固体物理 第二章_晶体的结合和弹性.docVIP

第二章 晶体的结合和弹性 测 试 题 1.是否有与库仑力无关的晶体结合类型? 2.如何理解库仑力是原子结合的动力? 3.晶体的结合能, 晶体的内能, 原子间的相互作用势能有何区别? 4.原子间的排斥作用取决于什么原因? 5.原子间的排斥作用和吸引作用有何关系? 起主导的范围是什么? 6.共价结合为什么有 “饱和性”和 “方向性”? 7. 共价结合, 两原子电子云交迭产生吸引, 而原子靠近时, 电子云交迭会产生巨大的排斥力, 如何解释? 8.试解释一个中性原子吸收一个电子一定要放出能量的现象. 9.如何理解电负性可用电离能加亲和能来表征? 10.为什么许多金属为密积结构? 11.何为杂化轨道? 12.你认为固体的弹性强弱主要由排斥作用决定呢, 还是吸引作用决定? 13.固体呈现宏观弹性的微观本质是什么? 14.你是如何理解弹性的, 当施加一定力, 形变大的弹性强呢, 还是形变小的强? 15.拉伸一长棒, 任一横截面上的应力是什么方向? 压缩时, 又是什么方向? 16.固体中某一面积元两边的应力有何关系? 17.沿某立方晶体一晶轴取一细长棒做拉伸实验, 忽略宽度和厚度的形变, 由此能否测出弹性劲度常数? 18.若把上题等价成弹簧的形变, 弹簧受的力, 与有何关系? 19.固体中的应力与理想流体中的压强有何关系? 20.固体中的弹性波与理想流体中的传播的波有何差异? 为什么? 第2章? 晶体的结合 习题解答 1.是否有与库仑力无关的晶体结合类型? [解答] ??? 共价结合中, 电子虽然不能脱离电负性大的原子, 但靠近的两个电负性大的原子可以各出一个电子, 形成电子共享的形式, 即这一对电子的主要活动范围处于两个原子之间, 通过库仑力, 把两个原子连接起来. 离子晶体中, 正离子与负离子的吸引力就是库仑力. 金属结合中, 原子实依靠原子实与电子云间的库仑力紧紧地吸引着. 分子结合中, 是电偶极矩把原本分离的原子结合成了晶体. 电偶极矩的作用力实际就是库仑力. 氢键结合中, 氢先与电负性大的原子形成共价结合后, 氢核与负电中心不在重合, 迫使它通过库仑力再与另一个电负性大的原子结合. 可见, 所有晶体结合类型都与库仑力有关. 2.如何理解库仑力是原子结合的动力? [解答] ??? 晶体结合中, 原子间的排斥力是短程力, 在原子吸引靠近的过程中, 把原本分离的原子拉近的动力只能是长程力, 这个长程吸引力就是库仑力. 所以, 库仑力是原子结合的动力. 3.晶体的结合能, 晶体的内能, 原子间的相互作用势能有何区别? [解答] ??? 自由粒子结合成晶体过程中释放出的能量, 或者把晶体拆散成一个个自由粒子所需要的能量, 称为晶体的结合能. ??? 原子的动能与原子间的相互作用势能之和为晶体的内能. ??? 在0K时, 原子还存在零点振动能. 但零点振动能与原子间的相互作用势能的绝对值相比小得多. 所以, 在0K时原子间的相互作用势能的绝对值近似等于晶体的结合能. 4.原子间的排斥作用取决于什么原因? [解答] ??? 相邻的原子靠得很近, 以至于它们内层闭合壳层的电子云发生重叠时, 相邻的原子间便产生巨大排斥力. 也就是说, 原子间的排斥作用来自相邻原子内层闭合壳层电子云的重叠.? ? 5. 原子间的排斥作用和吸引作用有何关系? 起主导的范围是什么? [解答] ??? 在原子由分散无规的中性原子结合成规则排列的晶体过程中, 吸引力起到了主要作用. 在吸引力的作用下, 原子间的距离缩小到一定程度, 原子间才出现排斥力. 当排斥力与吸引力相等时, 晶体达到稳定结合状态. 可见, 晶体要达到稳定结合状态, 吸引力与排斥力缺一不可. 设此时相邻原子间的距离为, 当相邻原子间的距离时, 吸引力起主导作用; 当相邻原子间的距离时, 排斥力起主导作用. 6.共价结合为什么有 “饱和性”和 “方向性”? [解答] ??? 设N为一个原子的价电子数目, 对于IVA、VA、VIA、VIIA族元素，价电子壳层一共有8个量子态, 最多能接纳(8- N)个电子, 形成(8- N)个共价键. 这就是共价结合的 “饱和性”. ??? 共价键的形成只在特定的方向上, 这些方向是配对电子波函数的对称轴方向, 在这个方向上交迭的电子云密度最大. 这就是共价结合的 “方向性”. 7. 共价结合, 两原子电子云交迭产生吸引, 而原子靠近时, 电子云交迭会产生巨大的排斥力, 如何解释? [解答] ??? 共价结合, 形成共价键的配对电子, 它们的自旋方向相反, 这两个电子的电子云交迭使得体系的能量降低, 结构稳定. 但当原子靠得很近时, 原子内部满壳层电子的电子云交迭, 量子态相同的电子产生巨大的排斥力, 使得系统的能量急剧增大. 8.试解释一个中性原子吸收一个电子一定要放