《固体物理学》习题解答
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
34.063r 3
38r 348a r 348x 3
33
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 ?=+??
?
=+??
?=+??
由倒格子基矢的定义：1232()b a a π
=
?Ω
3
1230,
,22
(),
0,224
,,0
2
2a a
a
a a a a a a a Ω=??==，2
23,,,
0,()224,,0
2
2
i j k
a a a a a i j k a a ?==-++ 213422()()4a
b i j k i j k a a
π
π∴=??-++=-++
同理可得：232()2()
b i j k a
b i j k a
π
π=
-+=+-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。
（2）体心立方的正格子基矢（固体物理学原胞基矢）：123()2()2()2a a i j k a a i j k a a i j k ?=-++??
?
=-+??
?=+-??
由倒格子基矢的定义：1232()b a a π
=
?Ω
3
123,,
222
(),,2222
,,222
a a a a a a a a a a a a a
-Ω=??=-=-
，223,,,,
()2222,,222i j k a a a a a a j k a a a ?=-=+- 213222()()2a b j k j k a a
π
π∴=??+=+
同理可得：232()2()
b i k a
b i j a
π
π=
+=+即体心立方的倒格子基矢与面心立方的正格基矢相同。
所以，体心立方的倒格子是面心立方。
1.5、证明倒格子矢量112233G h b h b h b =++垂直于密勒指数为123()h h h 的晶面系。
证明：
因为33121323
,a a
a a CA CB h h h h =
-=-，112233G h b h b h b =++ 利用2i j ij a b πδ?=，容易证明
12312300
h h h h h h G CA G CB ?=?=
所以，倒格子矢量112233G h b h b h b =++垂直于密勒指数为123()h h h 的晶面系。
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：
22222()d a h k l =++，其中a 为立方边长；并说明面指数简单的晶面，其面密度较大，容易解理。解：简单立方晶格：123a a a ⊥⊥，123,,a ai a aj a ak === 由倒格子基矢的定义：2311232a a b a a a π?=??，312123
2a a b a a a π?=??，1231232a a
b a a a π?=??
倒格子基矢：123222,,b i b j b k a a a
πππ
=
== 倒格子矢量：123G hb kb lb =++，222G h i k j l k a a a
πππ
=++
晶面族()hkl 的面间距：2d G
π=
2221
()()()h k l a a a
=++
2
2
222()
a d h k l =++
面指数越简单的晶面，其晶面的间距越大，晶面上格点的密度越大，单位表面的能量越小，这样的晶面越容易解理。
1.9、画出立方晶格（111）面、（100）面、（110）面，并指出（111）面与（100）面、（111）面与（110）面的交线的晶向。
解：(111)
1、(111)面与(100)面的交线的AB ，AB 平移，A 与O 点重合，B 点位矢：B R aj ak =-+， (111)面与(100)面的交线的晶向AB aj ak =-+，晶向指数[011]。
(111)
2、(111)面与(110)面的交线的AB ，将AB 平移，A 与原点O 重合，B 点位矢：B R ai aj =-+，(111)面与(110)面的交线的晶向AB ai aj =-+，晶向指数[110]。
第二章 固体结合
2.1、两种一价离子组成的一维晶格的马德隆常数（2ln 2=α）和库仑相互作用能，设离子的总数为2N 。
＜解＞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[ (234)
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
αβ
=-+
试求：（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02,10,3,4m n r A W eV ====，计算α及β的值。 解：（1）求平衡间距r 0
由
0)
(0
==r r dr
r du ，有：
m
n n
m n m m n n m r r n r m --++??
?
??=???
? ??=?=-1
101
.0100αββαβ
α
结合能：设想把分散的原子（离子或分子）结合成为晶体，将有一定的能量释放出来，这个能量称为结合能（用w 表示） （2）求结合能w （单个原子的）
题中标明单个原子是为了使问题简化，说明组成晶体的基本单元是单个原子，而非原子团、离子基团，或其它复杂的基元。
显然结合能就是平衡时，晶体的势能，即U min
即：n m r
r
r U W 0
0)(β
α
-
+
=-= （可代入r 0值，也可不代入）
（3）体弹性模量
由体弹性模量公式：0
220
2
09r r U V r k ???? ?
