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1、寶雞文理學(xué)院試題課程名稱固體物理適 用 時(shí) 間 2011年1月 試卷類別 B 適用專業(yè)、年級、班 2008級物理教育專業(yè) 一、簡答題(每題6分,共6×5=30分)1、試述晶態(tài)、非晶態(tài)、準(zhǔn)晶、多晶和單晶的特征性質(zhì)。2、什么叫聲子?對于一給定的晶體,它是否擁有一定種類和一定數(shù)目的聲子?3、周期性邊界條件的物理含義是什么?引入這個(gè)條件后導(dǎo)致什么結(jié)果?如果晶體是無限大,的取值將會(huì)怎樣?4、金屬自由電子論作了哪些假設(shè)?得到了哪些結(jié)果?5、簡立方、面心立方、體心立方的基本特征二、試證明體心立方格子和面心立方格子互為正倒格子。(20分) 三、已知由個(gè)相同原子組成的一維單原子晶格格波的態(tài)密度可表示為
2、。式中是格波的最高頻率。求證它的振動(dòng)??倲?shù)恰好等于。(15分)四、由個(gè)原子(離子)所組成的晶體的體積可寫成。式中為每個(gè)原子(離子)平均所占據(jù)的體積;為粒子間的最短距離;為與結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù)。試求下列各種結(jié)構(gòu)的值:求:簡單立方點(diǎn)陣;面心立方點(diǎn)陣;體心立方點(diǎn)陣;金剛石點(diǎn)陣; NaCl點(diǎn)陣;(15分)五、一晶體原胞基矢大小,基矢間夾角,。試求:(1) 倒格子基矢的大小;(2) 正、倒格子原胞的體積;(3) 正格子(210)晶面族的面間距。(20分) 寶雞文理學(xué)院試題參考答案與評分標(biāo)準(zhǔn)課程名稱 固體物理 適 用 時(shí) 間 2011年1月 試卷類別 A 適用專業(yè)、年級、班07物理教育 一、簡答題(每小題6分
3、,5×6=30分)1、試述晶態(tài)、非晶態(tài)、準(zhǔn)晶、多晶和單晶的特征性質(zhì)。 解:晶態(tài)固體材料中的原子有規(guī)律的周期性排列,或稱為長程有序。非晶態(tài)固體材料中的原子不是長程有序地排列,但在幾個(gè)原子的范圍內(nèi)保持著有序性,或稱為短程有序。準(zhǔn)晶態(tài)是介于晶態(tài)和非晶態(tài)之間的固體材料,其特點(diǎn)是原子有序排列,但不具有平移周期性。另外,晶體又分為單晶體和多晶體:整塊晶體內(nèi)原子排列的規(guī)律完全一致的晶體稱為單晶體;而多晶體則是由許多取向不同的單晶體顆粒無規(guī)則堆積而成的。2、什么叫聲子?對于一給定的晶體,它是否擁有一定種類和一定數(shù)目的聲子?解:聲子就是晶格振動(dòng)中的簡諧振子的能量量子,它是一種玻色子,服從玻色愛因斯坦統(tǒng)
4、計(jì),即具有能量為的聲子平均數(shù)為對于一給定的晶體,它所對應(yīng)的聲子種類和數(shù)目不是固定不變的,而是在一定的條件下發(fā)生變化。3、周期性邊界條件的物理含義是什么?引入這個(gè)條件后導(dǎo)致什么結(jié)果?如果晶體是無限大,的取值將會(huì)怎樣?解:由于實(shí)際晶體的大小總是有限的,總存在邊界,而顯然邊界上原子所處的環(huán)境與體內(nèi)原子的不同,從而造成邊界處原子的振動(dòng)狀態(tài)應(yīng)該和內(nèi)部原子有所差別。考慮到邊界對內(nèi)部原子振動(dòng)狀態(tài)的影響,波恩和卡門引入了周期性邊界條件。其具體含義是設(shè)想在一長為的有限晶體邊界之外,仍然有無窮多個(gè)相同的晶體,并且各塊晶體內(nèi)相對應(yīng)的原子的運(yùn)動(dòng)情況一樣,即第個(gè)原子和第個(gè)原子的運(yùn)動(dòng)情況一樣,其中1,2,3。引入這個(gè)條件
