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固体物理 课后习题解答(黄昆版)第二章

固体物理 课后习题解答(黄昆版)第二章
固体物理 课后习题解答(黄昆版)第二章

固体物理课后答案

1.1 如果将等体积球分别排列成下列结构,设x 表示钢球所占体积与总体积之比,证明结构x简单立方π/ 6 ≈0.52体心立方3π/ 8 ≈0.68面心立方2π/ 6 ≈0.74六方密 排2π/ 6 ≈0.74金刚石3π/16 ≈0.34 解:设钢球半径为r ,根据不同晶体结构原子球的排列,晶格常数a 与r 的关系不同,分别为:简单立方:a = 2r 金刚石:根据金刚石结构的特点,因为体对角线四分之一处的原子与角上的原子紧贴,因此有 1.3 证明:体心立方晶格的倒格子是面心立方;面心立方晶格的倒格子是体心立方。 证明:体心立方格子的基矢可以写为

面心立方格子的基矢可以写为 根据定义,体心立方晶格的倒格子基矢为 同理 与面心立方晶格基矢对比,正是晶格常数为4π/ a的面心立方的基矢,说明体心立方晶格的倒格子确实是面心立方。注意,倒格子不是真实空间的几何分布,因此该面心立方只是形式上的,或者说是倒格子空间中的布拉菲格子。根据定义,面心立方的倒格子基矢为 同理 而把以上结果与体心立方基矢比较,这正是晶格常数为4πa的体心立方晶格的基矢。 证明:根据定义,密勒指数为的晶面系中距离原点最近的平面ABC 交于基矢的截距分别为 即为平面的法线

根据定义,倒格子基矢为 则倒格子原胞的体积为 1.6 对于简单立方晶格,证明密勒指数为(h, k,l)的晶面系,面间距d 满足 其中a 为立方边长。 解:根据倒格子的特点,倒格子 与晶面族(h, k,l)的面间距有如下关系 因此只要先求出倒格,求出其大小即可。 因为倒格子基矢互相正交,因此其大小为 则带入前边的关系式,即得晶面族的面间距。 1.7 写出体心立方和面心立方晶格结构的金属中,最近邻和次近邻的原子数。若立方边长为a ,写出最近邻和次近邻的原子间距。 答:体心立方晶格的最近邻原子数(配位数)为8,最近邻原子间距等于 次近邻原子数为6,次近邻原子间距为a ;

matlab课后习题解答第二章

第2章符号运算 习题2及解答 1 说出以下四条指令产生的结果各属于哪种数据类型,是“双精度” 对象,还是“符号”符号对象 3/7+; sym(3/7+; sym('3/7+'); vpa(sym(3/7+) 〖目的〗 不能从显示形式判断数据类型,而必须依靠class指令。 〖解答〗 c1=3/7+ c2=sym(3/7+ c3=sym('3/7+') c4=vpa(sym(3/7+) Cs1=class(c1) Cs2=class(c2) Cs3=class(c3) Cs4=class(c4) c1 = c2 = 37/70 c3 = c4 = Cs1 = double Cs2 = sym Cs3 = sym Cs4 = sym 2 在不加专门指定的情况下,以下符号表达式中的哪一个变量被认 为是自由符号变量. sym('sin(w*t)'),sym('a*exp(-X)'),sym('z*exp(j*th)') 〖目的〗 理解自由符号变量的确认规则。 〖解答〗 symvar(sym('sin(w*t)'),1) ans = w symvar(sym('a*exp(-X)'),1)

ans = a symvar(sym('z*exp(j*th)'),1) ans = z 5求符号矩阵???? ??????=3332 31 232221 131211 a a a a a a a a a A 的行列式值和逆,所得结果应采用“子表达式置换”简洁化。 〖目的〗 理解subexpr 指令。 〖解答〗 A=sym('[a11 a12 a13;a21 a22 a23;a31 a32 a33]') DA=det(A) IA=inv(A); [IAs,d]=subexpr(IA,d) A = [ a11, a12, a13] [ a21, a22, a23] [ a31, a32, a33] DA = a11*a22*a33 - a11*a23*a32 - a12*a21*a33 + a12*a23*a31 + a13*a21*a32 - a13*a22*a31 IAs = [ d*(a22*a33 - a23*a32), -d*(a12*a33 - a13*a32), d*(a12*a23 - a13*a22)] [ -d*(a21*a33 - a23*a31), d*(a11*a33 - a13*a31), -d*(a11*a23 - a13*a21)] [ d*(a21*a32 - a22*a31), -d*(a11*a32 - a12*a31), d*(a11*a22 - a12*a21)] d = 1/(a11*a22*a33 - a11*a23*a32 - a12*a21*a33 + a12*a23*a31 + a13*a21*a32 - a13*a22*a31) 8(1)通过符号计算求t t y sin )(=的导数 dt dy 。(2)然后根据此结果,求- =0t dt dy 和2 π = t dt dy 。 〖目的〗 diff, limit 指令的应用。 如何理解运行结果。 〖解答〗 syms t

