2023年固体物理学题库.doc

一、 填空1. 固体按其微结构的有序限度可分为_、_和准晶体。2. 组成粒子在空间中周期性排列，具有长程有序的固体称为_；组成粒子在空间中的分布完全无序或仅仅具有短程有序的固体称为_。3. 在晶体结构中，所有原子完全等价的晶格称为_；而晶体结构中，存在两种或两种以上不等价的原子或离子的晶格称为_。4晶体结构的最大配位数是_；具有最大配位数的晶体结构涉及_晶体结构和_晶体结构。 5. 简朴立方结构原子的配位数为_；体心立方结构原子的配位数为_。6NaCl结构中存在_个不等价原子，因此它是_晶格，它是由氯离子和钠离子各自构成的_格子套构而成的。7. 金刚石结构中存在_个不等价原子，因此它是_晶格，由两个_结构的布拉维格子沿空间对角线位移1/4的长度套构而成，晶胞中有_个碳原子。8. 以结晶学元胞（单胞）的基矢为坐标轴来表达的晶面指数称为_指数。9. 满足关系的为基矢，由构成的点阵，称为_。10. 晶格常数为a的一维单原子链，倒格子基矢的大小为_。11. 晶格常数为a的面心立方点阵初基元胞的体积为_；其第一布里渊区的体积为_。12. 晶格常数为a的体心立方点阵初基元胞的体积为_；其第一布里渊区的体积为_。13. 晶格常数为a的简立方晶格的(010)面间距为_14. 体心立方的倒点阵是_点阵，面心立方的倒点阵是_点阵，简朴立方的倒点阵是_。15. 一个二维正方晶格的第一布里渊区形状是_。16. 若简朴立方晶格的晶格常数由a增大为2a，则第一布里渊区的体积变为本来的_倍。17. 考虑到晶体的平移对称性后，晶体点群的独立对称素有_种，分别是_。18. 按结构划分，晶体可以分为_大晶系，共_种布拉维格子。19. 对于立方晶系，有_、_和_三种布拉维格子。20. 晶面间距为d，入射X射线波长为，则布拉格公式可以表达为_。21. 若几何结构因子F(Kh)=0,则由劳厄方程所允许的衍射极大并不出现，这种现象叫_。22.晶体结合有_ 种基本类型，分别是_其共同吸引力都是_引力。 23. Lennard-Jones（勒纳琼斯）势描述的是_晶体的势能。24. 共价键结合的两个基本特性是_和_。25. 金属键结合的基本特性是_。26. 晶格振动的能量量子称为_，其能量和准动量表达为_和_。27. Si、Ge等具有金刚石结构，每个元胞中具有_个原子，它有_支格波，其中声学波_支，光学波_支。28. 元胞中有n个原子，那么在晶体中有_支声学波和_支光学波。29. 由N个原子组成的一维单原子链，第一布里渊区中的独立波矢数目为_。30. 由N个元胞构成的晶体，元胞中有n个原子，晶体共有_个独立振动模式。31. 晶体中的典型非谐效应是_。32. 描述晶体中长光学波的基本方程黄昆方程的形式_。33. 能带论建立在三个基本近似的基础上，分别是_、_和_。34. 布洛赫定理表白：处在晶格周期性势场中运动的电子，其波函数满足：_，且本征函数描述的是_调幅平面波。35. 晶体中电子能谱在布里渊区边界处发生_。36. 能带顶部电子的有效质量为_，能带底部电子的有效质量为_（正，或负）。37. 在所有晶体中，不考虑能带交叠，处在_带的电子，无论有无外场，均对宏观电流的产生没有奉献。38. 德·哈斯-范·阿尔芬效应是研究金属_的有力工具。39. 自由电子系统的费米能为EF，则T=0 K时每个电子的平均能量为_。40. K时，在区域内费米分布函数等于_。二、 选择1. 晶体结构的最基本特性是（ ）A、各向异性 B、周期性 C、自范性 D、同一性2. 氯化铯晶体的布拉伐格子是（ ）A. 面心立方 B. 体心立方 C. 底心立方 D. 简朴立方3. 下列晶体的晶格为复式晶格的是（ ）A. 钠 B. 金 C. 铜 D. 磷化镓4.布里渊区的特点不涉及（ ）A、各个布里渊区的形状都是相同的 B、各布里渊区通过适当的平移，都可以移到第一布里渊区且与之重合 C、每个布里渊区的体积都是相同的 D、无论晶体是由哪种原子组成，只要布拉维格子相同，其布里渊区形状就相同5. 晶格常数为的简立方晶格的(210)面间距为（ ）A. B. C. D. 6. 三维晶格的原胞体积与倒格子的原胞体积之积等于（ ）A. （2）3 B. （2）2 C. 2 D. 17. 