固体物理作业题
奥鹏东师 固体物理练习题答案.doc
《固体物理》练习题一答案一、填空题（本题共5小题，每小题3分，共15分） 1. （ 六角 ）（ 6 ）2. ( 夫伦克尔缺陷和肖脱基缺陷 )。
3.（ 费米面 ），（ 费米能级 ）。
4.（ 面心立方 ）． 5．（ 6）． 6.二、简答题（本题共３小题，每小题５分，共１５分）１．有人说“晶体的内能就是晶体的结合能”，对吗？请解释。
答：不对。
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结合能。
而晶体的内能是指原子的动能加原子间的相互作用势能之和。
0K 时，原子还存在零点振动能。
但零点振动能与原子间的相互势能的绝对值相比小得多，所以在0K 时原子间的相互势能的绝对值近似等于晶体的结合能。
２．请解释什么是布洛赫电子和布洛赫波。
答：布洛赫电子亦称“晶体电子”。
晶体是由许多原子按周期性排列所构成，故晶体中电子受到周期性原子势场作用，其波函数被晶格周期势场调制，变成由周期函数所调制的平面波，称为布洛赫波。
３．试解释本征半导体与绝缘体能带结构的基本特征。
解：在低温下，本征半导体的能带与绝缘体的能带结构相同，但本征半导体的禁带较窄，禁带宽度通常在2个电子伏特以下。
由于禁带窄，本征半导体禁带下满带顶电子可以借助热激发，跃迁到禁带上面空带的底部，使满带不满，空带不空，二者都对导电有贡献。
4、答：原子电负性的差别大的形成离子晶体，差别小的易形成分子晶体。
5、答：晶体中的一种线缺陷。
主要形成机制是滑移，位错线运动方向与滑移方向相同，好似晶体中嵌入半个原于平面，在原子平面的中断处就是一个刃位错。
小角晶界可以看作是一系列刃位错的组合。
6、答：对于导体材料，晶体能带中除了满带外，存在不满带，其价电子能带是不满带。
对于本征半导体，晶体能带中除了满带外，就是空带，而且，最高的满带与最低的空带之间的禁带宽度较较窄。
满带电子是不导电的，而不满带电子可以导电，导体之所以能导电，是因为存在不满带。
初中固体物理试题及答案
初中固体物理试题及答案一、选择题（每题2分，共20分）1. 固体的三种基本类型是（）。
A. 晶体、非晶体、准晶体B. 晶体、非晶体、多晶体C. 晶体、非晶体、单晶体D. 晶体、多晶体、准晶体答案：A2. 晶体的特点是（）。
A. 无规则排列B. 规则排列C. 部分规则排列D. 完全无序排列答案：B3. 非晶体与晶体的主要区别在于（）。
A. 原子排列方式B. 原子大小C. 原子种类D. 原子数量答案：A4. 晶体的熔点通常比非晶体的熔点（）。
A. 低B. 高C. 相同D. 不可比较答案：B5. 准晶体是一种介于晶体和非晶体之间的固体，其特点是（）。
A. 完全无序排列B. 长程有序但不具备周期性C. 规则排列D. 完全有序排列答案：B6. 晶体的X射线衍射图样是（）。
A. 无规则的斑点B. 规则的点状图案C. 连续的曲线D. 无规则的条纹答案：B7. 固体的热膨胀系数是指（）。
A. 固体在加热时体积不变B. 固体在加热时体积变化的比率C. 固体在冷却时体积变化的比率D. 固体在加热时质量变化的比率答案：B8. 固体的导电性主要取决于（）。
A. 原子的质量B. 原子的排列方式C. 原子的体积D. 原子的数量答案：B9. 金属导电的原因是（）。
A. 金属内部有自由移动的电子B. 金属内部有自由移动的原子C. 金属内部有自由移动的离子D. 金属内部有自由移动的分子答案：A10. 半导体的导电性介于（）之间。
A. 金属和绝缘体B. 金属和非金属C. 非金属和绝缘体D. 金属和晶体答案：A二、填空题（每题2分，共20分）1. 晶体的三种基本类型是单晶体、多晶体和________。
答案：准晶体2. 晶体的原子排列具有________性。
答案：长程有序3. 非晶体的原子排列具有________性。