固体物理学》概念和习题 答案

《固体物理学》概念和习 题答案 The document was prepared on January 2, 2021

《固体物理学》概念和习题固体物理基本概念和思考题: 1.给出原胞的定义。 答:最小平行单元。 2.给出维格纳-赛茨原胞的定义。 答:以一个格点为原点,作原点与其它格点连接的中垂面(或中垂线),由这些中垂面(或中垂线)所围成的最小体积(或面积)即是维格纳-赛茨原胞。 3.二维布喇菲点阵类型和三维布喇菲点阵类型。 4. 请描述七大晶系的基本对称性。 5. 请给出密勒指数的定义。 6. 典型的晶体结构(简单或复式格子,原胞,基矢,基元坐标)。 7. 给出三维、二维晶格倒易点阵的定义。 8. 请给出晶体衍射的布喇格定律。 9. 给出布里渊区的定义。 10. 晶体的解理面是面指数低的晶面还是指数高的晶面为什么 11. 写出晶体衍射的结构因子。 12. 请描述离子晶体、共价晶体、金属晶体、分子晶体的结合力形式。 13. 写出分子晶体的雷纳德-琼斯势表达式,并简述各项的来源。 14. 请写出晶格振动的波恩-卡曼边界条件。 15. 请给出晶体弹性波中光学支、声学支的数目与晶体原胞中基元原子数目之间的关系以及光学支、声学支各自的振动特点。(晶体含N个原胞,每个原胞含p个原子,问该晶体晶格振动谱中有多少个光学支、多少个声学支振动模式)

16. 给出声子的定义。 17. 请描述金属、绝缘体热容随温度的变化特点。 18. 在晶体热容的计算中,爱因斯坦和德拜分别做了哪些基本假设。 19. 简述晶体热膨胀的原因。 20. 请描述晶体中声子碰撞的正规过程和倒逆过程。 21. 分别写出晶体中声子和电子分别服从哪种统计分布(给出具体表达式) 22. 请给出费米面、费米能量、费米波矢、费米温度、费米速度的定义。 23. 写出金属的电导率公式。 24. 给出魏德曼-夫兰兹定律。 25. 简述能隙的起因。 26. 请简述晶体周期势场中描述电子运动的布洛赫定律。 27. 请给出在一级近似下,布里渊区边界能隙的大小与相应周期势场的傅立叶分量之间的关系。 28. 给出空穴概念。 29. 请写出描述晶体中电子和空穴运动的朗之万(Langevin)方程。 30. 描述金属、半导体、绝缘体电阻随温度的变化趋势。 31. 解释直接能隙和间接能隙晶体。 32. 请说明本征半导体与掺杂半导体的区别。 33. 请解释晶体中电子的有效质量的物理意义。 34. 给出半导体的电导率。 35. 说明半导体的霍尔效应与那些量有关。 36. 请解释德哈斯-范阿尔芬效应。

固体物理学答案 黄昆原著 韩汝琦改编

《固体物理学》习题解答 黄昆 原著 韩汝琦改编 第一章 晶体结构 1.1、 解:实验表明,很多元素的原子或离子都具有或接近于球形对称结构。因此,可以把这些原子或离子构成的晶体看作是很多刚性球紧密堆积而成。这样,一个单原子的晶体原胞就可以看作是相同的小球按点阵排列堆积起来的。它的空间利用率就是这个晶体原胞所包含的点的数目n 和小球体积V 所得到的小球总体积nV 与晶体原胞体积Vc 之比,即:晶体原胞的空间利用率,Vc nV x = (1)对于简立方结构:(见教材P2图1-1) a=2r , V=3r 3 4π,Vc=a 3,n=1 ∴52.06r 8r 34a r 34x 33 33=π =π=π= (2)对于体心立方:晶胞的体对角线BG=x 3 3 4a r 4a 3=?= n=2, Vc=a 3 ∴68.083)r 3 34(r 342a r 342x 3 3 3 3≈π=π?=π? = (3)对于面心立方:晶胞面对角线BC=r 22a ,r 4a 2=?= n=4,Vc=a 3 74.062) r 22(r 344a r 344x 3 3 33≈π=π?=π?= (4)对于六角密排:a=2r 晶胞面积:S=62 60sin a a 6S ABO ??=??=2 a 233 晶胞的体积:V=332r 224a 23a 3 8 a 233C S ==?= ? n=1232 126 1 12+?+?=6个 74.062r 224r 34 6x 3 3 ≈π=π?= (5)对于金刚石结构,晶胞的体对角线BG=3 r 8a r 24a 3= ??= n=8, Vc=a 3

固体物理习题解答

《固体物理学》习题解答 ( 仅供参考) 参加编辑学生 柯宏伟(第一章),李琴(第二章),王雯(第三章),陈志心(第四章),朱燕(第五章),肖骁(第六章),秦丽丽(第七章) 指导教师 黄新堂 华中师范大学物理科学与技术学院2003级

2006年6月 第一章 晶体结构 1. 氯化钠与金刚石型结构是复式格子还是布拉维格子,各自的基元为何?写出 这两种结构的原胞与晶胞基矢,设晶格常数为a 。 解: 氯化钠与金刚石型结构都是复式格子。氯化钠的基元为一个Na +和一个Cl - 组成的正负离子对。金刚石的基元是一个面心立方上的C原子和一个体对角线上的C原子组成的C原子对。 由于NaCl 和金刚石都由面心立方结构套构而成,所以,其元胞基矢都为: 12 3()2()2()2a a a ? =+?? ?=+?? ?=+?? a j k a k i a i j 相应的晶胞基矢都为: ,,.a a a =?? =??=? a i b j c k 2. 六角密集结构可取四个原胞基矢 123,,a a a 与4a ,如图所示。试写出13O A A '、1331A A B B 、2255A B B A 、123456A A A A A A 这四个晶面所属晶面族的 晶面指数()h k l m 。 解: (1).对于13O A A '面,其在四个原胞基矢 上的截矩分别为:1,1,1 2 -,1。所以, 其晶面指数为()1121。

