基矢为 ⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧-+=+-=++-=)(2)(2)(2321k j i a a k j i a a k j i a a. 14 .对于晶格常数为a 的简朴坐圆晶体,与正格矢k a j a i a R ˆˆˆ22++=正接的倒格子晶里族的里指数为 122 , 其里间距为 a 32π .15.根据晶胞基矢之间的夹角、少度闭系可将晶体分为 7大晶系 ，对于应的惟有14种 布推伐格子.16.按几许构型分类，晶体缺陷可分为 面缺陷、线缺陷、里缺陷、体缺陷、微缺陷 .17. 由共种本子组成的二维稀排晶体，每个本子周围有 6 个迩来邻本子.18.矮温下金属的总摩我定容热容为 3m ,bT T C V +=γ .19. 中子非弹性集射 是决定晶格振荡谱最灵验的真验要领.1.固体浮现宏瞅弹性的微瞅真量是什么？本子间存留相互效率力.2.简述倒格子的本量.P29~303. 根据量子表里简述电子对于比热的孝敬，写出表白式，并道明为什么正在下温时不妨不思量电子对于比热的孝敬而正在矮温时必须思量？4.线缺陷对于晶体的本量有何效率？举例道明.P1695.简述基础术语基元、格面、布推菲格子.基元：P9组成晶体的最小基础单元，所有晶体不妨瞅成是基元的周期性沉复排列形成.格面：P9将基元抽象成一个代表面，该代表面位于各基元中等价的位子.布推菲格子：格面正在空间周期性沉复排列所形成的阵列.6.为什么许多金属为稀积结构?问：金属分离中, 受到最小能量本理的拘束，央供本子真与公有电子电子云间的库仑能要尽大概的矮(千万于值尽大概的大).本子真越紧稀，本子真与公有电子电子云靠得便越稀切，库仑能便越矮.所以，许多金属的结构为稀积结构.7.简述爱果斯坦模型，并道明其乐成之处、缺累之处及本果问：爱果斯坦模型：假定所有的本子以相共的频次振荡乐成之处：通过采用符合的爱果斯坦温度值，正在较大温度变更的范畴内，表里估计的截止战真验截止相称佳天切合.且热容量随着温度落矮而趋于整缺累之处：温度非常矮时，热容量按温度的指数形式落矮，而真验测得截止标明：热容量按温度的3次圆落矮本果：是爱果斯坦模型忽略了各格波的频次不共8.金属中公有化电子对于热容孝敬为什么战典范表里值存留较大偏偏好？正在什么情况下应付于电子的热容孝敬给予思量，为什么？ 由于电子是费米子，按照费米－狄推克分集战泡利不相容本理，果此公有化电子不克不迭局部弥补正在最矮能级上，而是弥补正在能戴中由矮到下准连绝的能级上.正在热激励效率下，惟有费米能附近能级上的电子存留一定跃迁到下能级的机会，进而对于热容有孝敬，而大普遍电子并不介进热激励，那时制成金属中公有化电子对于热容孝敬战典范表里值存留较大偏偏好本果.通过估计创制，电子对于热容量的孝敬战温度的一次圆成正比，而晶格振荡的热容量正在矮温时战温度的三次圆成正比，果此，正在温度趋于整的情况下，电子的热容量是主要圆里，该当给予思量.1.道明自由电子的能级稀度为2123224//)(E m V dE dZ E g ⎪⎭⎫ ⎝⎛==h π.道明：P1902.道明倒格矢332211b h b h b h G h ++=与正格子晶里族（321h h h ）正接. 道明：P303. 道明体心坐圆面阵的倒易面阵是里心坐圆.道明：P31oo o A a A a A a 864321===,,，0012090===γβα,，供： 3.倒易面阵单胞基矢；（2）倒易面阵单胞体积；（3）（210）仄里的里间距.P322. 已知金属钠Na 正在常温常压下的品量稀度3970cm g m /.=ρ，本子量为23，价电子数为1，试推算千万于温度时金属钠Na 的费米能量、费米温度 、费米波矢战费米速度.P193×10-24g ，回复力常数为×10-1N/cm.一维单本子链中本子的振荡位移写成如下形式：)cos()(naq t A t x n πω2-=，供：（1）格波的色集闭系；（2）供出由5个本子组成的一维本子晶格的振荡频次.4. 已知金属铜Cu 是里心坐圆晶体，晶格常数a=3.61 10-10m ，每个本子电离时搁出一个自由电子，试推算千万于温度时金属铜的费米能量、费米温度 、费米波矢战费米速度.P194V （r ）= r m n r αβ-+表述.若m=2，n=10，而且二本子形成宁静的分子，仄稳时其核间距离为310-10m ，离解能为4eV ，试估计：α战β（10-12J ）P726.一维复式格子的晶格常数为2a，回复力常数为β，大本子品量为M，小本子品量为m，（1）列出本子疏通圆程及解的形式.（2）供特别波的色集闭系w(q).英文文件要领[6]M. D. Segall, Philip J. D. Lindan, M. J. Probert et al.First-principles simulation: ideas, illustrations and the CASTEP code, J.Phys.: Cond. Matt. 2002, 14: 2717–2744。
固体物理13年复习题考试重点1---精品管理资料
固体复习题型：一．简答题（共30分，每小题6分）5道小题二．证明题（共25分）两道小题三．计算题（共45分）分布在第四章2道，第二章、第三章各一道。
