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材料科学
题目

______是确定晶格振动谱最有效的实验方法.1.固体出现宏观弹性的微观实质是什么?原子间存在相互作用力.2.简述倒格子的性质.P29~303. 根据量子理论简述电子比较热的贡献,写出表达式,并说明为什么在高温时可以不考虑电子比较热的贡献而在高温时必需考虑?答:在量子理论中,大多数电子的能量远远低于费米能量EF,-|||-由于受到泡利不相容原理的限制,不能参与热激发,只有在EF-|||-耐近约 backsim (K)_(B)I 范围内电子参与热激发,对金属的比热有贡献。-|||-Cve=yT-|||-在高温时Cre相对Cs(来说很小可忽略不计;在低温时,晶格-|||-振动的比热按温度三次方趋近于零,而电子的比热与温度一次-|||-方正比,随温度下降变化缓慢,此时电子的比热可以和晶格振-|||-动的比热相比较,不能忽略。4.线缺陷对晶体的性质有何影响?举例说明.P1695.简述基本术语基元、格点、布拉菲格子.基元:P9组成晶体的最小基本单位,整个晶体可以看成是基元的周期性重复排列构成.格点:P9将基元笼统成一个代表点,该代表点位于各基元中等价的位置.布拉菲格子:格点在空间周期性重复排列所构成的阵列.6.为什么许多金属为密积结构?答:金属结合中, 受到最小能量原理的约束,要求原子实与共有电子电子云间的库仑能要尽可能的低(绝对值尽可能的年夜).原子实越紧凑,原子实与共有电子电子云靠得就越紧密,库仑能就越低.所以,许多金属的结构为密积结构.7.简述爱因斯坦模型,并说明其胜利之处、缺乏之处及原因答:爱因斯坦模型:假定所有的原子以相同的频率振动胜利之处:通过选取合适的爱因斯坦温度值,在较年夜温度变动的范围内,理论计算的结果和实验结果相当好地符合.且热容量随着温度降低而趋于零缺乏之处:温度非常低时,热容量按温度的指数形式降低,而实验测得结果标明:热容量按温度的3次方降低原因:是爱因斯坦模型忽略了各格波的频率分歧8.金属中共有化电子对热容贡献为什么和经典理论值存在较年夜偏差?在什么情况下应对电子的热容贡献予以考虑,为什么?由于电子是费米子,遵循费米-狄拉克分布和泡利不相容原理,因此共有化电子不能全部填充在最低能级上,而是填充在能带中由低到高准连续的能级上.在热激发作用下,只有费米能附近能级上的电子存在一定跃迁到高能级的机会,从而对热容有贡献,而年夜大都电子并没有介入热激发,这时造成金属中共有化电子对热容贡献和经典理论值存在较年夜偏差原因.通过计算发现,电子对热容量的贡献和温度的一次方成正比,而晶格振动的热容量在高温时和温度的三次方成正比,因此,在温度趋于零的情况下,电子的热容量是主要方面,应该予以考虑.1.证明自由电子的能级密度为答:在量子理论中,大多数电子的能量远远低于费米能量EF,-|||-由于受到泡利不相容原理的限制,不能参与热激发,只有在EF-|||-耐近约 backsim (K)_(B)I 范围内电子参与热激发,对金属的比热有贡献。-|||-Cve=yT-|||-在高温时Cre相对Cs(来说很小可忽略不计;在低温时,晶格-|||-振动的比热按温度三次方趋近于零,而电子的比热与温度一次-|||-方正比,随温度下降变化缓慢,此时电子的比热可以和晶格振-|||-动的比热相比较,不能忽略。.证明:P1902.证明倒格矢答:在量子理论中,大多数电子的能量远远低于费米能量EF,-|||-由于受到泡利不相容原理的限制,不能参与热激发,只有在EF-|||-耐近约 backsim (K)_(B)I 范围内电子参与热激发,对金属的比热有贡献。-|||-Cve=yT-|||-在高温时Cre相对Cs(来说很小可忽略不计;在低温时,晶格-|||-振动的比热按温度三次方趋近于零,而电子的比热与温度一次-|||-方正比,随温度下降变化缓慢,此时电子的比热可以和晶格振-|||-动的比热相比较,不能忽略。与正格子晶面族(答:在量子理论中,大多数电子的能量远远低于费米能量EF,-|||-由于受到泡利不相容原理的限制,不能参与热激发,只有在EF-|||-耐近约 backsim (K)_(B)I 范围内电子参与热激发,对金属的比热有贡献。-|||-Cve=yT-|||-在高温时Cre相对Cs(来说很小可忽略不计;在低温时,晶格-|||-振动的比热按温度三次方趋近于零,而电子的比热与温度一次-|||-方正比,随温度下降变化缓慢,此时电子的比热可以和晶格振-|||-动的比热相比较,不能忽略。)正交.