答案：短程有序4. 晶体的熔点较高是因为其内部________。
答案：原子排列紧密5. 准晶体的原子排列具有________性。
初中固体物理试题及答案
初中固体物理试题及答案一、选择题（每题2分，共20分）1. 固体物质的分子排列特点是：A. 无规则排列B. 规则排列C. 部分规则排列D. 完全无序排列答案：B2. 固体物质的分子间作用力是：A. 引力B. 斥力C. 引力和斥力D. 无作用力答案：C3. 下列物质中，属于晶体的是：A. 玻璃B. 橡胶C. 食盐D. 沥青答案：C4. 晶体与非晶体的主要区别在于：A. 颜色B. 形状C. 熔点D. 分子排列答案：D5. 固体物质的熔化过程需要：A. 吸收热量B. 放出热量C. 保持热量不变D. 无法判断答案：A6. 固体物质的硬度与下列哪项因素有关：A. 分子间作用力B. 分子质量C. 分子体积D. 分子形状答案：A7. 固体物质的导电性与下列哪项因素有关：A. 分子间作用力B. 分子运动速度C. 电子的自由移动D. 分子的排列方式答案：C8. 晶体的熔点与下列哪项因素有关：A. 晶体的纯度B. 晶体的颜色C. 晶体的形状D. 晶体的密度答案：A9. 固体物质的热膨胀现象说明：A. 分子间距离不变B. 分子间距离减小C. 分子间距离增大D. 分子间距离先增大后减小答案：C10. 固体物质的热传导性与下列哪项因素有关：A. 分子间作用力B. 分子运动速度C. 电子的自由移动D. 分子的排列方式答案：A二、填空题（每空1分，共20分）1. 固体物质的分子排列特点是________，而非晶体物质的分子排列特点是________。
答案：规则排列；无规则排列2. 固体物质的熔化过程中，分子间________，分子间距离________。
答案：作用力减弱；增大3. 晶体的熔点与________有关，而非晶体没有固定的熔点。
答案：晶体的纯度4. 固体物质的硬度与分子间________有关，分子间作用力越强，硬度越大。
答案：作用力5. 固体物质的热膨胀现象是由于温度升高，分子间距离________。
答案：增大三、简答题（每题10分，共30分）1. 简述晶体与非晶体的区别。
固体物理期末试题及答案
固体物理期末试题及答案一、选择题（每题5分，共20分）1. 下列关于晶体的说法，错误的是：A. 晶体具有规则的几何外形B. 晶体内部原子排列是无序的C. 晶体具有各向异性D. 晶体具有固定的熔点答案：B2. 电子在金属中的自由运动是金属导电的主要原因，这种现象称为：A. 金属键B. 离子键C. 共价键D. 范德华力答案：A3. 半导体材料的导电性介于导体和绝缘体之间，这是因为：A. 半导体材料中的电子不能自由移动B. 半导体材料中的电子在特定条件下才能自由移动C. 半导体材料中的电子数量少于导体D. 半导体材料中的电子数量多于绝缘体答案：B4. 根据泡利不相容原理，一个原子轨道中最多可以容纳的电子数是：A. 1个B. 2个C. 4个D. 8个答案：B二、填空题（每题5分，共20分）1. 晶体的三种基本类型是________、________和________。
答案：单晶体、多晶体、非晶体2. 根据能带理论，固体中的能带可以分为________和________。
答案：导带、价带3. 固体物理中，费米能级是指在绝对零度时，电子占据的最高能级，其对应的温度是________。
答案：0K4. 根据德布罗意波理论，物质粒子也具有波动性，电子的波长与其动量成________关系。
答案：反比三、简答题（每题10分，共30分）1. 简述布拉格定律及其在晶体结构分析中的应用。
答案：布拉格定律是指当X射线或电子波以一定角度入射到晶体表面时，如果满足nλ=2d*sinθ的条件，其中n为整数，λ为波长，d为晶面间距，θ为入射角，那么会发生衍射现象。
这个定律在晶体结构分析中非常重要，因为它允许科学家通过测量衍射角来确定晶体的晶面间距和晶体结构。