???=
（4）m=2，n= 10，
A r 30=， w=4eV ，求α、β
81
8
1
05210??
? ??=?
?
? ??=αβαβr ①
)5(54)(802
010
.
20
0代入α
β
αβ
α
=
-
=+
-
=r r r r
r U
eV r r U W 454)(2
00==
-=?α
② 1112[1...]
234α=-+-+22
n α∴=
将
A r 30=，J eV 1910602.11-?=代入①②
2
1152
3810459.910209.7m N m N ??=??=?
--βα （1）平衡间距r 0的计算
晶体内能()()2m n N U r r r
αβ
=-+
平衡条件
0r r dU
dr
==，11000m n m n r r αβ
++-+=，1
0(
)n m n r m βα
-= （2）单个原子的结合能
01()2W u r =-，0
0()()m n r r u r r r αβ
==-+，1
0()n m n r m βα-= 1(1)()2m
n m m n W n m βαα
--=-
（3）体弹性模量0202()V U
K V V
?=??
晶体的体积3V NAr =，A 为常数，N 为原胞数目 晶体内能()()2m n N U r r r
αβ=
-+ U U r V r V ???=???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++???=-??? 0
2222
200000
1[]29m n m n V V U N m n m n V V r r r r αβαβ=?=-+-+? 由平衡条件
112
000
1
()023m n V V U N m n V
r r NAr αβ++=?=
-=?，得00m n m n r r αβ= 0
22222
0001[]29m n V V U
N m n V V r r αβ
=?=-+? 0
2220001[]
29m n
V V U N m n m n V V r r αβ
=?=
-+?2000[]29m n N nm V r r αβ=--+ 000
()2m n N U r r αβ
=
-+ 0
202
2
0()9V V U mn
U V V =?=
-?
体弹性模量0
9mn
K U V = （4）若取02,10,3,4m n r A W eV ====
1
0()n m
n r m βα-=，1(1)()2m
n m m n W n m βαα
--=-
10
02
W r β=
，20100[2]r W r βα=+
-95101.210eV m β=??，1929.010eV m α-=??
2.6、bcc 和fcc Ne 的结合能，用林纳德—琼斯(Lennard —Jones)势计算Ne 在bcc 和fcc 结构中的结合能之比值．
＜解＞1261261()4()(),()(4)()()2n l u r u r N A A r r r r σσσ
σεε????=-=-???????
?
2
6
661200612()1022r
A A du r r u N r A A σε??=?=?=- ???22066201212()12.25/9.11
()/()0.957()14.45/12.13
bcc bcc fcc fcc u r A A u r A A ωω'===='
2.7、对于2H ，从气体的测量得到Lennard —Jones 参数为65010, 2.96.J A εσ-=?=计算fcc 结构的2H 的结合能[以KJ/mol 单位)，每个氢分子可当做球形来处理．结合能的实验值为0.751kJ ／mo1，试与计算值比较．
＜解＞ 以2H 为基团，组成fcc 结构的晶体，如略去动能，分子间按Lennard —Jones 势相互作用，则晶体的总相互作用能为：
126
1262.ij ij i j U N P P R R σσε--??????''=-?? ? ?????????
∑∑
61214.45392;
12.13188,ij
ij j
i
P P --''==∑
∑16235010, 2.96, 6.02210/.erg A N mol εσ-=?==?()()12628
16
2.96 2.962602210/5010
12.1314.45 2.55/.
3.16 3.16U U mol erg KJ mol -??
????=?????-≈-?? ? ?????????
0将R 代入得到平衡时的晶体总能量为。因此，计算得到的2H 晶体的结合能为2．55KJ ／mol ，远大于实验观察值0.75lKJ ／mo1．对于2H 的晶体，量子修正是很重要的，我们计算中没有考虑零点能的量子修正，这正是造成理论和实验值之
间巨大差别的原因．
第三章 固格振动与晶体的热学性质
3.1、已知一维单原子链，其中第j 个格波，在第n 个格点引起的位移为，sin(_)nj j j j j a t naq μωσ=+，j σ为任意个相位因子，并已知在较高温度下每个格波的平均能量为，具体计算每个原子的平方平均位移。
＜解＞任意一个原子的位移是所有格波引起的位移的叠加，即
sin()n nj j j j j j
j
a t naq μμωσ==++∑∑（1）
2*2*n nj nj nj nj nj j j j j j μμμμμμ''
≠????==+ ????
