普通物理学程守洙第七版答案

半导体物理习题解答

1－1．（P32）设晶格常数为a的一维晶格，导带极小值附近能量Ec（k）和价带极大值附近能量Ev（k）分别为：

h2k2h2(k?k1)2h2k23h2k2Ec(k)=+和Ev(k)= －；

3m0m06m0m0m0为电子惯性质量，k1＝1/2a；a＝0.314nm。试求：

①禁带宽度；

②导带底电子有效质量； ③价带顶电子有效质量；

④价带顶电子跃迁到导带底时准动量的变化。 [解] ①禁带宽度Eg

dEc(k)2h2k2h2(k?k1)根据＝＋＝0；可求出对应导带能量极小值Emin的k值：

dk3m0m0kmin＝

3k1， 4由题中EC式可得：Emin＝EC(K)|k=kmin=

h2k1； 4m0由题中EV式可看出，对应价带能量极大值Emax的k值为：kmax＝0；

h2k12h2k12h2并且Emin＝EV(k)|k=kmax＝；∴Eg＝Emin－Emax＝＝ 212m06m048m0a(6.62?10?27)2＝＝0.64eV ?28?82?1148?9.1?10?(3.14?10)?1.6?10②导带底电子有效质量mn

2d2EC2h22h28h232dEC?m0 ；∴ mn＝h/???228dk3m0m03m0

3－7．（P81）①在室温下，锗的有效状态密度Nc＝1.05×10cm，Nv＝5.7×10cm，试求锗的载流子有效质量mn和mp。计算77k时的Nc和Nv。已知300k时，Eg＝0.67eV。77k时Eg＝0.76eV。求这两个温度时锗的本征载流子浓度。②77k，锗的电子浓度为10cm，假定浓度为零，而Ec－ED＝0.01eV,求锗中施主浓度ND为多少？

-23-34

[解] ①室温下，T=300k（27℃）,k0=1.380×10J/K，h=6.625×10J·S，

19－318－3

对于锗：Nc＝1.05×10cm，Nv=5.7×10cm： ﹟求300k时的Nc和Nv： 根据（3－18）式：

192Nc3?3421.05?10h()(6.625?10)()3*2(2??mnk0T)*?3122（3Nc??m???5.0968?10Kg根据n3?232??k0Th2?3.14?1.38?10?300322217

－3

19－318－3

**

－23）式：

18Nv3?3425.7?10h()(6.625?10)()32(2??m*kT)p0*?3122Nv??m???3.39173?10Kg﹟求77k时p3?232??kTh2?3.14?1.38?10

热学

物 理 学

热学

目录普通物理 专业物理流体 力学

热学波动学

经典力学

光学

材料力学

热学

目录普通物理6分

专业物理流体 力学

热学波动学

经典力学

光学

材料力学

热学

热学

热学—“我”一直在你身边

热学

微观 P、T、V

气体动理论

热 学

麦克斯韦 速率分布

宏观第一定律

热力学第二定律

热学

1、什么是热学宏观物体是由大量的微观粒子——分子、原子等组成的 微观粒子的无规则的运动，称为热运动。

热学

常用的状态参量有四类：几何参量(如：气体体积V)

力学参量(如：气体压强P)热学参量(如：气体温度T) 化学参量(如：混合气体各化学组分的 质量m 和摩尔数 等)

热学

. . .. .. . .. . . .. .. .. . .. .

F

......... .. .... . . . ..

气体的体积

V

此V?单位：m³、L

Or彼V?

热学

......... .. .... . . . ..

气体的压强P

气体在容器器壁单位 面积上指向器壁的垂 直作用力。 单位：Pa(帕斯卡) 非SI

热学

热学

. . . .

气体的温度T

. .

. .

..

温度表示物体的冷热程度，是物体热运动的程度。

热学

. . . .

气体的温度T

. .

. .

..