(2).对于1331A A B B 面,其在四个原胞基矢上的截矩分别为:1,1,1 2-,∞。 所以,其晶面指数为()1120。 (3).对于2255A B B A 面,其在四个原胞基矢上的截矩分别为:1,1-,∞,∞。所以,其晶面指数为()1100。 (4).对于123456A A A A A A 面,其在四个原胞基矢上的截矩分别为:∞,∞,∞,1。所以,其晶面指数为()0001。 3. 如将等体积的硬球堆成下列结构,求证球体可能占据的最大体积与总体积的 比为: 简立方: 6 π ;六角密集:6;金刚石: 。 证明: 由于晶格常数为a ,所以: (1).构成简立方时,最大球半径为2 m a R = ,每个原胞中占有一个原子, 3 34326m a V a π π??∴== ??? 36 m V a π∴ = (2).构成体心立方时,体对角线等于4倍的最大球半径,即:4m R ,每个晶胞中占有两个原子, 3 3 422348m V a π??∴=?= ? ??? 32m V a ∴ = (3).构成面心立方时,面对角线等于4倍的最大球半径,即:4m R ,每个晶胞占有4个原子, 3 3 444346 m V a a π??∴=?= ? ???

高数课后习题及答案 第二章 2.3

2.2)1 ()3,0 x f x x ==; 解: 11 lim 11 lim lim ()lim 3330 lim ()lim 333 x x x x x x x x x x f x f x - →--+ →++-∞ →→+∞ →→========+∞ 因为0 lim ()lim ()x x f x f x - + →→≠,所以3 lim ()x f x →-不存在。 3)2 11(),02x f x x - ?? == ? ?? ; 解: 2 10000 11lim ()lim ()lim ()lim 22x x x x x f x f x f x -+- -∞ →→→→?? ??=====+∞ ? ??? ?? 所以3 lim ()x f x →-不存在。 4)3,3 9)(2 -=+-= x x x x f ; 解:63 ) 3)(3(lim )(lim )(lim 3 3 3 -=+-+==+ + - -→-→-→x x x x f x f x x x 故极限6)(lim 3 -=-→x f x 2 2 2 2 2 5).lim ()224,lim ()3215, lim ()lim (),lim ()x x x x x f x f x f x f x f x -+-+→→→→→=?==?-=≠解:因为所以不存在。 ()0 6.lim ()lim 21,lim ()lim cos 12,lim ()lim (),lim ()x x x x x x x x f x f x x f x f x f x --++-+→→→→→→→===+=≠)解:因为所以不存在。 7)1()arctan ,0f x x x ==;

互换性第二章课后习题答案

第二章 尺寸公差与圆柱结合的互换性 习题参考答案 2-11已知某配合中孔、轴的基本尺寸为60mm ,孔的下偏差为零,孔的公差为0.046mm ,轴的上偏差为-0.010mm ,轴的公差为0.030mm 。试计算孔、轴的极限尺寸,并写出它们在图样上的标注形式,画出孔、轴的尺寸公差带图解。 解:根据题意可知, D(d)=?60mm ,EI=0,T h =46μm ,es=-10μm ,T s =30 μm 。 ∵EI ES T h -= ∴46046=+=+=EI T ES h μm ∴046.60046.0000.60max =+=+=ES D D mm 000.600000.60min =+=+=EI D D mm ∵ei es T s -= ∴403010-=--=-=s T es ei μm ∴99.59)01.0(000.60max =-+=+=es d d mm 96.59)04.0(000.60min =-+=+=ei d d mm 孔、轴的图样标注,如图所示 公差带图解,如图所示

2-12已知某配合中孔、轴的基本尺寸为40mm ,孔的最大极限尺寸为40.045mm ,最小极限尺寸为40.02mm ,轴的最大极限尺寸为40mm ,轴的最小极限尺寸为39.084mm 。试求孔、轴的极限偏差、基本偏差和公差,并画出孔、轴的尺寸公差带图解。 解:根据已知条件, D(d)= ?40mm ,D max = ?40.045mm ,D max = ?40.020mm ,d max = ?40.000mm ,D max = ?39.084mm 。 ∵045.0000.40045.40max =-=-=D D ES mm ,, 020.0000.40020.40min =-=-=D D EI mm , ∴025.0020.0045.0=-=-=EI ES T h mm 孔的基本偏差为下偏差,EI=0.020mm ∵0000.40000.40max =-=-=d d es mm , 916.0000.40084.39min -=-=-=d d ei mm ∴916.0)916.0(0=--=-=ei es T s mm 轴的基本偏差为上偏差,es=0 + 45 20