??
?
∑∑∑∑
由于nj nj μμ?数目非常大为数量级，而且取正或取负几率相等，因此上式得第2项与第一项相比是
一小量，可以忽略不计。所以22n nj
j
μμ=∑ 由于nj μ是时间t 的周期性函数，其长时间平均等于一个周期内的时间平均值为
222
1
1sin()2
T j j j j j j a t naq dt a T μωσ=
++=
?
（2） 已知较高温度下的每个格波的能量为KT ，nj μ的动能时间平均值为
0222
220
00
0111sin()224L
T T nj j j nj j j j j j j d w a T dx dt L a t naq dt w La T dt T μρρωσρ????=
=++=?? ???????
?
?
? 其中L 是原子链的长度，ρ使质量密度，0T 为周期。 所以22
1142
nj j j T w La KT ρ=
=（3） 因此将此式代入（2）式有2
2nj
j
KT
PL μω= 所以每个原子的平均位移为22
22
1
n
nj j
j j
j
j
KT KT
PL PL μμωω
====∑∑∑
3.2、讨论N 个原胞的一维双原子链（相邻原子间距为a ），其2N 个格波解，当M =m 时与一维单原子链的结果一一对应。 解：质量为M 的原子位于2n-1， 2n+1， 2n+3 ……；质量为m 的原子位于2n ， 2n+2， 2n+4 ……。
牛顿运动方程
2221212121222(2)(2)
n n n n n n n n m M μβμμμμβμμμ+-+++=---=---
N 个原胞，有2N 个独立的方程 设方程的解
[(2)]2[(21)]
21i t na q n i t n aq n Ae Be
ωωμμ--++==，代回方程中得到
2
2
(2)(2cos )0
(2cos )(2)0
m A aq B aq A M B βωβββω?--=??-+-=?? A 、B 有非零解，22
22cos 02cos 2m aq
aq M βωβββω
--=--，则 1
2
2
22
()4{1[1sin ]}()m M mM aq mM m M ωβ+=±-+ 两种不同的格波的色散关系
12
2
22
1
22
2
2
()4{1[1sin ]}()()4{1[1sin ]}()
m M mM aq mM m M m M mM aq mM m M ωβωβ
+-+=+-++=--+
一个q 对应有两支格波：一支声学波和一支光学波.总的格波数目为2N.
当M m =时
4cos 24sin 2
aq m aq m βωβω+-=
=
，
两种色散关系如图所示： 长波极限情况下0q →，sin(
)22
qa qa
≈
， (2
)q m
β
ω-=与一维单原子晶格格波的色散关系一致.
3.3、考虑一双子链的晶格振动，链上最近邻原子间的力常数交错地为β和10β，两种原子质量相等，且最近邻原子间距为2a 。试求在0,q q a π==处的()q ω，并粗略画出色散关系曲线。此问题模拟如2H 这样的双原子分子晶体。
答：（1）
浅色标记的原子位于2n-1， 2n+1， 2n+3 ……；深色标记原子位于2n ， 2n+2， 2n+4 ……。
第2n 个原子和第2n ＋1个原子的运动方程：
212222112121122112222()()n n n n n n n n m m μββμβμβμμββμβμβμ+-+++=-+++=-+++
体系N 个原胞，有2N 个独立的方程 方程的解：
1
[(2)]
221
[(21)]
2
21i t n aq n i t n aq n Ae
Be
ωωμμ--++==，令22
112
2/,/m m ωβωβ==，将解代入上述方程得： 112
22
222
2
1
2
1
2
112222
2221
2
12()()0
()()0
i aq i aq i aq i aq A e e
B e
e
A B ωωωωωωωωωω--+--+=+-+-=
A 、
B 有非零的解，系数行列式满足：
11222
222
2
12
1
2
112222
2221
2
12(),()
0(),()i aq i aq i aq i aq e
e
e
e
ωωωωωωωωωω--+--+=+-+-
11112
222
222222221212
1
2
()()()0i aq i aq i aq i aq e e e e ωωωωωωω--+--++= 11112222
22222
2
2
2
1
2
1
2
1
2
()()()0i aq i aq i aq i aq e
e
e
e
ωωωωωωω--+--++=
因为1ββ=、210ββ=，令2
222
0120
10,10c c m m
ωωωω====得到 222400(11)(10120cos )0aq ωωω--+=
两种色散关系：22
0(1120cos 101)qa ωω=±+
当0q =时，2
2
(11121)ωω=±，
0220
ωωω+-==
当q a
π
=
时，2
20
(1181)ωω=±，
00
202ωωωω+-==
（2）色散关系图：
3.7、设三维晶格的光学振动在q=0附近的长波极限有20()q Aq ωω=- 求证：()1/2
023/2
1(),4V f A ωωωωωπ=
-<;0()0,f ωωω=>. ＜解＞()112
2
2200000()0,0Aq f Aq q A ωωωωωωωωωω>-=>=
依据()3
()2,()()
2q q V
ds
q Aq f q ωωωπ?=-=
??
