题目
N个原子组成的晶格常数为a的一维单原子链,波数为q的格波中相邻原子之间的相位差为( )。A. piB. 2piC. aqD. 2aq
N个原子组成的晶格常数为a的一维单原子链,波数为q的格波中相邻原子之间的相位差为( )。
A. $\pi$
B. $2\pi$
C. $aq$
D. $2aq$
题目解答
答案
C. $aq$
解析
本题考查一维单原子链格波中相邻原子之间相位差的计算,解题关键在于理解格波的波函数表达式以及相位差的概念。
在一维单原子链中,格波的波函数可以表示为$\varphi_n = A\cos(\omega t - qna)$,其中$\varphi_n$是第$n$个原子的振动位移,$A$是振幅,$\omega$是角频率,$t$是时间,$q$是波数,$n$是原子的序号,$a$是晶格常数。
相邻原子(如第$n$个原子和第$n + 1$个原子)的振动位移分别为:
第$n$个原子:$\varphi_n = A\cos(\omega t - qna)$
第$n + 1$个原子:$\varphi_{n + 1} = A\cos(\omega t - q(n + 1)a)=A\cos(\omega t - qna - qa)$
根据相位差的定义,相邻原子之间的相位差$\Delta\varphi$就是两个原子振动相位的差值。对于余弦函数$y = \cos(x)$,其相位就是$x$的值。所以相邻原子的相位差为:
$\Delta\varphi=(\omega t - qna)-(\omega t - qna - qa)$
去括号可得:
$\Delta\varphi=\omega t - qna - \omega t + qna + qa$
合并同类项后得到:
$\Delta\varphi = qa$