黄昆固体物理课后习题答案5

第五章 第五章 晶体中电子能带理论 思考题 1. 1. 将布洛赫函数中的调制因子)(r k u 展成付里叶级数, 对于近自由电子, 当电子波矢远离和在布里渊区边界上两种情况下, 此级数有何特点? 在紧束缚模型下, 此级数又有什么特点? [解答] 由布洛赫定理可知, 晶体中电子的波函数 )()(r r k.r k i k u e =ψ, 对比本教科书(5.1)和(5.39)式可得 )(r k u = r K K .)(1 m i m m e a N ∑Ω . 对于近自由电子, 当电子波矢远离布里渊区边界时, 它的行为与自由电子近似, )(r k u 近似一常数. 因此, )(r k u 的展开式中, 除了)0(a 外, 其它项可忽略. 当电子波矢落在与倒格矢K n 正交的布里渊区边界时, 与布里渊区边界平行的晶面族对布洛赫波产生了强烈的反射, )(r k u 展开式中, 除了)0(a 和)(n a K 两项外, 其它项可忽略. 在紧束缚模型下, 电子在格点R n 附近的几率)(r k ψ2大, 偏离格点R n 的几率)(r k ψ2小. 对于这样的波函数, 其付里叶级数的展式包含若干项. 也就是说, 紧束缚模型下的布洛赫波函数要由若干个平面波来构造.. 2. 2. 布洛赫函数满足 )(n R r +ψ=)(r n k.R ψi e , 何以见得上式中k 具有波矢的意义? [解答] 人们总可以把布洛赫函数)(r ψ展成付里叶级数 r K k'h K k r ).()'()(h i h e a +∑+=ψ, 其中k ’是电子的波矢. 将)(r ψ代入 )(n R r +ψ=)(r n k.R ψi e , 得到 n k'.R i e =n k.R i e . 其中利用了πp n h 2.=R K (p 是整数), 由上式可知, k =k ’, 即k 具有波矢的意义. 3. 3. 波矢空间与倒格空间有何关系? 为什么说波矢空间内的状态点是准连续的? [解答] 波矢空间与倒格空间处于统一空间, 倒格空间的基矢分别为321 b b b 、、 , 而波矢空间的基矢分别为32N N / / /321b b b 、、 1N , N 1、N 2、N 3分别是沿正格子基矢321 a a a 、、方向晶体的原胞数目. 倒格空间中一个倒格点对应的体积为 *321) (Ω=??b b b ,

固体物理课后习题与答案

第一章 金属自由电子气体模型习题及答案 1. 你是如何理解绝对零度时和常温下电子的平均动能十分相近这一点的? [解答] 自由电子论只考虑电子的动能。在绝对零度时,金属中的自由(价)电子,分布在费米能级及其以下的能级上,即分布在一个费米球内。在常温下,费米球内部离费米面远的状态全被电子占据,这些电子从格波获取的能量不足以使其跃迁到费米面附近或以外的空状态上,能够发生能态跃迁的仅是费米面附近的少数电子,而绝大多数电子的能态不会改变。也就是说,常温下电子的平均动能与绝对零度时的平均动能十分相近。 2. 晶体膨胀时,费米能级如何变化? [解答] 费米能级 3/222 )3(2πn m E o F = , 其中n 单位体积内的价电子数目。晶体膨胀时,体积变大,电子数目不变,n 变小,费密能级降低。 3. 为什么温度升高,费米能反而降低? [解答] 当K T 0≠时,有一半量子态被电子所占据的能级即是费米能级。除了晶体膨胀引起费米能级降低外,温度升高,费米面附近的电子从格波获取的能量就越大,跃迁到费米面以外的电子就越多,原来有一半量子态被电子所占据的能级上的电子就少于一半,有一半量子态被电子所占据的能级必定降低,也就是说,温度生高,费米能反而降低。 4. 为什么价电子的浓度越大,价电子的平均动能就越大? [解答] 由于绝对零度时和常温下电子的平均动能十分相近,我们讨论绝对零度时电子的平均动能与电子的浓度的关系。 价电子的浓度越大,价电子的平均动能就越大,这是金属中的价电子遵从费米—狄拉克统计分布的必 然结果。在绝对零度时,电子不可能都处于最低能级上,而是在费米球中均匀分布。由式 3/120)3(πn k F =可知,价电子的浓度越大费米球的半径就越大,高能量的电子就越多,价电子的平均动能 就越大。这一点从3 /2220)3(2πn m E F =和3/222)3(10353πn m E E o F ==式看得更清楚。电子的平均动能E 正比于费米能o F E ,而费米能又正比于电子浓度3 2l n 。所以价电子的浓度越大,价电子的平均动能就越大。 5. 两块同种金属,温度不同,接触后,温度未达到相等前,是否存在电势差?为什么? [解答] 两块同种金属,温度分别为1T 和2T ,且21T T >。在这种情况下,温度为1T 的金属高于费米能o F E 的电子数目,多于温度为2T 的金属高于费米能o F E 的电子数目。两块同种金属接触后,系统的能量要取最小值,温度为1T 的金属高于o F E 的部分电子将流向温度为2T 的金属。温度未达到相等前,这种流动一直持续,期间,温度为1T 的金属失去电子,带正电;温度为2T 的金属得到电子,带负电,两者出现电势差。