2. 解释什么是超导现象，并简述其应用。
答案：超导现象是指某些材料在低于临界温度时，电阻突然降为零的现象。
这意味着在超导状态下，电流可以在材料内部无损耗地流动。
超导现象的应用非常广泛，包括但不限于磁悬浮列车、粒子加速器中的超导磁体、以及医疗成像设备如MRI。
固体物理作业及答案
固体物理作业2.1 光子的波长为20 nm ，求其相应的动量与能量。
答：由λhP =，υh E =得：动量12693410313.3102010626.6----⋅⋅⨯=⨯⋅⨯==m s J ms J hP λ 能量J ms m s J chh E 189183410932.9102010998.210626.6----⨯=⨯⋅⨯⨯⋅⨯===λυ2.2 作一维运动的某粒子的波函数可表达为：, 求归一化常数A? 粒子在何处的几率最大？答：再由2)()(x x ψω=得：222)()(x a x A x -=ω 其中 a x ≤≤0；322222462)(x A x aA x A a dx x d +-=ω 令0)(=dx x d ω得：2,21a x a x ==而a x =1时，0)(=x ω，显然不是最大； 故当22ax =时，粒子的几率最大。
3.1 晶体中原子间的排斥作用和吸引作用有何关系？在什么情况下排斥力和吸引力分别起主导作用？ 答：在原子由分散无规的中性原子结合成规则排列的晶体过程中, 吸引力起到了主要作用. 在吸引力的作用下, 原子间的距离缩小到一定程度, 原子间才出现排斥力. 当排斥力与吸引力相等时, 晶体达到稳定结合状态. 可见, 晶体要达到稳定结合状态, 吸引力与排斥力缺一不可. 设此时相邻原子间的距离为0r , 当相邻原子间的距离0r r 时, 吸引力起主导作用;当相邻原子间的距离0r r 时, 排斥力起主导作用。
3.2已知某晶体中相邻两原子间的相互作用势能可表达为：(1) 求出平衡时两原子间的距离；(2) 平衡时的结合能；(3) 若取m=2, n=10，两原子间的平衡距离为3 Å，晶体的结合能为4 eV/atom 。
请计算出A 和B 的值。
答：设平衡时原子间的距离为0r 。
达到平衡时，相互作用势能应具有最小值，即)(r u 满足：0)(0=∂∂r rr u ，求得mn AmBn r -=10)(……（1） 将0r 代入，得平衡时的结合能mn mn m AmBn AmBn A r u --+-=n 0)(B )()( (2)当m=2，n=10时，由（1）式得5B=A 0r 8，再由0r =3Å，)(0r u -=4eV 代人（2）式可得： 109610001090.54)(m eV r r u B ⋅⨯=-=- 2192000100201050.4)(45)(m eV r r u r u r r A ⋅⨯=-=⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡-=-B4.1 一定温度下，一个光学波的声子数目多，还是声学波的声子数目多？ 答：频率为的格波的(平均) 声子数为：.因为光学波的频率比声学波的频率高, ()大于(), 所以在温度一定情况下, 一个光学波的声子数目少于一个声学波的声子数目.4.2 爱因斯坦模型和德拜模型的主要近似分别是什么？简述德拜温度及其物理意义。
固体物理40题
1. 设晶体中的每个振子的零点振动能.试用德拜模型求晶体的零点振动能.证明: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。