一个立方体的宏观对称操作共有（ ）A. 230个 B. 320个 C. 48个 D. 32个8. 晶体结构的实验研究方法是（ ）A. X射线衍射 B. 中子非弹性散射 C. 回旋共振 D. 霍耳效应9. 不属于晶体独立对称素的是（ ）A、 1 B、 3 C、 5 D、i10. 下列不属于晶体基本结合类型的是（ ）A、 共价键结合 B、 离子键结合 C、 氢键结合 D、混合键结合11. Lennard-Jones Potentia（勒纳琼斯势）是描述的是（ ）结构的势能A非极性晶体分子 B金属晶体 C原子晶体 D离子晶体12. 晶格振动的能量量子称为（ ）A、 极化子 B、 激子 C、 声子 D、光子13. 运用德拜模型对于二维晶体其热容在低温时随温度是按（ ）变化的。A不变 BT CT2 DT314. 有N个初基元胞的二维简朴正方形晶格，简约布里渊区中的分立波矢状态有（ ）A. N种 B. 2N种 C. N/2种 D. N2种15. 对于一维单原子链晶格振动，假如最近邻原子之间的力常数增大为4，则晶格振动的最大频率变为本来的（ ）A. 2倍 B. 4倍 C. 16倍 D. 不变16. 下列哪一种物理量体现了晶体的简谐效应（ ）A、晶体热容 B、晶体热传导 C、晶体热膨胀 D、晶体电导17. 能带论是建立在（ ）的基本假设之上的。A、 周期性势场 B、恒定势场 C、无势场 D、无序势场18. 三维自由电子的能态密度与能量E的关系是正比于（ ）A、 E-1/2 B、 E0 C、 E1/2 D、E19. N个原子组成晶格常数为a的简立方晶体，单位空间可容纳的电子数为（ ）A. N B. 2N C. Na3/(2)3 D. 2Na3/(2)320. 某种晶体的费米能决定于（ ）A.晶体的体积 B.晶体中的总电子数 C.晶体中的电子浓度 D. 晶体的形状21. 晶格常数为的一维晶体电子势能的傅立叶展开式前几项(单位为eV)为在近自由电子近似下, 第一个禁带的宽度为（ ）A. 0eV B. 1eV C. 2eV D. 4eV22. 具有不满带的晶体，一定是（ ）A、 半导体 B、绝缘体 C、导体 D、超导体23. 不属于计算布洛赫电子能谱方法的是（ ）A、 近自由电子近似 B、紧束缚近似 C、 准经典近似 D、平面波法24. 在K时，上电子占有几率为（ ）A0 B1 C D随而变 25. 碱金属的费米面具有什么形状？（ ）A球形 B畸变很大的球，某些方向上形成圆柱形颈C稍稍变形的球形 D分布在多个布里渊区的复杂形状三、 简答1. 考虑到晶体的平移对称性后，晶体点群的独立对称素有哪些？2. 晶体结合的基本类型有哪几种？3. 试述晶体、非晶体、准晶体、多晶和单晶的特性性质。 4. 晶格点阵与实际晶体有何区别和联系？5. 金刚石晶体的基元具有几？其晶胞具有几个碳原子？原胞中有几个碳原子？是复式格子还是简朴格子？6. 分别指出简朴立方、体心立方、面心立方倒易点阵类型7. 按对称类型分类，布喇菲格子的种类有几种，晶格结构的点群类型有几种，空间群有几种？8. 三维晶格涉及哪七大晶系？并写出各晶系包含的布喇菲格子。9. 画出边长为a的二维正方形正格子的倒格子和前三个布里渊区。10. 试述离子键、共价键、金属键、范德瓦尔斯和氢键的基本特性。11. 试述半导体材料硅（锗）是如何形成晶体结合的，它们的键有些什么特点？12. 什么是声子？对于一给定的晶体，它是否拥有一定种类和一定数目的声子？13. 由N个原胞所组成的复式三维晶格，每个原胞内有r个原子，试问晶格振动时能得到多少支色散关系？其波矢的取值数和模式的取值数各为多少？14. 在绝对零度时尚有格波存在吗? 若存在, 格波间尚有能量互换吗?15. 什么是固体比热的德拜模型？简述其计算结果的意义。16. 简述爱因斯坦模型及其成功、局限性之处。17. 在较低温度下，德拜模型为什么与实验相符？18. 能带论作了哪些基本近似？19. 简述近自由电子近似模型、方法和所得到的的重要结论。20. 简述紧束缚近似模型的思想和重要结论。21. 近自由电子近似与紧束缚近似各有何特点？22. 什么情况下必须考虑电子对固体热容的奉献？