，并带入上边结果有
()()()()()()()1/21/2
00331/2223/2
01142()222q V
ds V A V f A A
q ωπωωωωωππωωπ=?=?-=?-?- 3.8、有N 个相同原子组成的面积为S 的二维晶格，在德拜近似下计算比热，并论述在低温极限比热正比与2T 。
证明：在k 到k dk +间的独立振动模式对应于平面中半径n 到n dn +间圆环的面积2ndn π，且
()22
532222L s ndn kdk kdk d v ρ
ωπρωωπππ===即则 ()
()2
3
3220//2
22
22
333212121
m
D
D
B B x B B B B k T
k T x D
D
d s k T s k T k T k T s
d x dx
E E v e
v e v e ωωωωρρρωωωω
πππ????
? ?
????=
+==---?
?
?
， 20,(
)v s E
T E T C T T
?→∝∴=∝?3时，
3.9、写出量子谐振子系统的自由能，证明在经典极限下，自由能为0q B n q
B F U k T k T ω??
?+
???
∑
证明:量子谐振子的自由能为112q
B q
k T
B n q B F U k T e k T ωω
-
?????? ?=++
- ???????
∑ 经典极限意味着（温度较高）BT g k ω
应用21...x e x x =-++ 所以2
1...q B q
q k T
B B e
k T k T ωωω-
??
=-++ ???
因此01
112q q q B n B n q
q
B B F U k T U k T k T k T ωωω?
???
?++-+?+
?
?????
∑
∑ 其中01
2
q q
U U ω?+∑
3.10、设晶体中每个振子的零点振动能为
1
2
ω，使用德拜模型求晶体的零点振动能。 证明:根据量子力学零点能是谐振子所固有的，与温度无关，故T=0K 时振动能0E 就是各振动模零点能之和。()()()0000
1
2
m
E E g d E ωωωωωω==
?
将和()22332s V g v ωωπ=代入积分有
4
023
39
168
m m
s
V
E N
v
ωω
π
==，由于
9
8
m B D B D
k E Nk
ωθθ
==
得
一股晶体德拜温度为~2
10K，可见零点振动能是相当大的，其量值可与温升数百度所需热能相比拟．
3.11、一维复式格子241
5 1.6710,4, 1.510/
M
m g N m
m
β
-
=??==?4
( 1.5110/),
dyn cm
?
即求（1），光
学波00
max min
,
ωω，声学波
max
A
ω。
（2）相应声子能量是多少电子伏。
（3）在300k时的平均声子数。
（4）与0
max
ω相对应的电磁波波长在什么波段。
＜解＞（1），131
max
3.0010,
A s
ω-
===?
131 max
6.7010
o s
ω-
===?
131
max
5.9910
A s
ω-
===?
（2）
161312
max
161312
max
161312
min
6.5810 5.9910 1.9710
6.5810 6.7010 4.4110
6.5810 3.0010 3.9510
A
o
o
s eV
s eV
s eV
ω
ω
ω
---
---
---
=???=?
=???=?
=???=?