一．简答题1简述晶体的定义,说明晶体的5条宏观性质。
晶体：原子按一定的周期排列规则的固体，在微米量级的范围是有序排列的①一定的熔点；②晶体的规则外形;③在不同的带轴方向上，晶体的物理性质不同--晶体的各向异性；④晶面角守恒—-同一品种的晶体，两个相应的晶面间夹角恒定不变；⑤晶体的解理性——晶体常具有沿某些确定方位的晶面劈裂的性质.2列举晶体结合的基本类型。
离子性结合、共价结合、金属性结合、范德瓦尔斯结合和氢键结合。
3.说出简立方晶体、面心立方晶体和体心立方晶体的原胞和晶胞中所包含的原子数。
4。
说出氯化钠、氯化铯和金刚石结构晶体它们的原胞的晶格类型，每个原胞中包含的原子数.5.下面几种种典型的晶体由哪种布拉菲格子套构而成？6.下面几种典型的晶体结构的配位数(最近邻原子数）是多少？体心立方8 金刚石型结构 4简立方 6 立方硫化锌结构 47.体心立方8画出面心立方晶格结构的金属在)111(面上原子排列．(,)(，)100110面心立方9试述晶态、非晶态、准晶、多晶和单晶的特征性质。
解：晶态固体材料中的原子有规律的周期性排列,或称为长程有序.非晶态固体材料中的原子不是长程有序地排列,但在几个原子的范围内保持着有序性，或称为短程有序。
准晶态是介于晶态和非晶态之间的固体材料,其特点是原子有序排列，但不具有平移周期性。
另外,晶体又分为单晶体和多晶体：整块晶体内原子排列的规律完全一致的晶体称为单晶体；而多晶体则是由许多取向不同的单晶体颗粒无规则堆积而成的。
10晶格点阵与实际晶体有何区别和联系?解：晶体点阵是一种数学抽象，其中的格点代表基元中某个原子的位置或基元质心的位置,也可以是基元中任意一个等价的点。
当晶格点阵中的格点被具体的基元代替后才形成实际的晶体结构。
晶格点阵与实际晶体结构的关系可总结为：晶格点阵＋基元＝实际晶体结构11如何理解电负性可用电离能加亲和能来表征？使原子失去一个电子所需要的能量称为原子的电离能，电离能的大小可用来度量原子对价电子的束缚强弱。
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浙江工业大学《固体物理学》课程期末试卷（A ）参考解答
班级____________姓名___________学号_____________成绩_________
一、填空题：（每题3分, 共30 分）
1 晶体按对称性可分为__七__个大晶系，共有__14___种布拉菲格子 2. 晶体结构可简化为基元+ 点阵构成，因此，晶体的宏观对称性可能有的旋转对称操作包含（1，2，3，4，6）重轴。
3. 将晶体中相互作用的电子和原子核构成的多粒子体系简化成周期场中运动的单电子模型所作的近似有（绝热近似、平均场单电子近似和周期场近似）。
4. 金刚石晶体的结合类型是典型的___共价结合____晶体，其基元包括__2____个不等价的碳原子。
在晶体中有___3_____支声学波和___3____支光学波；
5. 对晶格常数为a 的SC 晶体，与正格矢22R ai aj ak =++正交的倒格子晶面族的面指数为_（122）__，其面间距为__2/3a π_
6. 离子晶体的内能来自晶体中所有离子相互吸引库仑能和重叠排斥能之和。
其体变模量K 主要取决于_排斥力变化率_；其结合能主要贡献来自于_库仑能_。
7. 根据布洛赫定理，固体中电子的波函数可表示为()()ik r k r e u r ψ⋅=。
8. 在第一布里渊区的中心附近，费米面为（近似球面）
9. 负电性是用来标志 原子得失电子能力 的物理量。
同一周期，原子的负电性不断 加强（增加） 。
10. 设一维简单晶格是由N 个格点组成，则一个能带能容纳2N 个电子。
一个能带包含的能级数是N/2个。
二、解答题（每题4分, 共20 分）
1.试解释能量不连续面方程(/2)0n n G k G ⋅+=几何意义和物理意义 几何意义：在k 空间从原点所作的倒格子矢量n G 垂直平分面方程，即布里
渊区边界。
物理意义：基于近自由电子模型求能带结构时，在该垂直平分面上的k , 非简微扰不适用，而应运用简并微扰。
（其物理意义相当于布洛赫波被晶格散射时满足布啦格衍射而相互加强，非简微扰不适用，而应运用简并微扰） 2. 简述近自由电近似和紧束缚近似的物理思想
近自由电子近似：金属中电子受周期场作用，周期场偏离其平均值起伏较小，作为零级近似，略去起伏，而将起伏作为微扰来处理。
紧束缚近似：电子在原子（格点）附近，主要受该原子势场作用，而将其它原子（格点）势场对该电子的作用视作微扰。
3. 分析固体物理学中原胞与单胞的区别和联系。
在结晶学中,晶胞选取的原则是既要考虑晶体结构的周期性又要考虑晶体的宏观对称性；而原胞的选取只考虑晶体结构周期性。
单胞的体积一般为原胞体积的整数倍。
4. 波矢空间与倒格空间有何关系?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 , N 1、N 2、N 3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.
