固体物理第三章总结

班级 成绩

学号

Chapter 3 晶格振动与晶体的热学性质

(lattice vibration and its heat characteristics)

姓名

一、简要回答下列问题(answer the following questions):

1、在晶格常数为a的一维单原子晶格中，波长λ=8a和波长λ=8a/5的格波所对应的原子

振动状态有无不同? 试画图加以说明。

［答］对于一维单原子链，由q=2π／λ知，λ＝8a时，q＝π／4a，λ＝8a／5时，q＝5π

／4a，二者的aq相差π，不是2π的整数倍，因此，两个格波所对应的原子振动状态不同。

如上图，当两个格波的位相差为2π的整数倍时，则它们所对应的原子的振动状态相同。 2、什么叫简正振动模式？简正振动数目、格波数目或格波振动模式数目是否是一回事？ ［答］在简谐振动下，由N个原子构成的晶体的晶格振动，可等效成3N个独立的谐振子的

振动，每一个谐振子的振动模式称为简正振动模式

第三章 晶体结合

3．1 惰性气体晶体 惰性气体晶体是最简单的分子晶体，原子间的相互作

用能可以用勒纳—琼斯势描写 u?r???AB?12 6rr式中r是原子间的距离，A、B是两个常数．第一项代表吸引作用，第二项代表排斥作用．若用两个无量纲的参量?,?表示，则勒纳—琼斯势可以写为

6????12???? u?r??4????????

?r?????r??式中???BA?，??A24B，它们可以由气态参数给出。 (a)画出勒纳—琼斯势能曲线，并说明参数?,?的物理意义．

(b)对fcc结构的惰性气体晶体，证明平衡时原子间的最近距离r0?1.09?，每个原子的内聚能为u??8.6?．

(c)证明平衡时面心立方结构的惰性气体晶体的体弹性模量是B0?[解]

(a)勒纳—琼斯势为

????12???6?u?r??4????????

?r?????r??75?16?3

令

r??x,u?r??f 4?则又可以写为 f?x??11? 126xxdf?0即 dx作出函数曲线如图3．1所示．曲线的极小值对应于

?12x?13?6x?7?0x?2?1.1216

零，(大丫＝d 6： 幂，(太)6zi e2‘：

第一章 晶体结构

1、试说明空间点阵和晶体结构的区别。 答：空间点阵是晶体中质点排列的几何学抽象，用以描述和分析晶体结构的周期性和对称性，它是由几何点在三维空间理想的周期性规则排列而成，由于各阵点的周围环境相同，它只能有14种类型。

晶体结构则是晶体中实际质点（原子、离子或分子）的具体排列情况，它们能组成各种类型的排列，因此实际存在的晶体结构是无限的。当晶格点阵中的格点被具体的基元代替后才形成实际的晶体结构。

6、Si具有金刚石结构，其原子间距为0.235nm，原子量为28，计算的Si密度。 解：Si为金刚石结构，为两个面心立方沿体对角线移动1/4，因此体对角线的长度为L=0.235×4=0.94nm；

金刚石结构的晶胞边长为a?l2/3?0.5427nm 晶胞的体积为v?a3?0.159846nm3

每个晶胞包含8个原子则1摩尔（28克）包含的晶胞数目为N=0.752875×1023，对应体积为V=Nv=12.0344cm3，密度为m=28/V=2.327克/cm3

第二章 晶格动力学

1、什么是简谐近似？为什么简谐近似下晶格振动的简正模式是独立的，声子气体是理想气体？ 解：1当原子在平衡位置附近作微小振动时，原子间的相互作用可以视

第一章 晶体结构

1、试说明空间点阵和晶体结构的区别。 答：空间点阵是晶体中质点排列的几何学抽象，用以描述和分析晶体结构的周期性和对称性，它是由几何点在三维空间理想的周期性规则排列而成，由于各阵点的周围环境相同，它只能有14种类型。

晶体结构则是晶体中实际质点（原子、离子或分子）的具体排列情况，它们能组成各种类型的排列，因此实际存在的晶体结构是无限的。当晶格点阵中的格点被具体的基元代替后才形成实际的晶体结构。

6、Si具有金刚石结构，其原子间距为0.235nm，原子量为28，计算的Si密度。 解：Si为金刚石结构，为两个面心立方沿体对角线移动1/4，因此体对角线的长度为L=0.235×4=0.94nm；

