固体物理学 要点

固体物理复习要点

第一章，第二章的前三节，第三章的1,2,4节，第五章（第四节除外），第六章的前四节

第一章

1、晶体有哪些宏观特性

答：自限性、晶面角守恒、解理性、晶体的各向异性、晶体的均匀性、晶体的对称性、固定的熔点

这是由构成晶体的原子和晶体内部结构的周期性决定的。说明晶体宏观特性是微观特性的反映

2、什么是空间点阵

答：晶体可以看成由相同的格点在三维空间作周期性无限分布所构成的系统，这些格点的总和称为点阵。

3、什么是简单晶格和复式晶格

答：简单晶格：如果晶体由完全相同的一种原子组成，且每个原子周围的情况完全相同，则这种原子所组成的网格称为简单晶格。

复式晶格：如果晶体的基元由两个或两个以上原子组成，相应原子分别构成和格点相同的网格，称为子晶格，它们相对位移而形成复式晶格。

4、试述固体物理学原胞和结晶学原胞的相似点和区别。

答：(1)固体物理学原胞(简称原胞)

构造：取一格点为顶点，由此点向近邻的三个格点作三个不共面的矢量，以此三个矢量为边作平行六面体即为固体物理学原胞。

特点：格点只在平行六面体的顶角上，面上和内部均无格点，平均每个固体物理学原胞包含1个格点。它反映了晶体结构的周期性。

(2)结晶学原胞（简称晶胞）

构造：使三个基矢的方向尽可能地沿着空间对称轴的方向，它具有明显的对称性和周期性。

特点：结晶学原胞不仅在平行六面体顶角上有格点，面上及内部亦可有格点。其体积是固体物理学原胞体积的整数倍。

5、晶体包含7大晶系，14种布拉维格子，32个点群试写出7大晶系名称；并写出立方晶系包含哪几种布拉维格子。答：七大晶系：三斜、单斜、正交、正方、六方、菱方、立方晶系。

6．在晶体的宏观对称性中有哪几种独立的对称元素写出这些独立元素。

答：

7.密堆积结构包含哪两种各有什么特点

答：(1)六角密积

第一层：每个球与6个球相切，有6个空隙，如编号1,2,3,4,5,6。

第二层：占据1,3,5空位中心。

第三层：在第一层球的正上方形成ABABAB······排列方式。

六角密积是复式格，其布拉维晶格是简单六角晶格。

基元由两个原子组成，一个位于(000)，另一个原子位于

(2)立方密积

第一层：每个球与6个球相切，有6个空隙，如编号为1,2,3,4,5,6。

第二层：占据1，3，5空位中心。

第三层：占据2，4，6空位中心，按ABCABCABC······方式排列，形成面心立方结构，称为立方密积。

8.试举例说明哪些晶体具有简单立方、面心立方、体心立方、六角密积结构。并写出这几种结构固体物理学原胞基矢。 答：CsCl 、ABO3 ； NaCl ； ； 纤维锌矿ZnS

9.会从正格基矢推出倒格基矢，并知道倒格子与正格子之间有什么区别和联系

10.会画二维晶格的布里渊区。

11.会求晶格的致密度。

12.会求晶向指数、晶面指数，并作出相应的平面。

13.理解原子的形状因子，会求立方晶格结构的几何结构因子。

射线衍射的几种基本方法是什么各有什么特点

答：劳厄法：(1)单晶体不动，入射光方向不变；(2)X 射线连续谱，波长在

间变化，反射球半径 转动单晶法：(1)X 射线是单色的；(2)晶体转动。 粉末法 ：(1)X 射线单色(固定)；(2)样品为取向各异的单晶粉末。

第二章 1、什么是晶体的结合能，按照晶体的结合力的不同，晶体有哪些结合类型及其结合力是什么力 答：晶体的结合能就是将自由的原子（离子或分子）结合成晶体时所释放的能量。

结合类型：离子晶体—离子键 分子晶体—范德瓦尔斯力 共价晶体—共价键

金属晶体—金属键 氢键晶体—氢键

2、原子间的排斥力主要是什么原因引起的

库仑斥力 与 泡利原理 引起的

3、离子晶体有哪些特点为什么会有这些特点

答：离子晶体主要依靠吸引较强的静电库仑力而结合，其结构十分稳固，结合能的数量级约在800kJ/mol 。结合的稳定性导致了导电性能差，熔点高，硬度高和膨胀系数小等特点。

4、试述共价键定义，为什么共价键具有饱和性和方向性的特点

答：共价键是的一种，两个或多个共同使用它们的外层，在理想情况下达到电子的状态，由此组成比较稳定和坚固的max min ~λλmax

min π2π

2λλ<

化学结构叫做共价键。

当原子中的电子一旦配对后，便再不能再与第三个电子配对，因此当一个原子与其他原子结合时，能够形成共价键的数目有一个最大值，这个最大值取决于它所含有的未配对的电子数。即由于共价晶体的配位数较低，所以共价键才有饱和性的特点。另一方面，当两个原子在结合成共价键时，电子云发生交叠，交叠越厉害，共价键结合就越稳固，因此在结合时，必定选取电子云交叠密度最大的方位，这就是共价键具有方向性的原因。

5、金属晶体的特点是什么为什么会有这些特点一般金属晶体具有何种结构，最大配位数为多少

答：特点：良好的导电性和导热性，较好的延展性，硬度大，熔点高。

金属性的结合方式导致了金属的共同特性。金属结合中的引力来自于正离子实与负电子气之间的库仑相互作用，而排斥力则有两个来源，由于金属性结合没有方向性要求的缘故，所以金属具有很大的塑性，即延展性较好。

金属晶体多采用立方密积（面心立方结构）或六角密积，配位数均为12；少数金属为体心立方结构，配位数为8。

6、简述产生范德瓦斯力的三个来源为什么分子晶体是密堆积结构

答：来源：1、极性分子间的固有偶极矩产生的力称为Keesen力；2、感应偶极矩产生的力称为Debye力；3、非极性分子间的瞬时偶极矩产生的力称为London力。

由于范德瓦耳斯力引起的吸引能与分子间的距离r的6次方成反比，因此，只有当分子间的距离r很小时范德瓦耳斯力才能起作用。而分子晶体的排斥能与分子间的距离r的12次方成反比，因此排斥能随分子间的距离增加而迅速减少。范德瓦耳斯力没有方向性，也不受感应电荷是否异同号的限制，因此，分子晶体的配位数越大越好。配位数越大，原子排列越密集，分子晶体的结合能就越大，分子晶体就越稳定，在自然界排列最密集的晶体结构为面心立方或六方密堆积结构。

7、什麽叫氢键试举出氢键晶体的例子

答：氢原子同时与两个负电性较大，而原子半径较小的原子（O、F、N等）结合，构成氢键。

如：水（H2O），冰，磷酸二氢钾（KH2PO40），脱氧核糖酸（DNA）等。

第三章 1、会推导一维单原子链的色散关系。

2、引入玻恩卡门条件的理由是什么

答：(1) 方便于求解原子运动方程.

由本教科书的式可知, 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