5. 在立方晶格中，原胞基矢为123(/2)()a ai a aj a a i j k ===++，，的晶体为何种结构? 为什么？ 晶体的原胞的体积
301231
()2v a a a a =⋅⨯=
构造新的矢量
32()2
a
v a a i j k =-=-+
31()2
a
u a a i j k =-=
-++ 123()2
a
w a a a i j k =+-=
+- 原胞的体积和新基矢推断, 晶体结构为体心立方结构
三、计算题（共4题，50分）
1（15分）. 试求由5个原子组成的一维单原子晶格振动频率。
设原子质量248.3510g m -=⨯,恢复力常数15N/m β=。
解：第n 个原子的动力学方程：2112(2)n
n n n d m dt
μβμμμ+-=+-
其通解为：()
i t naq n Ae ωμ-=
代入上式得2
24sin ()2
aq
m βω=
（或直接给出此式5分） 利用波恩-卡门条件（周期性边界条件）N n n μμ+=，得2q h Na
π
=⨯ 因为q a
a
π
π
-
<≤
，所以22
N N
h -
<≤，N =5，故h=-2,-1,0,1,2，q 只有取： 4224,,0,,
5555q a a a a
ππππ
=-
-
故有：13
158.0610rad/s ωω==⨯
13
24 4.9910rad/s ωω==⨯
30ω= 10分
2(10分).设晶体中有N 个原胞，每个原胞中只有一个原子。
晶体中每个振子的零点振动能为
1
2
ω，试分别利用爱因斯坦模型和德拜模型求晶体的零点振动能。
（已知德拜模型的模式密度为()2
23
32s
V g v ωωπ=，V 为晶体的体积，德拜温度为D θ）
解：根据量子力学零点能是谐振子所固有的，与温度无关，故T =0K 时振动能0E 就是各振动模零点能之和。
对于爱因斯坦模型，有
013
322
E N N ωω=⨯
= 5分 对德拜模型，有
()()200230
1322m
m
s
V E E g d d v ωωωωωωωωπ==⨯⎰
⎰
4
23
316m s V v ωπ= 又因： 23
2323
33326m
m s s
V V N d v v ωωωωππ==⎰
， 所以有 3
23
6m
s
V N v ωπ= 这样4
023
39168
m m s V E N v ωωπ=
= 由于m B D k ωθ= 得09
8
B D E Nk θ=
5分 一股晶体德拜温度为~210K ，可见零点振动能是相当大的，其量值可与温
升数百度所需热能相比拟．
3(15分).根据紧束缚近似，S 态电子能量为∑⋅--=l
l R R k i at
s e J J E k E
10)(，应用最近邻近似，导出（1）晶格常数为a 的一维s 态电子能量表达式；（2）带顶和带底的有效质量；（3）能带宽度。
解：（1）∑⋅--=l
l R R k i at s e J J E k E
10)(考虑最近临格点，其坐标分别为（-a 、0）和（a 、0）代为公式可得其结果为：
ka J J E k E at s cos 2)(10--=
……….5分 （2）22
*
2
22
1/2cos E
m k a J ka
∂=
=∂ 能带底部0k = 有效质量2
*
2
1
2m a J =
能带顶部k a
π=
有效质量2*
2
1
2m a J =-
5分
（4）能带宽度 ()(0)E E E a π
∆=-14J = 5分
4(10分)设电子在周期性场中的势能函数为：
0, (1)()0, (1)(1)V na x n a d V x n a d x n a
<≤+-⎧=⎨+-<≤+⎩，其中a=2d 。
（1） 画出此势能曲线，并求其平均值；
（2） 用近自由电子近似模型，求出晶体的第一个及第二个禁带宽度。
解：(1)画势能曲线 2分
平均值：000011()2
===⎰⎰a d
V V V x dx V dx a a 3分
(2)自由电子近似中，势能函数的第n 个傅里叶系数
2200000
1
1
|()|(1)12/2ππππ---⎡⎤=
==
=
--⎣⎦⎰d
n
n i
x i
x d
n
a
a
V V V n V e dx e
a
a i n a
n
122|(1)|2|(2)|0
π==
==g g V E V E V 5分
V。