5、后,導(dǎo)致描寫晶格振動(dòng)狀態(tài)的波矢只能取一些分立的不同值。如果晶體是無限大,波矢的取值將趨于連續(xù)。4、金屬自由電子論作了哪些假設(shè)?得到了哪些結(jié)果?解:金屬自由論假設(shè)金屬中的價(jià)電子在一個(gè)平均勢場中彼此獨(dú)立,如同理想氣體中的粒子一樣是“自由”的,每個(gè)電子的運(yùn)動(dòng)由薛定諤方程來描述;電子滿足泡利不相容原理,因此,電子不服從經(jīng)典統(tǒng)計(jì)而服從量子的費(fèi)米狄拉克統(tǒng)計(jì)。根據(jù)這個(gè)理論,不僅導(dǎo)出了魏德曼佛蘭茲定律,而且而得出電子氣對晶體比熱容的貢獻(xiàn)是很小的。5、簡立方、面心立方、體心立方的基本特征:簡立方的基本特征:晶胞常數(shù)為a,包括一個(gè)原子,半徑為r,點(diǎn)陣內(nèi)最近原子距離為a,配位數(shù)為6。故,則致密度為:面心立方基本特征
6、:晶胞常數(shù)為a,包括四個(gè)原子,半徑為r,點(diǎn)陣內(nèi)最近原子距離為,配位數(shù)為12。故,則致密度為:體心立方基本特征:晶胞常數(shù)為a,包括兩個(gè)原子,半徑為r,點(diǎn)陣內(nèi)最近原子距離為,配位數(shù)為8。故,則致密度為:密排六方基本特征:晶胞常數(shù)為a,包括六個(gè)原子,半徑為r,點(diǎn)陣內(nèi)最近原子距離為a=2r,配位數(shù)為12。,則,c/2a2r則致密度為:二、試證明體心立方格子和面心立方格子互為正倒格子。(20分)解:我們知體心立方格子的基矢為: (3分)根據(jù)倒格子基矢的定義,我們很容易可求出體心立方格子的倒格子基矢為: (5分)由此可知,體心立方格子的倒格子為一面心立方格子。同理可得出面心立方格子的倒格子為一體心立方格子
7、,所以體心立方格子和面心立方格子互為正倒格子。(2分)三、已知由個(gè)相同原子組成的一維單原子晶格格波的態(tài)密度可表示為(15)。式中是格波的最高頻率。求證它的振動(dòng)模總數(shù)恰好等于。解:由題意可知該晶格的振動(dòng)??倲?shù)為 (3分)(2分) (5分)四、由個(gè)原子(離子)所組成的晶體的體積可寫成。式中為每個(gè)原子(離子)平均所占據(jù)的體積;為粒子間的最短距離;為與結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù)。試求下列各種結(jié)構(gòu)的值:求:簡單立方點(diǎn)陣;面心立方點(diǎn)陣;體心立方點(diǎn)陣;金剛石點(diǎn)陣; NaCl點(diǎn)陣;(15分)解:(1)在簡單立方點(diǎn)陣中,每個(gè)原子平均所占據(jù)的體積,故;(2)在面心立方點(diǎn)陣中,每個(gè)原子平均所占據(jù)的體積,故;(3)在體心立方點(diǎn)陣,每個(gè)原子平均所占據(jù)的體積,故;(4)在金剛石點(diǎn)陣中,每個(gè)原子平均所占據(jù)的體積,故;(5)在NaCl點(diǎn)陣中,每個(gè)原子平均所占據(jù)的體積;故。五、計(jì)算題(20分)一晶體原胞基矢大小,基矢間夾角,。試求:(1)倒格子基矢的大??;(2)正、倒格子原胞的體積;(3)正格子(2
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