2025年大学《物理学》专业题库—— 物理学中的固体物理学研究.docxVIP

2025年大学《物理学》专业题库——物理学中的固体物理学研究

考试时间：______分钟总分：______分姓名：______

一、选择题（每小题3分，共15分。将正确选项的字母填在题后的括号内）

1.下列哪种晶体结构具有体心立方结构和面心立方结构的共同特点？

A.NaCl型

B.闪锌矿型

C.密排六方

D.金刚石型

2.在金属晶体中，描述电子在点阵离子势场中运动的波函数满足：

A.斯特恩-盖拉赫定则

B.薛定谔方程

C.泡利不相容原理

D.能量最小原理

3.对于刃位错，其伯格斯矢量方向：

A.垂直于位错线

B.平行于位错线

C.沿着位错线移动方向

D.与位错线成任意角度

4.根据能带理论，绝缘体和半导体的主要区别在于：

A.导电粒子数密度不同

B.禁带宽度不同

C.晶体结构不同

D.温度不同

5.在金属的自由电子模型中，描述电子气态性质的物理量是：

A.能级

B.能带

C.费米能级

D.?禁带

二、填空题（每空3分，共15分。将答案填在题中横线上）

6.晶体学中，描述晶体空间重复排列的基本单元称为________。

7.在晶体中，连接两个相邻晶粒界的平面称为________。

8.根据能带理论，固体中电子填充最高能量的能级称为________。

9.金属导电的物理机制主要基于________的运动。

10.当温度降低到某个临界值时，某些材料会失去电阻，表现出零电阻现象，这一特性称为________。

三、计算题（共35分）

11.（10分）已知面心立方晶体的晶格常数为a。试计算（111）晶面的面间距d111。并确定位于此晶面上原子密度的近似值。

12.（15分）设一维无限深势阱中电子的能级为E_n=n2h2/8ma2，其中n=1,2,3,...。若电子从n=2能级跃迁到n=1能级，求辐射光子的频率ν。已知势阱宽度a=1?，普朗克常数h=6.626×10?3?J·s。

13.（10分）简述能带形成的基本过程。在形成能带时，原子能级会发生怎样的变化？

四、简答题（每题10分，共20分）

14.解释什么是点缺陷？并列举三种常见的点缺陷类型。

15.简述金属导体和半导体在常温下的导电机制有何主要区别。

五、论述题（15分）

讨论晶体缺陷对材料物理性质（如力学性能、电学性能）的影响。以位错为例，说明其在材料塑性变形中的作用。

试卷答案

1.B

2.B

3.A

4.B

5.C

6.基本单元

7.晶界

8.费米能级

9.自由电子

10.超导

11.解析：面心立方晶体的（111）晶面包含一个立方体的对角面。每个晶面上有4个原子，但每个原子被4个相邻晶面共有，故原子密度为4/(2×(√2×a)2)=√3/(3a2)。面间距d111等于沿此晶面法线方向的晶格常数分量，通过几何关系计算，d111=a/√3。近似值即为√3/a。

答案：d111=a/√3。原子密度近似值=√3/a。

12.解析：能级差ΔE=E_2-E_1=(22-12)h2/8ma2=3h2/8ma2。光子频率ν=ΔE/h=3h/8ma2。代入数值：ν=(3×6.626×10?3?J·s)/(8×(9.109×10?31kg)×(1×10?1?m)2)≈2.81×101?Hz。

答案：ν≈2.81×101?Hz。

13.解析：能带形成过程：大量原子靠近形成固体时，原子间相互作用导致原子的能级发生分裂。随着原子数增加，分裂能级数量也增加，能级间隔变得极小，最终形成准连续的能量区间，即能带。原子能级由原来的孤立、分立的能级转变为一系列密集的能级带。在同一能带内，能量是准连续的；不同能带之间存在能量间隔，称为禁带。

答案：能带形成的基本过程是大量原子靠近时，原子间相互作用导致原子能级分裂并密集形成能带。原子能级由孤立、分立变为密集、准连续。

14.解析：点缺陷是指晶格中原子数目偏离正常值而产生的缺陷。常见的点缺陷类型包括：空位（晶格中缺少原子）、填隙原子（原子挤入晶格间隙）、取代原子（晶格中一个原子被其他原子取代）。

答案：点缺陷是晶格中原子数目偏离正常值的缺陷。常见类型有：空位、填隙原子、取代原子。

15.解析：金属导体在常温下，其价电子摆脱原子束缚，形成可以自由移动的“电子气”，这些自由电子在电场作用下定向移动形成电流。导电机制是自由