证明:P303. 证明体心立方点阵的倒易点阵是面心立方.证明:P311.一个单胞的尺寸为答:在量子理论中,大多数电子的能量远远低于费米能量EF,-|||-由于受到泡利不相容原理的限制,不能参与热激发,只有在EF-|||-耐近约 backsim (K)_(B)I 范围内电子参与热激发,对金属的比热有贡献。-|||-Cve=yT-|||-在高温时Cre相对Cs(来说很小可忽略不计;在低温时,晶格-|||-振动的比热按温度三次方趋近于零,而电子的比热与温度一次-|||-方正比,随温度下降变化缓慢,此时电子的比热可以和晶格振-|||-动的比热相比较,不能忽略。,答:在量子理论中,大多数电子的能量远远低于费米能量EF,-|||-由于受到泡利不相容原理的限制,不能参与热激发,只有在EF-|||-耐近约 backsim (K)_(B)I 范围内电子参与热激发,对金属的比热有贡献。-|||-Cve=yT-|||-在高温时Cre相对Cs(来说很小可忽略不计;在低温时,晶格-|||-振动的比热按温度三次方趋近于零,而电子的比热与温度一次-|||-方正比,随温度下降变化缓慢,此时电子的比热可以和晶格振-|||-动的比热相比较,不能忽略。,求:3.倒易点阵单胞基矢;(2)倒易点阵单胞体积;(3)(210)平面的面间距.P322.已知金属钠Na在常温常压下的质量密度答:在量子理论中,大多数电子的能量远远低于费米能量EF,-|||-由于受到泡利不相容原理的限制,不能参与热激发,只有在EF-|||-耐近约 backsim (K)_(B)I 范围内电子参与热激发,对金属的比热有贡献。-|||-Cve=yT-|||-在高温时Cre相对Cs(来说很小可忽略不计;在低温时,晶格-|||-振动的比热按温度三次方趋近于零,而电子的比热与温度一次-|||-方正比,随温度下降变化缓慢,此时电子的比热可以和晶格振-|||-动的比热相比较,不能忽略。,原子量为23,价电子数为1,试推算绝对温度时金属钠Na的费米能量、费米温度 、费米波矢和费米速度.P1933.设原子质量为m=8.35×10-24g,恢复力常数为=1.5×10-1N/cm.一维单原子链中原子的振动位移写成如下形式:答:在量子理论中,大多数电子的能量远远低于费米能量EF,-|||-由于受到泡利不相容原理的限制,不能参与热激发,只有在EF-|||-耐近约 backsim (K)_(B)I 范围内电子参与热激发,对金属的比热有贡献。-|||-Cve=yT-|||-在高温时Cre相对Cs(来说很小可忽略不计;在低温时,晶格-|||-振动的比热按温度三次方趋近于零,而电子的比热与温度一次-|||-方正比,随温度下降变化缓慢,此时电子的比热可以和晶格振-|||-动的比热相比较,不能忽略。,求:(1)格波的色散关系;(2)求出由5个原子组成的一维原子晶格的振动频率.4.已知金属铜Cu是面心立方晶体,晶格常数a=3.6110-10m,每个原子电离时放出一个自由电子,试推算绝对温度时金属铜的费米能量、费米温度 、费米波矢和费米速度.P1945.设两原子间的相互作用能可由V(r)=答:在量子理论中,大多数电子的能量远远低于费米能量EF,-|||-由于受到泡利不相容原理的限制,不能参与热激发,只有在EF-|||-耐近约 backsim (K)_(B)I 范围内电子参与热激发,对金属的比热有贡献。-|||-Cve=yT-|||-在高温时Cre相对Cs(来说很小可忽略不计;在低温时,晶格-|||-振动的比热按温度三次方趋近于零,而电子的比热与温度一次-|||-方正比,随温度下降变化缓慢,此时电子的比热可以和晶格振-|||-动的比热相比较,不能忽略。表述.若m=2,n=10,而且两原子构成稳定的分子,平衡时其核间距离为310-10m,离解能为4eV,试计算:α和β(1eV=1.6010-12J)P726.一维复式格子的晶格常数为2a,恢复力常数为β,年夜原子质量为M,小原子质量为m,(1)列出原子运动方程及解的形式.(2)求出格波的色散关系w(q).英文文献格式[6]M. D. Segall, Philip J. D. Lindan, M. J. Probert et al. First-principles simulation: ideas, illustrations and the CASTEP code, J.Phys.: Cond. Matt. 2002, 14: 2717–2744

______是确定晶格振动谱最有效的实验方法.

1.固体出现宏观弹性的微观实质是什么?