（3）
max max
max max
//
11
0.873,0.221
11
A O
B B
A O
k T k T
n n
e e
ωω
====
--
min
min/
1
0.276
1
O
B
O
k T
n
eω
==
-
（4）
2
28.1
c
m
π
λμ
ω
==
第四章能带理论
4.1、根据k
a
π
=±状态简并微扰结果，求出与E
-
及E
+
相应的波函数ψ
-
及ψ
+
?，并说明它们的特性．说明它们都代表驻波，并比较两个电子云分布2
ψ说明能隙的来源(假设
n
V=*
n
V)。
＜解＞令k
a
π
=+，k
a
π
'=-，简并微扰波函数为00
()()
k k
A x
B x
ψψψ
=+
0*
()0
n
E k E A V B
??
-+=
??
()0
0n V A E k E B '??+-=?? 取E E +=
带入上式，其中0()n
E E k V +=+
V(x)<0,0n V <,从上式得到B= -A,于是
0()()n n i x i x a a
k
k A x x e e ππψψψ-'
+????=-=-?
???
n x a π 取E E -=，0()n E E k V -=-,n n V A V B A B =-=得到
0()()n n i x i x a a
k
k A x x e e ππψψψ-'
-????=-=-?
???
n x a π 由教材可知，+ψ及-ψ均为驻波． 在驻波状态下，电子的平均速度()k ν为零．产生驻波因
为电子波矢n k a π=
时，电子波的波长22a
k n
πλ==，恰好满足布拉格发射条件，这时电子波发生全反射，并与反射波形成驻波由于两驻波的电子分布不同，所以对应不同代入能量。
4.2、写出一维近自由电子近似，第n 个能带(n=1，2，3)中，简约波数2k a
π
=
的0级波函数。
＜解＞2221()*
24
()i mx i x i mx i m x ikx ikx a a a a
k
x e e ππππψ+===?= 第一能带：*
20,0,()
2i x
a k
m m x a ππ
ψ?=== 第二能带：23*
222,,1,()x i x a a
k b b b b m m x a a πππππψ''=→?=-=-∴=i i 2a 则即（e =e ） 第三能带：25*2222,,1,()i x i x i x a a a
k c c m m x e a a πππ
ππψ'→?===?=即
4.3、电子在周期场中的势能．
2
22
1(),2
m b x na ω??--??na b x na b -≤≤+当 ()V x =0 ， x na b ≤≤-当(n-1)a+b
其中d ＝4b ，ω是常数．试画出此势能曲线，求其平均值及此晶体的第一个和第二个禁带度．
＜解＞(I)题设势能曲线如下图所示．
(2)势能的平均值：由图可见，()V x 是个以a 为周期的周期函数，所以
111()()()()a a b
L b b
V x V x V x dx V x dx L a a --===???
题设4a b =，故积分上限应为3a b b -=，但由于在[],3b b 区间内()0V x =，故只需在[],b b -区间内积分．这时，0n =，于是
22
222
32
111()()223
6b b b b b
b
b b m m V V x dx b x dx b x x m b a a a
ωωω----??==-=
-=???
?
??。 （3），势能在[-2b,2b]区间是个偶函数，可以展开成傅立叶级数
200021()cos ,()cos ()cos 2222b b m m m m m m V x V V x V V x xdx V x xdx
b b b b b
πππ
∞
=-∞
'=+
==∑
??112
2210
2,1()cos
2b
g g m x
E V m E b x dx b
b
ωπ===
-?
第一个禁带宽度以代入上式,
利用积分公式()2232
cos sin 2cos sin u u mudu mu mu mu mu m m
=
+-?????得 2
23
16m b ωπ=
1g E 第二个禁带宽度222,2g E V m ==以代入上式,代入上式
22
2
2
()cos
b
g m x
E b x dx b
b
ωπ=
-?
再次利用积分公式有2
22
2m b ωπ
=
2g E
4.4、
解：我们求解面心立方，同学们做体心立方。
（1）如只计及最近邻的相互作用，按照紧束缚近似的结果，晶体中S 态电子的能量可表示成：
()0()()s ik R s s s Rs E k J J R e ε-?==--
∑
近邻
在面心立方中，有12个最近邻，若取0
m
R=，则这12个最近邻的坐标是：
①(1,1,0),(1,1,0),(1,1,0),(1,1,0)
2222
a a a a
②(0,1,1),(0,1,1),(0,1,1),(0,1,1)
2222
a a a a
③(1,0,1)(1,0,1),(1,0,1),(1,0,1)
2222
a a a a
由于S态波函数是球对称的，在各个方向重叠积分相同，因此()
S
J R有相同的值，简单表示为
J 1=()
S
J R。又由于s态波函数为偶宇称，即()()
s s
r r
??