为什么？23. 简述金属接触电势的形成过程。24. 试讨论金属费米面是如何构造的，碱金属和贵金属的费米面都是什么样的？25. 请分析未满带电子为什么在有外场时会导电的因素？ (注：同样一个问题，简答题的问法也许不限于一种)四、 证明1. 试证明体心立方点阵和面心立方点阵互为正倒点阵。2. 证明立方晶系的晶列hkl与晶面族(hkl)正交。3.矢量a，b，c构成简朴正交系，试证明晶面族(hkl)的面间距为4.证明在晶体中由于受到周期性的限制，只能有重旋转对称轴，5重和大于6重的对称轴不存在。5. 带±e电荷的两种离子相间排成一维晶格，设N为元胞数，为排斥势，为正负离子间距。求证，当N有很大时有：（a）马德隆常数 ；（b）结合能6. 试证明：假如NaCl结构中离子的电荷增长一倍，晶体的平衡距离。7. 已知原子间互相作用势为，其中均为大于0的常数，试证明此系统可以处在稳定平衡态的条件是。8. 设某三维晶体光频声子的色散关系为，试证明，其声子谱密度为式中,N为晶体的元胞数. 9. 证明频率为的声子模式的自由能为10. 在单原子组成的一维点阵中，若假设每个原子所受的作用力左右不同，其力常数如下图所示相间变化，且.试证明：在这样的系统中，格波仍存在着声频支和光频支，其格波频率为11. 已知电子浓度为n，用自由电子模型证明k空间费米球的半径五、计算题1. 求晶格常数为a的面心立方和体心立方晶体晶面族()的面间距。2. 平面正六角形晶格，六角形2个对边的间距是，其基矢为；试求：（1）倒格子基矢；（2）计算第一布里渊区的体积多大3. 求立方晶系密勒指数为(hkl)的晶面族的晶面间距，并求(111)和(100)的晶面夹角。4. 若一晶体两个离子间互相作用能可以表达为求 1）平衡间距r0 2）结合能W（单个原子的）5. 已知有个离子组成的NaCl晶体，其结合能为：。若排斥项由来代替，且当晶体处在平衡时，这两者对互相作用势能的奉献相同。试求出和的关系。6. 质量均为m的两种原子构成一维线性链，原子间距为，力常数交错地为和。在最近邻近似下求出该一维原子链晶格振动的色散关系。并给出和处的。7. 若格波的色散关系为和，试导出它们的状态密度表达式。8. 试用德拜模型近似讨论单原子组成的一维晶格的热容与温度T的关系，并说明其物理意义。9. 由N个相同原子组成的二维晶格，在德拜近似下计算比热，并讨论高低温极限。10. 试用德拜模型近似讨论单原子组成的三维晶格的热容与温度T的关系，并说明其物理意义。11. 设晶格中每个振子的零点振动能为，试用德拜模型求二维和三维晶格的总零点振动能。原子总数为N，二维晶格面积为S，三维晶格体积为V。12. 二维正方格子的晶格常数为。用紧束缚近似求态电子能谱（只计算最近邻互相作用）、带宽以及带顶和带底的有效质量。13. 一维晶格中，用紧束缚近似及最近邻近似，求S态电子的能谱E（k）的表达式，带宽以及带顶和带底的有效质量。14.用紧束缚近似方法求出面心立方晶格的s态电子能带为并求出能带宽度和能带底部的有效质量。（只考虑最近邻原子作用）15. 用紧束缚近似方法求出体心立方晶格的s态电子能带 并求出能带宽度和能带底部的有效质量。（只考虑最近邻原子作用）16. 限制在边长为L的正方形中的N个自由电子，电子的能量，求能量E到E+dE间的状态数。17. 某晶体中电子的等能面是椭球面，求该能谱的电子态密度.18. 电子在周期场中的势能，且a=4b，是常数，试画出此势能曲线，并求此势能的平均值和晶体的第一与第二禁带宽度。19. 已知一维晶格中电子的能带可以写成，式中a是晶格常数，m是电子的质量，求能带宽度，电子的平均速度，能带顶和能带底的电子有效质量。20. 设一个二维自由电子气系统，每单位面积中的电子数为n，导出该系统的能态密度N(E)和费米半径（即费米波矢）kF，并证明在有限温度下的化学势为21. 求出电子浓度为n的三维金属中自由电子的能态密度和费米能。22. 限制在边长为的正方形中的个电子，单电子能量为(1) 求能态密度；(2) 求0K时的f费米能23. 一个金属中的自由电子气体在温度为0K时能级被填充到。 （为每个原子占据的体积） 计算原子的价电子数目； 导出自由电子气体在K时的费米能的表达式。