《固体物理学》第一二章参考答案教学提纲

《固体物理学》第一二章参考答案

第一章 晶体结构 1.1、 解:实验表明,很多元素的原子或离子都具有或接近于球形对称结构。因此,可以把这些原子或离子构成的晶体看作是很多刚性球紧密堆积而成。这样,一个单原子的晶体原胞就可以看作是相同的小球按点阵排列堆积起来的。它的空间利用率就是这个晶体原胞所包含的点的数目n 和小球体积V 所得到的小球总体积nV 与晶体原胞体积Vc 之比,即:晶体原胞 的空间利用率, Vc nV x = (1)对于简立方结构:(见教材P2图1-1) a=2r , V=3r 3 4 π,Vc=a 3,n=1 ∴52.06r 8r 34a r 34x 3 333=π=π=π= (2)对于体心立方:晶胞的体对角线BG=x 3 3 4a r 4a 3=?= n=2, Vc=a 3 ∴68.083)r 3 34(r 342a r 342x 3 3 33≈π=π?=π?= (3)对于面心立方:晶胞面对角线BC=r 22a ,r 4a 2=?= n=4,Vc=a 3 74.062) r 22(r 344a r 344x 3 3 33≈π=π?=π?= (4)对于六角密排:a=2r 晶胞面积:S=62 60sin a a 6S ABO ??=??=2 a 233 晶胞的体积:V=332r 224a 23a 3 8 a 233C S ==?= ? n=1232 1 26112+?+? =6个 74.062r 224r 346x 3 3 ≈π=π?= (5)对于金刚石结构,晶胞的体对角线BG=3 r 8a r 24a 3= ??= n=8, Vc=a 3

34.063r 3 38r 348a r 348x 3 3 3 33≈π=π?=π?= 1.2、试证:六方密排堆积结构中 633.1)3 8(a c 2 /1≈= 证明:在六角密堆积结构中,第一层硬球A 、B 、O 的中心联线形成一个边长a=2r 的正三角形,第二层硬球N 位于球ABO 所围间隙的正上方并与这三个球相切,于是: NA=NB=NO=a=2R. 即图中NABO 构成一个正四面体。… 1.3、证明:面心立方的倒格子是体心立方;体心立方的倒格子是面心立方。 证明:(1)面心立方的正格子基矢(固体物理学原胞基矢):123()2()2()2a a j k a a i k a a i j ?=+?? ?=+?? ?=+?? r r r r r r r r r 由倒格子基矢的定义:1232()b a a π=?Ω r r r 3 1230, ,22 (), 0,224 ,,0 2 2 a a a a a a a a a a Ω=??==r r r Q ,223,,, 0,()224,,0 2 2 i j k a a a a a i j k a a ?==-++r r r r r r r r 213422()()4a b i j k i j k a a ππ∴=??-++=-++r r r r r r r 同理可得:232() 2() b i j k a b i j k a ππ=-+=+-r r r r r r r r 即面心立方的倒格子基矢与体心立方的正格基矢 相同。 所以,面心立方的倒格子是体心立方。

第二章课后习题与答案

第2章人工智能与知识工程初步 1. 设有如下语句,请用相应的谓词公式分别把他们表示出来:s (1)有的人喜欢梅花,有的人喜欢菊花,有的人既喜欢梅花又喜欢菊花。 解:定义谓词d P(x):x是人 L(x,y):x喜欢y 其中,y的个体域是{梅花,菊花}。 将知识用谓词表示为: (?x )(P(x)→L(x, 梅花)∨L(x, 菊花)∨L(x, 梅花)∧L(x, 菊花)) (2) 有人每天下午都去打篮球。 解:定义谓词 P(x):x是人 B(x):x打篮球 A(y):y是下午 将知识用谓词表示为:a (?x )(?y) (A(y)→B(x)∧P(x)) (3)新型计算机速度又快,存储容量又大。 解:定义谓词 NC(x):x是新型计算机 F(x):x速度快 B(x):x容量大 将知识用谓词表示为: (?x) (NC(x)→F(x)∧B(x)) (4) 不是每个计算机系的学生都喜欢在计算机上编程序。 解:定义谓词 S(x):x是计算机系学生 L(x, pragramming):x喜欢编程序 U(x,computer):x使用计算机 将知识用谓词表示为: ? (?x) (S(x)→L(x, pragramming)∧U(x,computer)) (5)凡是喜欢编程序的人都喜欢计算机。 解:定义谓词 P(x):x是人 L(x, y):x喜欢y 将知识用谓词表示为:

(?x) (P(x)∧L(x,pragramming)→L(x, computer)) 2 请对下列命题分别写出它们的语义网络: (1) 每个学生都有一台计算机。 解: (2) 高老师从3月到7月给计算机系学生讲《计算机网络》课。 解: (3) 学习班的学员有男、有女、有研究生、有本科生。 解:参例2.14 (4) 创新公司在科海大街56号,刘洋是该公司的经理,他32岁、硕士学位。 解:参例2.10 (5) 红队与蓝队进行足球比赛,最后以3:2的比分结束。 解:

固体物理第二章习题答案

2.1.证明两种一价离子组成的一维晶格的马德隆常数为2ln 2α=. 证 设想一个由正负两种离子相间排列的无限长的离子键,取任一负离子作参考离子(这样马德隆常数中的正负号可以这样取,即遇正离子取正号,遇负离子取负号),用r 表示相邻离子间的距离,于是有 (1)1111 2[... ]234j ij r r r r r r α ±' ==-+-+∑ 前边的因子2是因为存在着两个相等距离i r 的离子,一个在参考离子左面,一个在其右面,故对一边求和后要乘2,马德隆常数为 2 34 (1) (34) n x x x x x x +=-+-+ 当X=1时,有111 1 (2234) n - +-+= 2.3 若一晶体的相互作用能可以表示为()m n u r r r α β =- + 求 1)平衡间距0r 2)结合能W (单个原子的) 3)体弹性模量 4)若取 02,10,0.3,4m n r nm W eV ==== ,计算,αβ值。 解 1)晶体内能()()2m n N U r r r αβ= -+ 平衡条件 0r r dU dr == 1100 0m n m n r r αβ ++-+= 1 0()n m n r m βα-= 2) 单个原子的结合能01 ()2 W u r =- 0()()m n r r u r r r αβ ==-+ 1(1)(2m n m m n W n m β αα--=- 3) 体弹性模量0 202()V U K V V ?=?? 晶体的体积3 V NAr =—— A 为常数,N 为原胞数目 晶体内能()()2m n N U r r r αβ= -+ 112 1()23m n N m n r r NAr αβ++=- 22112 1[()]23m n U N r m n V V r r r NAr αβ++???=-??? 1112[1...]234α=-+-+n α∴=

黄昆固体物理课后习题答案1

第一章 第一章 晶体的结构 思 考 题 1. 1. 以堆积模型计算由同种原子构成的同体积的体心和面心立方晶体中的原子数之比. [解答] 设原子的半径为R , 体心立方晶胞的空间对角线为4R , 晶胞的边长为3/4R , 晶胞的体积为() 3 3/4R , 一个晶胞包含两个原子, 一个原子占的体积为() 2/3/43 R ,单位体积 晶体中的原子数为() 3 3 /4/2R ; 面心立方晶胞的边长为2/4R , 晶胞的体积为 () 3 2/4R , 一个晶胞包含四个原子, 一个原子占的体积为() 4/2 /43 R , 单位体积晶体 中的原子数为() 3 2 /4/4R . 因此, 同体积的体心和面心立方晶体中的原子数之比为 2/323 ???? ? ?=0.272. 2. 2. 解理面是面指数低的晶面还是指数高的晶面?为什么? [解答] 晶体容易沿解理面劈裂,说明平行于解理面的原子层之间的结合力弱,即平行解理面的原子层的间距大. 因为面间距大的晶面族的指数低, 所以解理面是面指数低的晶面. 3. 3. 基矢为=1a i a , =2a aj , =3a () k j i ++2 a 的晶体为何种结构? 若 =3a () k j +2 a +i 2 3a , 又为何种结构? 为什么? [解答] 有已知条件, 可计算出晶体的原胞的体积 23 321a = ??=a a a Ω. 由原胞的体积推断, 晶体结构为体心立方. 按照本章习题14, 我们可以构造新的矢量 =-=13a a u 2a ()k j i ++-, =-=23a a v 2a ()k j i +-, =-+=321a a a w 2 a ()k j i -+ . w v u ,,对应体心立方结构. 根据14题可以验证, w v u ,,满足选作基矢的充分条件.可见基 矢为=1a i a , =2a aj , =3a () k j i ++2a 的晶体为体心立方结构. 若

固体物理(严守胜编著) 课后答案 第1章

1.1对于体积V 内N 个电子的自由电子气体,证明 (1)电子气体的压强 ()() V p 032ξ?=,其中 0ξ为电子气体的基态能量。 (2)体弹性模量()V p V K ??-=为V 100ξ 解:(1) () 3 2 352225 223101101-==V N m h V m k h F πππξ (1.1.1) () () () ()() V V N m h V N m h V N m h V V p 035 352223535222323522223101323231013101ξππππππξ?==??? ? ??--=??? ? ????=??-=--- (1.1.2) (2) ()() () () V V N m h V N m h V V N m h V V V p V K 1031019103531013231013203 8 35222 383 52 22 353522 2ξππππππ==??? ? ??--=??? ? ????-=??-=--- (1.1.3) 1.2 He 3 原子是具有自旋1/2的费米子。在绝对零度附近,液体He 3 的密度为0.081g ?cm -3。 计算费米能量F ε和费米温度F T 。He 3 原子的质量为g m 24105-?≈。 解:把 He 3 原子当作负电背景下的正电费米子气体. Z=1. 3 2832224 1062.11062.1105081 .01m cm m Z n m ?=?=??== --ρ (1.2.1) ( ) 19173 1 2 108279.7108279.73--?=?==m cm n k F π (1.2.2) () eV J m k F F 42327 2 9 3422102626.41080174.6100.52108279.710055.12----?=?=?????= =ηε (1.2.3) K k T B F F 92.410381.1106.801742323=??==--ε (1.2.4)