T t 27 3 .15 K

一个是热力学温度：T(单位开

3－7．（P81）①在室温下，锗的有效状态密度Nc＝1.05×10cm，Nv＝5.7×10cm，试求锗的载流子有效质量mn和mp。计算77k时的Nc和Nv。已知300k时，Eg＝0.67eV。77k时Eg＝0.76eV。求这两个温度时锗的本征载流子浓度。②77k，锗的电子浓度为10cm，假定浓度为零，而Ec－ED＝0.01eV,求锗中施主浓度ND为多少？

-23-34

[解] ①室温下，T=300k（27℃）,k0=1.380×10J/K，h=6.625×10J·S，

19－318－3

对于锗：Nc＝1.05×10cm，Nv=5.7×10cm： ﹟求300k时的Nc和Nv： 根据（3－18）式：

192Nc3?3421.05?10h()(6.625?10)()3*2(2??mnk0T)*?3122（3Nc??m???5.0968?10Kg根据n3?232??k0Th2?3.14?1.38?10?300322217

－3

19－318－3

**

－23）式：

18Nv3?3425.7?10h()(6.625?10)()32(2??m*kT)p0*?3122Nv??m???3.39173?10Kg﹟求77k时p3?232??kTh2?3.14?1.38?10

金华教育学院2006学年 第 一 学期期终考试卷

课程： 普通物理学 （A卷） （答卷时间 120 分钟） 出卷人 蔡红颖 系别 班级 03计算机 姓名 学号 成绩

一、选择题（单选题 2分一个共20分）

31.指点沿X轴运动，运动方程为x?3t?5t?6，则质点运动是：[ ]

（A） 匀加速直线运动，（B）变加速直线运动，（C）匀速直线运动，（D）曲线运动。 2．一质点作斜抛运动，它在运动过程中任意时刻的速度设为v，则：[ ] （A） 量值

?dv始终不变；（B）质点的法向加速度始终不变。 dt??dvdv（C）会发生变化 （D）始终不变。

dtdt3．如图1所示，质量分别为m1,m2的物体A、B在一光滑水平面上互相接触得很紧密，当

??水平方向的恒外力F1,F2分别作用于A、B时，若m1?m2，则A、B间相互作用力大小为：

[ ]

（A）F1?F2 （B）

1(F1?F2) 2（C）

1(F1?F2) （D）0 24．如图2所示，一细绳跨过一定滑轮，绳的一端系一质量为m的物体，另一端被人用手拉住。设人与物体重量相同，绳子不伸长，绳子与轮轴等摩擦忽略不计

第一章 质点运动学 沈阳工业大学 郭连权（教授）

1 第一篇 力学

1.运动学：只从几何观点研究物体的运动。如位置、速度、加速度等，而不涉及物体间的相互作用。 力学

2.动力学：研究物体间相互作用的规律。

3.静力学：研究力及力矩的平衡问题（此内容本课程不讲）

第一章 质点运动学

§1-1 质点运动的描述

一、参照系 坐标系 质点

1、参照系

为描述物体运动而选择的参考物体叫参照系。

2、坐标系

为了定量地研究物体的运动，要选择一个与

参照系相对静止的坐标系。如图1-1。

说明：参照系、坐标系是任意选择的，

视处理问题方便而定。

3、质点

忽略物体的大小和形状，而把它看作一个具有质量、占据空间位置的 物体，这样的物体称为质点。

说明：⑴质点是一种理想模型，而不真实存在（物理中有很多理想模型）

⑵质点突出了物体两个基本性质 1）具有质量

2）占有位置

⑶物体能否视为质点是有条件的、相对的。

z y x o 参考系坐标系图 1-1?????

第一章 质点运动学 沈阳工业大学 郭连权（教授）

2

二、位置矢量 运动方程 轨迹方程 位移

1、位置矢量

定义

第一章习题

1．设晶格常数为a的一维晶格，导带极小值附近能量Ec(k)和价带极大值附近

能量EV(k)分别为：

h2k2h2(k?k1)2h2k213h2k2?,EV(k)?? Ec= 3m0m06m0m0m0为电子惯性质量，k1??a ,a?0.314nm。试求：（1）禁带宽度;

（2）导带底电子有效质量; （3）价带顶电子有效质量;

（4）价带顶电子跃迁到导带底时准动量的变化 解：（1）

导带：2?2k2?2(k?k1)由??03m0m03k14d2Ec2?22?28?2又因为：2????03m0m03m0dk得：k?所以：在k?价带：dEV6?2k???0得k?0dkm0d2EV6?2又因为???0,所以k?0处，EV取极大值2m0dk?2k123因此：Eg?EC(k1)?EV(0)??0.64eV412m03k处，Ec取极小值4