()()()000012mE E g d E ωωωωωω==⎰将和()22332s V g v ωωπ=代入积分有402339168m m s V E N v ωωπ==，由于098m B D B D k E Nk ωθθ==得 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．2. 试画出二维长方格子的第一、第二布里渊区.3. 证明：在磁场中运动的布洛赫电子，在K 空间中,轨迹面积A n 和在r 空间的轨迹面积S n之间的关系A n= (qB hc)2S n()d k d rc qv B q B dt dt⋅=-⨯=--⋅解： dk qB dr dt c dt∴=⋅ t k qBr c两边对积分,即 =22()()n n A r c S k qB∴== 4. 证明：面心立方晶格的倒格子为体心立方. 解：面心立方晶格的基矢为()()()a a aa j ,b ,c 222k i k i j =+=+=+ 则面心立方原胞体积3V []4a abc ⋅⨯==a 2bc V π*⨯=面心立方倒格矢 ()()2384a i k i j a π=⋅+⨯+()ai j k π-++2=()b a i j k π*=-+2同理： ，()ac i j k π*=+-2 a b c ***显然，，为体心立方原胞基矢，因此面心立方晶格倒格子为体心立方 5. 证明：根据倒格子的定义证明简单立方格子体积与其倒格子体积成反比解:设简单立方晶格常数为a ，则基矢为a ,b ,c ,V a ai a j ak ===3体积=其倒格矢2312b 2a a i V aππ⨯==，3122b 2a a j V a ππ⨯==，1232b 2a a k V a ππ⨯== 则倒格子体积()31232[]V b b b Vπ*=⋅⨯=6. 是否存在与库伦力无关的晶型，为什么？答：不存在与库仑力无关的晶型，因为①共价结合中电子虽不能脱离电负性 的原子，但靠近的两个原子各给出一个电子，形成电子共有的形状，位于两原子之间通过库仑力把两个原子结合起来。
固体物理题目总汇
固体物理题目总汇填空题1、根据固体材料中原子排列的方式可以将固体材料分为晶体、非晶体和准晶体。
2、晶体结构=点阵+基元3、晶体的比热包括晶格比热和电子比热。
4、结晶学中，属于立方晶系的布拉维晶胞有简单立方、体心立方和面心立方三种。
5、密堆结构有两种：六方密堆积和立方密堆积。
6、原子电负性在一个周期内由左到右不断升高，周期表由上到下，负电性逐渐降低。
7、限定波矢q的取值范围在第一布里渊区8、金属的未满能带叫价带或导带。
1、人们利用某射线衍射测定晶体结构。
3、晶体的热学性质，如比热、热膨胀和热传导等就与晶格振动密切有关。
4、声子是一种准粒子，不具有通常意义下的动量，常把q称为声子的准动量。
5、根据晶体缺陷在空间延伸的线度晶体缺陷可分为点缺陷~线缺陷、面缺陷和体缺陷。
6、V心是F心的反型体。
1、晶体的基本结构单元称为基元2、面心立方晶胞的晶格常数为a，其倒格子原胞的体积等于323/a33、布拉维空间点阵共有14种，归为7种晶系。
5、一维双原子链的色散关系中频率较低的一支叫声学支（声频支），它很像单原子链中的声学支，；频率较高的一支则叫光学支（光频支）。
6、面缺陷有堆垛层错、小角晶界和晶粒间界三种主要形式。
8、一般情况下晶体电子的近似质量是张量，自由电子的惯性质量是标量。
9、对复式晶格，格波可分为声学波和光学波。
1、体心立方结构的第一布里渊区是菱形十二面体。
2、已知某晶体的基矢取为a1、a2、a3，某一晶面在三个基矢上的截距分别为3，2，-1，则该晶面的晶面指数为2363、倒格矢体现了晶面的面间距和法向。
8、晶体中的载流子是电子和空穴2、正格子原胞体积与倒格子原胞体积之积为233、金刚石晶体的基元含有2个原子，其晶胞含有8个碳原子。
6、准晶是介于周期性晶体和非晶玻璃之间的一种新的固体物质形态。
8、晶格振动的简化模型主要有爱因斯坦模型和德拜模型。
1、面心立方结构的第一布里渊区是十四面体。
2、代表基元中的几何点称为格点。
固体物理学考试题及答案