固体物理答案

(1) 共价键结合的特点?共价结合为什么有“饱和性”和“方向性”? 饱和性和方向性 饱和性:由于共价键只能由为配对的电子形成,故一个原子能与其他原子形成共价键的数目是有限制的。N<4,有n 个共价键;n>=4,有(8-n )个共价键。其中n 为电子数目。方向性:一个院子与其他原子形成的各个共价键之间有确定的相对取向。 (2) 如何理解电负性可用电离能加亲和能来表征? 电离能:使原子失去一个电子所必须的能量其中A 为第一电离能,电离能可表征原子对价电子束缚的强弱;亲和势能:中性原子获得电子成为-1价离子时放出的能量,其中B 为释放的能量,也可以表明原子束缚价电子的能力,而电负性是用来表示原子得失电子能力的物理量。故电负性可用电离能加亲和势能来表征。 (3) 引入玻恩-卡门条件的理由是什么? 在求解原子运动方程是,将一维单原子晶格看做无限长来处理的。这样所有的原子的位置都是等价的,每个原子的振动形式都是一样的。而实际的晶体都是有限的,形成的键不是无穷长的,这样的链两头原子就不能用中间的原子的运动方程来描述。波恩—卡门条件解决上述困难。 (4) 温度一定,一个光学波的声子数目多呢,还是一个声学波的声子数目多? 对同一振动模式,温度高时的声子数目多呢,还是温度低的声子数目多? 温度一定,一个声学波的声子数目多。 对于同一个振动模式,温度高的声子数目多。 (5) 长声学格波能否导致离子晶体的宏观极化? 不能。长声学波代表的是原胞的运动,正负离子相对位移为零。 (6)晶格比热理论中德拜(Debye )模型在低温下与实验符合的很好,物理原因 是什么?爱因斯坦模型在低温下与实验存在偏差的根源是什么? 在甚低温下,不仅光学波得不到激发,而且声子能量较大的短声学波也未被激发,得到激发的只是声子能量较小的长声学格波。长声学格波即弹性波。德拜模型只考虑弹性波对热容德贡献。因此,在甚低温下,德拜模型与事实相符,自然与实验相符。 爱因斯坦模型过于简单,假设晶体中各原子都以相同的频率做振动,忽略了各格波对热容贡献的差异,按照爱因斯坦温度的定义可估计出爱因斯坦频率为光学支格波。在低温主要对热容贡献的是长声学支格波。 (7)试解释在晶体中的电子等效为经典粒子时,它的有效质量为什么有正、有负、无穷大值?带顶和带底的电子与晶格的作用各有什么特点? m F m m l +=* m F m v F m v F l ?+?=??* ])()[(1])()[(1电子给予晶格德外力给予电子德晶格给予电子德外力给予电子德-=+p p m p p m m p ????=?*当电子从外场获得的动量大于电子传递给晶格的动量时,有效质量为正; 当电子从外场获得的动量小于电子传递给晶格的动量时,有效质量为负; 当电子从外场获得的动量等于电子传递给晶格的动量时,有效质量为无穷。 (8)为什么温度升高,费米能级反而降低?体积膨胀时,费米能级的变化? 在温度升高时,费米面以内能量离约范围的能级上的电子被激发到之上约范围的能级。故费米球体积V 增大,又电子总数N 不变,则电子浓度减小,又,则费米半径变小,费米能级也减小。当体积膨胀时,V 增大,同理费米能级减小。 (9)什么是p 型、N 型半导体?试用能带结构解释。

第二章课后习题答案

1. 已知某一时期内某商品的需求函数为Q =50-5P ,供给函数为Qs=-10+5p。(1)求均衡价格Pe和均衡数量Qe,并作出几何图形。 (2)假定供给函数不变,由于消费者收入水平提高,使需求函数变为Qd=60-5P。求出相应的均衡价格Pe 和均衡数量Qe ,并作出几何图形。(3)假定需求函数不变,由于生产技术水平提高,使供给函数变为Qs=-5+5p。 求出相应的均衡价格Pe 和均衡数量Qe ,并作出几何图形。 (4)利用(1)(2 )(3),说明静态分析和比较静态分析的联系和区别。(5)利用(1)(2 )(3),说明需求变动和供给变动对均衡价格和均衡数量的影响. 解答: (1)将需求函数Qd = 50-5P和供给函数Qs =-10+5P 代入均衡条件Qd = Qs ,有: 50- 5P= -10+5P 得: Pe=6 以均衡价格Pe =6 代入需求函数Qd =50-5p ,得: Qe=20 所以,均衡价格和均衡数量分别为Pe =6 , Qe=20 (图略) (2)将由于消费者收入提高而产生的需求函数Qd=60-5p 和原供给函数 Qs=-10+5P, 代入均衡条件Q d= Qs ,有: 60-5P=-10+5P 得Pe=7 以均衡价格Pe=7代入Qd方程,得Qe=25 所以,均衡价格和均衡数量分别为Pe =7 , Qe=25 (图略) (3) 将原需求函数Qd =50-5p和由于技术水平提高而产生的供给函数Q =-5+5p , 代入均衡条件Qd =Qe ,有: 50-5P=-5+5P得Pe= 5.5 以均衡价格Pe= 5.5 代入Qd =50-5p ,得22.5 所以,均衡价格和均衡数量分别为Pe=5.5 Qe=22.5 (4)所谓静态分析是考察在既定条件下某一经济事物在经济变量的相互作用下所实现的均衡状态及其特征.也可以说,静态分析是在一个经济模型中根据所给的外生变量来求内生变量的一种分析方法.以(1)为例,在图中,均衡点 E 就是一个体现了静态分析特征的点.它是在给定的供求力量的相互作用下所达到的一个均衡点.在此,给定的供求力量分别用给定的供给函数Q=-10+5P 和需求函数Q=50-5P表示,均衡点具有的特征是:均衡价格P=6 且当P =6 时,有Q= Q d= Qe =20 ,同时,

