2021-2022學年高二物理競賽課件：結合力的一般性質

1、結合力的一般性質結合力的一般性質一、原子間的相互作用晶體中粒子之間的相互作用根據粒子之間的距離的不同可以表現為吸引作用和排斥作用。距離較大時，表現為吸引作用，距離較小時，表現為排斥作用。而在某一適當距離兩種作用相互抵消，使晶體結構處于穩(wěn)定。Epror0吸引作用來源于異性電荷之間的庫侖引力；排斥作用來源于兩個方面，一是同性電荷的相互排斥，二是泡利不相容原理所引起的排斥力。兩個原子之間的勢能作用曲線由 得作用力關系曲線，當兩原子間距離較大，吸引力隨原子間距離的減小而迅速增大，而排斥力則很小，總的作用力小于0，表現為吸引力，從而將原子聚集起來；當原子間距離很小時，排斥力就表現出來，并隨著r的減小，比

2、吸引力更快的增大，總的作用力大于0，表現為斥力，以阻止原子間的兼并。在某一適當距離r=r0時，引力和斥力相抵消，f(r0)=0 ,fro兩個原子之間的相互作用勢能經常用冪函數來表達：其中，A B m n都是大于0的常數，第一項為表示吸引能，第二項表示排斥能，必須 nm晶體的內能不用量子力學的方法求解系統(tǒng)的能量狀態(tài)，用經典的方法處理晶體的總的相互作用勢能，可以認為晶體總的相互作用勢能是原子對之間相互作用勢能之和。設晶體中第i,j兩個原子之間的距離為rij，相互作用勢能為u(rij)，則由N個原子組成的晶體中，第i個原子與晶體中所有原子的相互作用勢能為晶體中另外的N-1個原子同第i個原子一樣，也同

3、其它原子存在相互作用勢能N 個原子組成的晶體的總的相互作用勢能可以寫為如果晶體是完整的而且是無限大的，則晶體中每個原子與其它原子的相互作用勢能都相同。對于實際晶體，由于存在表面，表面層內的原子受到的作用顯然不同于晶體內部的原子，對晶體而言，每個原子與其它原子的相互作用勢能不再是相同的，只能用上式求解，但一般表面層內的原子數要比晶體總的原子數少得多，既可以忽略表面層內的原子，也可以認為表面層內的原子與其它原子的相互作用勢能相同。則這個式子是可以具體計算的，對于u(r1j),當r1j較大時，必定趨向于0，因此，只需要根據具體的晶體結構計算近鄰，次近鄰，次次近鄰等有限幾個原子與第個原子的相互作用勢能

4、就可以了。壓縮系數、體積彈性模量晶體總的相互作用勢能取決于原子數目和原子間距，是晶體體積的函數，可以通過理論計算得到實驗可以測定的壓縮系數、體積彈性模量等，達到驗證理論的目的等。設體積V內有N個原胞，每個原胞的體積為v，令U代表N個原胞的總的互作用能，用u(v)表示每個原胞的平均勢能。U=Nu(v) V=Nv要改變晶體的體積，需施加外力，并對晶體做功，設在壓強P作用下，晶體體積的增量為，則外界對晶體做功為如果不考慮晶體中原子的熱振動，而且不考慮傳熱固體的壓縮系數：壓強變化引起的體積變化率對體積的平均值。體積彈性模量定義為壓縮系數的倒數將P代入上式得晶體處于平衡狀態(tài)下（體積為V0）的體積彈性模量為因為不考慮原子振動（晶體始終處于0K），等溫條件自然滿足。U 是原子間距離的函數，只是V 的隱函數，具體求K 需要變換一下，以面心立方結構為例a設R為最近鄰原子之間的距離，則=0氫鍵晶體在有些氫的化合物晶體中，氫原子可以同時和兩個電負性很大而原子半徑較小的原子（O,F,N）相結合，這種特殊的結合稱為氫鍵。形成氫鍵的原因：氫原子只有一個電子，但它的電離能特別大（13.6eV)，難以形成離子鍵；當它的唯一的外層電子與其它原子形成共價鍵時，氫核便暴露在外了，該氫核還可以通過庫侖力的作用與電負性較大的