固体物理学考试题及答案一、选择题（每题2分，共20分）1. 固体物理学中，描述晶体中原子排列的周期性规律的数学表达式是（）。
A. 布洛赫定理B. 薛定谔方程C. 泡利不相容原理D. 费米-狄拉克统计答案：A2. 固体中电子的能带结构是由（）决定的。
A. 原子的核外电子B. 晶体的周期性势场C. 原子的核电荷D. 原子的电子云答案：B3. 在固体物理学中，金属导电的原因是（）。
A. 金属中存在自由电子B. 金属原子的电子云重叠C. 金属原子的价电子可以自由移动D. 金属原子的电子云完全重叠答案：C4. 半导体材料的导电性介于导体和绝缘体之间，这是因为（）。
A. 半导体材料中没有自由电子B. 半导体材料的能带结构中存在带隙C. 半导体材料的原子排列无序D. 半导体材料的电子云完全重叠答案：B5. 固体物理学中，描述固体中电子的波动性的数学表达式是（）。
A. 薛定谔方程B. 麦克斯韦方程C. 牛顿第二定律D. 热力学第一定律答案：A6. 固体中声子的概念是由（）提出的。
A. 爱因斯坦B. 德拜C. 玻尔D. 费米答案：B7. 固体中电子的费米能级是指（）。
A. 电子在固体中的最大能量B. 电子在固体中的最小能量C. 电子在固体中的平均水平能量D. 电子在固体中的动能答案：A8. 固体物理学中，描述固体中电子的分布的统计规律是（）。
A. 麦克斯韦-玻尔兹曼统计B. 费米-狄拉克统计C. 玻色-爱因斯坦统计D. 高斯统计答案：B9. 固体中电子的能带理论是由（）提出的。
A. 薛定谔B. 泡利C. 费米D. 索末菲答案：D10. 固体中电子的跃迁导致（）的发射或吸收。
A. 光子B. 声子C. 电子D. 质子答案：A二、填空题（每题2分，共20分）1. 固体物理学中，晶体的周期性势场是由原子的______产生的。
答案：周期性排列2. 固体中电子的能带结构中，导带和价带之间的能量区域称为______。
答案：带隙3. 金属导电的原因是金属原子的价电子可以______。
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图1.3 体心立方晶格和（100）、（110） 以及（111）面上原子排布示意图
（2）面心立方 （100）面：图1.4中3、4、8、7和13号原子所在的面， 原子排布如图1.4（b）所示； （110）面：图1.4中2、4、8、6、9和10号原子所在 的面，原子排布如图1.4（c）所示； （111）面：图1.4中2、4、5、9、12和14号原子所在 的面，原子排布如图1.4（d）所示。
→ → → → →
因为对立方晶系，晶列[hkl]与晶面族（hkl）正 交，所以ABC面的密勒指数为（131） 。
→ 1 → → → → → → → 1 （2） AC = OC − OA = c + a + b − ( a + b ) = − a + b − 2 c 2 2
《固体物理》第一章 作业题
题1
• 如果将等体积球分别排成下列结构，设x表示钢球所占 体积与总体积之比，证明： 结构 简单立方 体心立方 面心立方 六方密排 金刚石 x π/6 3π/8 2π/6 2π/6 3π/16
证明： 设想晶体由刚性原子球堆积而成，n为一个晶胞中的刚性原子球数，r表
示刚性原子球半径，V表示晶胞体积，则 x =
晶列指数为 112 。 由《固体物理教程》（1.3）式可得面心立方 结构晶胞基矢与原胞基矢的关系
→ → →
→ → → 可见 AC 与晶列 a + b − 2 c
→
平行，因此AC晶列的
a = − a1 + a2 + a3
→ → → → → →
→
→
→
b = a1 − a2 + a3 c = a1 + a2 − a3
d hkl
证明：设沿立方晶系晶轴 a1 , a2 ,a 3 的单位矢量为i, j, k , 则正格子基矢为 a1 = ai, a2 = aj , a3 = ak 相应的倒格子基矢为