(2)m*nC?2?2dECdk23?m0 83k?k14(3)m*nV?2?2dEVdk2??k?01m06(4)准动量的定义：p??k所以：?p?(?k)3k?k14

3?(?k)k?0??k1?0?7.95?10?25N/s4

2. 晶格常数为0.25nm的一维晶格，当外加102V/m，107 V

???221、有一质点在平面上运动，运动方程为r?3ti?4tj，则

该质点作（ ）

（A）曲线运动； （B）匀速直线运动； （C）匀变速直线运动； （D）变加速直线运动。 2、有一物体在Oxy平面上运动，受力作用后其动量沿两

??轴方向的变化分别为?pxi和??pyj，则该力施于此物体的冲量大小为（ ）

（A）I??px??py （B）I??px??py

22I??p??p（C）xy22I??p??p （D）xy

3、如图所示，有一物体置于小车的左端，小车放在光滑

的水平面上。用力F拉物体使它从车的左端运动到右端，保持F的大小和方向不变，以地面为F 参考系，在车固定和不固定的两种情况下，下列结论正确的是：（ ） （A）两种情况力F作的功相等。

（B）两种情况物体与车间的摩擦力对物体作的功相等。 （C）两种情况物体获得的动能相等。

（D）两种情况由于摩擦而产生的热相等。 4、如图所示，质点沿直线AB作匀速运动，B A、B为轨道直线上任意两点，O为线外的任一定点（可视为垂直纸面的轴与纸面的

O A 交点），LA和LB代表质点在A、B两点处对定点O（轴）的角动量，则（ ） （A）LA、LB方向不同，

习题1

1-1 P点相对于原点的位矢rp??2i?6jm, P点到Q点的位移?r?4i?2jm, 求Q点相对于原点的位矢并画图.

解：设Q点相对与原点的位矢为rQ，则：

rQ?rp??r?2i?4j

1-2一质点作直线运动，它的运动方程是x?bt?ct2, b, c是常数. (1) 求此质点的速度和加速度函数；(2) 作出x?t，??t和a?t图

解：这是一个一维的问题.

dx速度 ???(?2ct?b，)

dtd?加速度 a???2c.

dt图略.

1-3物体按照x?4.9t2的规律运动，x的单位为米，t的单位为秒. (1) 计算下列各时间段内的平均速度：1s到1.1s,1s到1.01s,1s到1.001s; (2) 求1s末的瞬时速度；(3) 解释上述结果

解：这也是一个一维的问题.

?x(1) 平均速度 ??.

?t?x4.9?1.12?4.9?12? 1s到1.1s内： ??＝10.29 （m/s）, ?t1.1?1?x4.9?1.012?4.9?12?1s到1.01s内：??＝9.849（m

第一章习题

1．设晶格常数为a的一维晶格，导带极小值附近能量Ec(k)和价带极大值附近

能量EV(k)分别为：

h2k2h2(k?k1)2h2k213h2k2 Ec= ?,EV(k)??3m0m06m0m0m0为电子惯性质量，k1?（1）禁带宽度;

?a,a?0.314nm。试求：

（2）导带底电子有效质量; （3）价带顶电子有效质量;

（4）价带顶电子跃迁到导带底时准动量的变化 解：（1）

导带：2?2k2?2(k?k1)由??03m0m03k14d2Ec2?22?28?2又因为：2????03m0m03m0dk得：k?所以：在k?价带：dEV6?2k???0得k?0dkm0d2EV6?2又因为???0,所以k?0处，EV取极大值2m0dk?2k123因此：Eg?EC(k1)?EV(0)??0.64eV412m0?2?2dECdk23m0 83k处，Ec取极小值4

(2)m*nC?3k?k14(3)m*nV?2?2dEVdk2??k?01m06(4)准动量的定义：p??k所以：?p?(?k)3k?k14

3?(?k)k?0??k1?0?7.95?10?25N/s4

2. 晶格常数为0.25nm的一维晶格，当外加102V/m，107 V