-=
∴在近邻重叠积分*
()()()()()
s i s s i
J R R U V R d
?ξξ?ξξ
??
-=--
??
?中，波函数的贡献为正
∴J
1
＞0。
于是，把近邻格矢
S
R代入()
s
S
E R表达式得到：
01
()s
ik R
s
S
Rs
E k J J e
ε-?
=
=--∑
近邻
=()()()()
2222
01
x y x y x y x y
a a a a
i k k i k k i k k i k k
S
J J e e e e
ε-+----+---
?
--+++
?
?
()()()()
2222
y z y z y z y z
a a a a
i k k i k k i k k i k k
e e e e
-+----+---
+++++()()()()
2222
x z x z x z x z
a a a a
i k k i k k i k k i k k
e e e e
-+----+---?
+++?
?
=
01
2cos()cos()cos()cos()
2222 S x y x y y z y z
a a a a
J J k k k k k k k k ε
???
??
--++-+++-
???
??
??
??
?
cos()cos()
2z x z x
a
k k k k
?
??
+++-?
??
???
cos()cos()2cos cos
αβαβαβ
↓++-=
=
01
4cos cos cos cos cos cos
222222
s x y y z z x
a a a a a a
J J k k k k k k
ε??
--++
??
??
（2）对于体心立方：有8个最近邻，这8个最近邻的坐标是：(1,1,1),(1,1,1),(1,1,1),(1,1,1)
2222
a a a a
(1,1,1),(1,1,1,),(1,1,1),(1,1,1)
2222
a a a a
01()8(cos cos cos )222
s s x y z a a a
E k J J k k k ε=--
4.7、有一一维单原子链，间距为a ，总长度为N a 。求（1）用紧束缚近似求出原子s 态能级对应的能带E(k)函数。（2）求出其能态密度函数的表达式。（3）如果每个原子s 态只有一个电子，求
等于T=0K 的费米能级0F E 及0F E 处的能态密度。
＜解＞010101(1),()()2cos 2cos ika ika s s E k J J e e J J ka E J ka εε-=--+=--=-
0()()s ik R s E k E J J p e -???=--????∑ (2) ,1121()2222sin sin L dk Na N N E dE J a ka J ka
πππ=?
?=?= (3), 0
00
22()22222F
k F F F Nak Na N k dk k k a
πρππ=?=??=∴=?
00
11
1()2cos
,()2sin
2F F s F N
N
E E k E J a E N E a
J J a
a
π
π
ππ==-?==
=?
4.8、证明一个自由简单晶格在第一布里渊区顶角上的一个自由电子动能比该区一边中点大2倍．(b)对于一个简单立力晶格在第一布里渊区顶角上的一个自由电子动能比该区面心上大多少？(c)(b)的结果对于二价金属的电导率可能会产生什么影响7
＜解＞（a ）二维简单正方晶格的晶格常数为a ，倒格子晶格基矢22??,A i B j a a
ππ== 第一布里渊区如图所示
()2
222???,.,
2B x
y z i B K i j a a a
K K K m
πππε????=
=+ ? ?????
=
++A 区边中点的波矢为K 角顶点的波矢为自由电子能量
2
2
22
2
2
,222A x K m m a m a ππε????=== ? ?????
A 点能量
()2222
2
22
22,222B x
y
K K m m a a m a πππε????
??????=+=+=???? ? ? ???????????????
B 点能量所以/2B A εε=
b)简单立方晶格的晶格常数为a ，倒格子基矢为222?
??,,,A i B j C k a a a
π
ππ??????===
? ? ???????
第一布里渊区如图7—2所示．
2
2
;
2A m a πε??
== ???
A 点能量()22222
2
22
223,222B x
y
z
K K K m m a a a m a ππππε????
????????=++=++=???? ? ? ? ?????????????????