金刚石结构的晶胞边长为a?l2/3?0.5427nm 晶胞的体积为v?a3?0.159846nm3

每个晶胞包含8个原子则1摩尔（28克）包含的晶胞数目为N=0.752875×1023，对应体积为V=Nv=12.0344cm3，密度为m=28/V=2.327克/cm3

第二章 晶格动力学

1、什么是简谐近似？为什么简谐近似下晶格振动的简正模式是独立的，声子气体是理想气体？ 解：1当原子在平衡位置附近作微小振动时，原子间的相互作用可以视

第3章 习题

一、填空题

3.1.1 跨过定滑轮的细绳下端系质量为m的物体，在物体以g/4的恒定加速度下落一段距离h的

过程中，绳的拉力对物体做的功为

g的恒定加速度下落一段距离h的过程。设初速率为vP，末速率vQ满足 4g22vQ?vP?2a?s?2h （3-1）

4???物体受到重力mg和绳子的拉力T的作用，合外力F做功为

考察物体以

??Q??Q??A??F?dr??mg?dr??T?dr?Amg?AT

PPPQ（3-2）

注意到重力是保守力，其做功为

Amg???EpQ?EpP???(mghQ?mghP)?mg?hP?hQ??mgh

对物体使用动能定理，有

（3-3）

A?EkQ?EkP?3AT??mgh

4

1212122mvQ?mvP?m?vQ?vP? 222（3-4）

联立（3-1）～（3-4），可求出绳的拉力对物体所做的功为

m水，假设水下落过程中动能的75％由水力发电机转换成3.1.2 高100m的瀑布每秒钟下落1200电能，则此发电机的输出功率为 。

依题设，每秒钟有质量为

3m??V?1.0?103kg?m?3?1200m3?1.2?106kg

的瀑布水下落。取水和地球为系统，在水从瀑布

第三章 激光与光电子器件 激光器的分类： ① 按工作物质：固体激光器、气体激光器、液体激光器、 半导体激光器、自由电子激光器等 ② 按运转方式：连续激光器、脉冲激光器、超短脉冲激 光器、稳频激光器、可调谐激光器、单模激光器、多 模激光器、锁模激光器、Q开关激光器 ③ 按激光波长：红外激光器、可见光激光器、紫外激光 器、毫米激光器、x射线激光器、γ射线激光器 ④ 按泵浦方式：电激励激光器、光泵浦激光器、核能激 光器、热激励激光器、化学激光器、拉曼自旋反转激 光器、光参量振荡器等 ⑤ 按谐振腔结构：内腔激光器、外腔激光器、环形腔激 光器、折叠腔激光器、光栅腔激光器、光纤激光器、 薄膜激光器、波导激光器、分布反馈激光器等。

3.1 气体激光器 气体激光器是以气体或蒸汽为工作物质的激光器。 它是目前种类最多、波长分步区域最宽、应用最广 的一类激光器，有近万条激光谱线，波长覆盖从紫外到红 外的整个光谱区，目前已经扩展到X射线和毫米波波段。 气体激光器的输出光束质量非常高，其单色性和发 散性均优于固体和半导体激光器，也是目前连续输出功率 最大的激光器。具有转换效率高、结构简单、造价低廉等 优点，得以广泛应用。

一、气体激光器的激励方式 大部分气体激光器是采用

第三章

3–1．（a）画出PNP晶体管在平衡时以及在正向有源工作模式下的能带图。

（b）画出晶体管的示意图并表示出所有的电流成分，写出各极电流表达式。 （c）画出发射区、基区、集电区少子分布示意图。 3–2．考虑一个NPN硅晶体管，具有这样一些参数：xB?2?m，在均匀掺杂基区

Na?5?1016cm?3,?n?1?s,A?0.01cm2。若集电结被反向偏置，InE?1mA，计算

在发射结基区一边的过量电子密度、发射结电压以及基区输运因子。

18?33–3． 在3–2的晶体管中，假设发射极的掺杂浓度为10cm，xE?2?m，?pE?10ns，

发射结空间电荷区中，?0?0.1?s。计算在InE?1mA时的发射效率和hFE。 3–4． 一PNP晶体管具有以下规格：发射区面积=1平方密耳，基区面积=10平方密耳，发

射区宽度= 2?m，基区宽度= 1?m，发射区薄层电阻为2?/，基区薄层电阻为200?/，集电极电阻率=0.3?.cm，发射区空穴寿命=1ns，基区电子寿命=100ns，