2 2 2 b1 = i, b2 = j , b3 = k a a a
（2）体心立方 对体心立方晶体，任一原子有8个最近邻，如图（b）所示。体心位 置的原子球与处在8个角顶位置的原子球相切，因此晶胞空间对角线的长 度为 3a = 4r,V = a3 , 一个晶胞内含有2个原子，所以
x=
n4 3 2 4 3 3 r = 3 ( a )3 = 0.68 V 3 a 3 4 8
（1）简单立方
n4 3 πr 。 V 3
对简单立方晶体，任一原子有6个最近邻， 如图（a）所示， 中心在1、2、3和4处的原子球将依次相切。 因为 a = 2r , V = a 3 = 8r 3 , 一个晶胞内包括一个原子，所以
a
n4 3 1 4 3 π x= πr = 3 πr = 0.52 V 3 8r 3 6
3
1个晶胞内含有 2个原子，所以
4 1 2 a n 4 3 3 2 x= r = = V 3 3 2 ca 2
2 0.74 6
（5）金刚石 对金刚石结构，任一原子有4个最近邻，如图（e）所示。中心在空 间对角线四分之一处O点的原子球与中心在1、2、3和4处的面心处原子球 相切，因此 3a = 8r ,V = a 3 。1个晶胞内包含8个原子，所以
图1.4 面心立方晶格和（100）、（110）以及（111）面上原子排布示意 图
题3
B、C两点是面心立方晶胞上的两面心。 (1) 求ABC面的密勒指数； (2) 求AC晶列的指数和相应原胞坐标系中的指数。
C B b O a
图1.10 面心立方晶胞
c
A
解答： → → （1）矢量 BA 与矢量 BC 的叉乘即是ABC面的法矢量。
3
n 4 3 8 4 3 3 = x= r = 3 a 0.34 V 3 a 3 8 16
题2
画出体心立方和面心立方晶格结构的金属在(100), (110), (111) 面上的原子排布。 解答： （1）体心立方 （100）面：图1.3中3、4、8和7号原子所在的面， 原子排布如图1.3（b）所示； （110）面：图1.3中2、4、8和6号原子所在的面， 原子排布如图1.3（c）所示； （111）面；图1.3中2、4和5号原子所在的面，原 子排布如图1.3（d）所示。
→ → → → → → → → → a + b − 2 c = − 2 a + a − 2 a 1 2 3 晶列 a + b − 2 c 可化为
由上式可知，AC晶列在原胞坐标系中的指数为 112
题4.对于晶格常数为a的简单立方晶格，考虑晶格中的一 个晶面(hkl)，证明该晶面所属的晶面族的面间距：
（3）面心立方 对面心立方晶体，任一个原子有12个最近邻，如图（c）所示。中 心位于晶胞立方体顶点的原子球（图中4）与近邻的面心原子球（图中1、 2、3）相切，因此 2a = 4r , 1个晶胞内含有4 个原子，所以
x=
n4 3.74 V3 a 3 4 6
（4）六方密排
对六方密排结构，任一原子有12个最近邻（面内6个，上下各3个）， 如图（d）所示。中心在O的原子球与中心在1、3、4、5、7和8处的原子球 相切，即O点处原子与5、7和8处的原子分布在正四面体的四个顶点上。 由于正四面体的高为
h=
2
2 2 c a=2 r= 3 3 2
晶胞体积为
3 2 V = ca sin 60 = ca 2
1 → → 1 → → → BA = OA− OB = ( a + b ) − ( b + c ) = (2 a + b − c ) 2 2 → → → → 1 → → 1 → → 1 → → BC = OC − OB = c + ( a + b ) − ( b + c ) = ( a + c ) 2 2 2 → → 1 → → → 1 → → a → → → BA BC = (2 a + b − c ) ( a + c ) = ( a − 3 b − c ) 2 2 4