原子间存在相互作用力.

2.简述倒格子的性质.

P29~30

3. 根据量子理论简述电子比较热的贡献,写出表达式,并说明为什么在高温时可以不考虑电子比较热的贡献而在高温时必需考虑?

4.线缺陷对晶体的性质有何影响?举例说明.

P169

5.简述基本术语基元、格点、布拉菲格子.

基元:P9组成晶体的最小基本单位,整个晶体可以看成是基元的周期性重复排列构成.

格点:P9将基元笼统成一个代表点,该代表点位于各基元中等价的位置.

布拉菲格子:格点在空间周期性重复排列所构成的阵列.

6.为什么许多金属为密积结构?

答:金属结合中, 受到最小能量原理的约束,要求原子实与共有电子电子云间的库仑能要尽可能的低(绝对值尽可能的年夜).原子实越紧凑,原子实与共有电子电子云靠得就越紧密,库仑能就越低.所以,许多金属的结构为密积结构.

7.简述爱因斯坦模型,并说明其胜利之处、缺乏之处及原因

答:爱因斯坦模型:假定所有的原子以相同的频率振动

胜利之处:通过选取合适的爱因斯坦温度值,在较年夜温度变动的范围内,理论计算的结果和实验结果相当好地符合.且热容量随着温度降低而趋于零

缺乏之处:温度非常低时,热容量按温度的指数形式降低,而实验测得结果标明:热容量按温度的3次方降低

原因:是爱因斯坦模型忽略了各格波的频率分歧

8.金属中共有化电子对热容贡献为什么和经典理论值存在较年夜偏差?在什么情况下应对电子的热容贡献予以考虑,为什么?

由于电子是费米子,遵循费米-狄拉克分布和泡利不相容原理,因此共有化电子不能全部填充在最低能级上,而是填充在能带中由低到高准连续的能级上.在热激发作用下,只有费米能附近能级上的电子存在一定跃迁到高能级的机会,从而对热容有贡献,而年夜大都电子并没有介入热激发,这时造成金属中共有化电子对热容贡献和经典理论值存在较年夜偏差原因.通过计算发现,电子对热容量的贡献和温度的一次方成正比,而晶格振动的热容量在高温时和温度的三次方成正比,因此,在温度趋于零的情况下,电子的热容量是主要方面,应该予以考虑.

1.证明自由电子的能级密度为.

证明:P190

2.证明倒格矢与正格子晶面族()正交.

证明:P30

3. 证明体心立方点阵的倒易点阵是面心立方.

证明:P31

1.一个单胞的尺寸为,,求:

3.倒易点阵单胞基矢;(2)倒易点阵单胞体积;(3)(210)平面的面间距.

P32

2.已知金属钠Na在常温常压下的质量密度,原子量为23,价电子数为1,试推算绝对温度时金属钠Na的费米能量、费米温度 、费米波矢和费米速度.

P193

3.设原子质量为m=8.35×10-24g,恢复力常数为=1.5×10-1N/cm.一维单原子链中原子的振动位移写成如下形式:,求:

(1)格波的色散关系;

(2)求出由5个原子组成的一维原子晶格的振动频率.

4.已知金属铜Cu是面心立方晶体,晶格常数a=3.6110-10m,每个原子电离时放出一个自由电子,试推算绝对温度时金属铜的费米能量、费米温度 、费米波矢和费米速度.

P194

5.设两原子间的相互作用能可由

V(r)=

表述.若m=2,n=10,而且两原子构成稳定的分子,平衡时其核间距离为310-10m,离解能为4eV,试计算:α和β(1eV=1.6010-12J)

P72

6.一维复式格子的晶格常数为2a,恢复力常数为β,年夜原子质量为M,小原子质量为m,(1)列出原子运动方程及解的形式.(2)求出格波的色散关系w(q).

英文文献格式[6]M. D. Segall, Philip J. D. Lindan, M. J. Probert et al. First-principles simulation: ideas, illustrations and the CASTEP code, J.Phys.: Cond. Matt. 2002, 14: 2717–2744

题目解答

答案

中子非弹性散射

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