假设发射极的复合电流为常数并等于1?A。还假设为突变结和均匀掺杂。计算

IE?10?A、100?A、1mA、10mA、100mA以及1A时的hFE。用半对数坐标画出曲线。

中间电

固体物理学论文

本学期按学校安排，我们开设了《固体物理》这门课，在学习过程中，我们进一步了解了晶体结构、晶格振动、晶体缺陷、能带理论、半导体等内容。由于所学知识有限；我们只是了解、熟悉了一些新的知识，不能深入进行研究、计算；但本课程的学习，帮助了我们扩展知识面，对以后的学习也有不少好处。通过对这门课的学习，我对固体材料中的许多性质有了更深的认识，也体会到了材料学中的复杂与高深。在以后的教学中，希望老师，除了基本概念和基本理论的教导外，多结合实际应用，来使学生对知识有更深的兴趣与理解。 关键词： 固体物理知识结构 学习体会 实际应用

一、课程性质

固体物理学（英文solid-state physics）是研究固体物质的物理性质、微观结构、构成物质的各种粒子的运动形态，及其相互关系的科学。是研究固体的性质、它的微观结构及各种内部运动，以及这种微观结构和内部运动同固体的宏观性质的关系的学科。它是物理学中内容极丰富、应用极广泛的分支学科，从电子、原子和分子的角度研究固体的结构和性质(主要是物理性质) 的一门基础理论学科。它和普通物理、 热力学与统计物理、金属物理、材料科学、特别是量子力学等学科有着密切关系。

二、课程任务

固体物理学的基本任务：从宏观

固体物理学论文

本学期按学校安排，我们开设了《固体物理》这门课，在学习过程中，我们进一步了解了晶体结构、晶格振动、晶体缺陷、能带理论、半导体等内容。由于所学知识有限；我们只是了解、熟悉了一些新的知识，不能深入进行研究、计算；但本课程的学习，帮助了我们扩展知识面，对以后的学习也有不少好处。通过对这门课的学习，我对固体材料中的许多性质有了更深的认识，也体会到了材料学中的复杂与高深。在以后的教学中，希望老师，除了基本概念和基本理论的教导外，多结合实际应用，来使学生对知识有更深的兴趣与理解。 关键词： 固体物理知识结构 学习体会 实际应用

一、课程性质

固体物理学（英文solid-state physics）是研究固体物质的物理性质、微观结构、构成物质的各种粒子的运动形态，及其相互关系的科学。是研究固体的性质、它的微观结构及各种内部运动，以及这种微观结构和内部运动同固体的宏观性质的关系的学科。它是物理学中内容极丰富、应用极广泛的分支学科，从电子、原子和分子的角度研究固体的结构和性质(主要是物理性质) 的一门基础理论学科。它和普通物理、 热力学与统计物理、金属物理、材料科学、特别是量子力学等学科有着密切关系。

二、课程任务

固体物理学的基本任务：从宏观

第三章 化学势

一、填空题

1、只有系统的＿＿＿＿性质才具有偏摩尔量。而偏摩尔量自身是系统的＿＿＿＿性质。偏 摩尔量的值与系统中各组分的浓度＿＿＿＿。混合适物系统中各组分的同一偏摩尔量间 具有两个重要的性质，分别是＿＿＿＿与＿＿＿＿。

2、如同温度是热传导的推动力一样，化学势是＿＿＿＿传递的推动力。在恒温恒压下多相 平衡的条件是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。以焓表示的组分i的化学势可写成μi=＿＿＿＿。

3、混合理想气体中任一组分B的化学势＿＿＿＿＿＿＿＿；理想溶液中任一组分B的化学 势＿＿＿＿＿＿＿＿；稀溶液中溶剂A的化学势＿＿＿＿＿＿＿＿。

4、由纯组分在恒温恒压下组成理想混合物时，△mixS=＿＿0；△mixG＿＿0；△mixH＿＿0；△

ix

V＿＿0。

5、理想溶液混合时，?mixV ，?mixS ，?mixG ，?mixH 。 6、比较水的化学势的大小（此处p=101.325kPa）：（填 >、< 或 =）

①μ(l,100℃,p)____μ(g,100℃,p) ②μ(l,100℃,p)____μ(l,100℃,2p) ③μ(g,100℃,p)____μ(g,100℃,2p) ④μ