水力学第二章课后习题答案

2.12 密闭容器,测压管液面高于容器内液面h=1.8m ,液体的密度为850kg/m 3,求液面 压强。 解:P o = P a ,gh = P a 850 9.807 1.8 相对压强为:15.00kPa。 绝对压强为:116.33kPa。 答:液面相对压强为15.00kPa,绝对压强为116.33kPa。 2.13 密闭容器,压力表的示值为4900N/m 2,压力表中心比A点高0.4m , A点在水下 1.5m,,求水面压强。 P0 1.5m 1 0.4m A

解: P0 = P a P -1.1 'g 二P a 4900 -1.1 1000 9.807 二p a「5.888 (kPa) 相对压强为:_5.888kPa。 绝对压强为:95.437kPa。 答: 水面相对压强为-5.888kPa,绝对压强为95.437kPa。 3m 解:(1)总压力:Pz=A p=4「g 3 3 = 353.052 (kN) (2)支反力:R 二W总二W K W箱二W箱;?g 1 1 1 3 3 3 =W箱 9807 28 =274.596 kN W箱 不同之原因:总压力位底面水压力与面积的乘积,为压力体Qg。而支座反力与水体重量及箱体重力相平衡,而水体重量为水的实际体积Eg。 答:水箱底面上总压力是353.052kN,4个支座的支座反力是274.596kN。 2.14 盛满水的容器,顶口装有活塞A,直径d =0.4m,容器底的直径D=1.0m,高h

=1.8m ,如活塞上加力2520N (包括活塞自重),求容器底的压强和总压力 解: (1)容器底的压强: P D =P A'gh =252°9807 1.8 =37.706(kPa)(相对压强) /-d2 4 (2)容器底的总压力: P D二Ap D D2 p D12 37.706 10 = 29.614(kN) 4 4 答:容器底的压强为37.706kPa,总压力为29.614kN 。 2.6用多管水银测压计测压,图中标高的单位为m,试求水面的压强P0。

固体物理答案 第2章

2.1证明两种一价离子组成的一维晶格的马德隆常数为2ln 2α=。 证:考虑到由两种一价离子组成的一维晶格的内能(相互作用能)仅与库仑势有关,可写作: 2 20 000 (1)44(1)1112(1)2ln 2234n n n n q q U nr r n α πεπεα≠≠-= =--∴=-=-?-+-+-=∑∑ 注:234 111ln(1)234 x x x x x +=- +-+。2是考虑左右离子对称。 2.2讨论使离子电荷加倍所引起的对NaCl 晶格常数及结合能的影响(排斥势看作不变)。 解:(1)晶格常数 电荷加倍前: 206()()4n n e b A B U N N r r r r απε=-+=-+ 由平衡条件:0 () 0r r U r r =?=?,可得 110()n nB r A -= 。 电荷加倍后: 2' 0464()()4n n e b A B U N N r r r r απε=-+=-+ 同样由平衡条件: ' '()0r r U r r =?=?,可得 1' 10()4n nB r A -= 所以 001 1 '04r r r n ≈=-- ,即1>>n 时,晶格常数可认为不变。 (2)结合能 电荷加倍前: 20001 ()(1)4N e W U r r n απε=-=- 电荷加倍后: 22' '' 1 1' 001 0041 4()(1)4444 n n n N e N e W U r W r n r ααπεπε---=-=-== 当1>>n 时,有W 'W 4=,结合能增加为原来的4倍。 2.3若一晶体两个离子间的相互作用能可表示为 ,晶体体积为3NAr V =(A 为常数,N 为原胞数目),试求:(1)平衡间距;(2)结合能W (单个离子的);(3)体弹性模量的表达式;(4)若取02,10,3m n r ===?,4W =eV,求,αβ值。 解: (1)平衡间距 ()=-+m n αβ U r r r

第二章课后习题答案

第二章 牛顿定律 2 -1 如图(a)所示,质量为m 的物体用平行于斜面的细线联结置于光滑的斜面上,若斜面向左方作加速运动,当物体刚脱离斜面时,它的加速度的大小为( ) (A) g sin θ (B) g cos θ (C) g tan θ (D) g cot θ 分析与解 当物体离开斜面瞬间,斜面对物体的支持力消失为零,物体在绳子拉力F T (其方向仍可认为平行于斜面)和重力作用下产生平行水平面向左的加速度a ,如图(b)所示,由其可解得合外力为mg cot θ,故选(D).求解的关键是正确分析物体刚离开斜面瞬间的物体受力情况和状态特征. 2 -2 用水平力F N 把一个物体压着靠在粗糙的竖直墙面上保持静止.当F N 逐渐增大时,物体所受的静摩擦力F f 的大小( ) (A) 不为零,但保持不变 (B) 随F N 成正比地增大 (C) 开始随F N 增大,达到某一最大值后,就保持不变 (D) 无法确定 分析与解 与滑动摩擦力不同的是,静摩擦力可在零与最大值μF N 范围内取值.当F N 增加时,静摩擦力可取的最大值成正比增加,但具体大小则取决于被作用物体的运动状态.由题意知,物体一直保持静止状态,故静摩擦力与重力大小相等,方向相反,并保持不变,故选(A). 2 - 3 一段路面水平的公路,转弯处轨道半径为R ,汽车轮胎与路面间的摩擦因数为μ,要使汽车不至于发生侧向打滑,汽车在该处的行驶速率 ( ) (A) 不得小于gR μ (B) 必须等于gR μ (C) 不得大于gR μ (D) 还应由汽车的质量m 决定 分析与解 由题意知,汽车应在水平面内作匀速率圆周运动,为保证汽

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