B 点能量
所以/3B A εε=
(c)如果二价金属具有简单立方品格结构，布里渊区如图7—2所示．根据自由电子理论，自由电子的能量为()2
2222x
y z K K K m
ε=
++，FerM 面应为球面．由(b)可知，内切于4点的内切
球的体积
3
43
a π
π??
???
，于是在K 空间中，内切球内能容纳的电子数为()3
3
42 1.04733
2V N N a πππ
π??== ???其中3V Na = 二价金属每个原子可以提供2个自由电子，内切球内只能装下每原子1.047个电子，余下的0.953个电子可填入其它状态中．如果布里渊区边界上存在大的能量间隙，则余下的电子只能填满第一区内余下的所有状态(包括B 点)．这样，晶体将只有绝缘体性质．然而由(b)可知，B 点的能员比A 点高很多，从能量上看，这种电子排列是不利的．事实上，对于二价金属，布里渊区边界上的能隙很小，对于三维晶体，可出现一区、二区能带重迭．这样，处于第一区角顶附近的高能态的电子可以“流向”第二区中的能量较低的状态，并形成横跨一、二区的球形Ferm 面．因此，一区中有空态存在，而二区中有电子存在，从而具有导电功能．实际上，多数的二价金届具有六角密堆和面心立方结构，能带出现重达，所以可以导电．
4.10、
解：设晶体中有N 个Cu 原子，向其中掺入x 个锌原子。则晶体中电子的总数为： (N-x)+2x=N+x
由于Cu 是面心立方，每一个原胞中含4个电子。因此：晶体中包含的原胞数为：
4
N
其倒格子为体心立方，倒格子的边长为：
4a
π
于是：布里渊区边界到原点的距离为：14a a
?=
即：当Fermi
球与第一布里渊区边界相切时，F k a
=
又由：()33
4232F V
k N x ππ?
?=+
3
23F k N x V π+∴===
于是有：
34
N x N x N N a ++=?=
10.3597x N ?
=≈ 0.35970.3597
0.5610.35970.6403
x N x ?
==≈-- 即：当锌原子与铜原子之比为0.56时，Fermi 球与第一布里渊区边界相接触。
4.12、正方晶格．设有二维正方晶格，晶体势为()22,4cos cos .x y U x y U a a ππ????
=- ? ????? 用基本方程，近似求出布里渊区角,a a ππ??
???
处的能隙．
＜解＞以??,i j 表示位置矢量的单位矢量，以12??,b b 表示倒易矢量的单位矢量，则有，
()
11221122122??????,,,r xi yi G G b G b g b g b g g a
π=+=+=+为整数。
晶体势能()22,4cos cos .x y U x y U a a ππ????
=- ? ?????
()()
()
()
2222111111i x i x i y i y iG G G U r U e e e e U e ππππσσσσ--????=-++ ???????∑()()()111020 0
G G G U U U U =-===其中，而其他势能傅氏系数。
这
样
基
本
方
程
()()()0k G G
C K U G K G λε-+-=∑变为
()()()()()()()()()()()()()()11111111111111110K G G G G C K U C K G U C K G U C K G U C K G λε-+-+-+-+-=求布里渊区
角顶,a a ππ??
???
，即()111(,)11222k G G ==处的能隙，可利用双项平面波近似
()()()iKr i K G r C K e C K G e -ψ=+-来处理。
当()()11
11,1122
K G K G ==-时依次有
()()()()11
1111,111122
K G G K G G -=--=+而其他的()11K G -，
()()
1111K G G ->，所以在双项平面波近似下上式中只有
()()()()()()()
()1111,1111;221111,1111;22C G C K G C G C G C K G C G ????
-=- ? ?????????-=+ ? ?????
()()()()()()1112111211111102
21111110
2
2G G C G UC G C G UC G λελε-??????
---= ? ? ?????????????---+= ? ? ???????
()
1
112
G λε-u -
u -()1
112
G λ
ε-- =0，因为
()
()()2
2
221
1
211112
2
11122G G G m ma πλλ
λ-??====????
2222
2()0,U U U ma πλεελ--=±=±由行列式有解得= 2.u ππ
εεε-?-=+所以在（,-）处的能隙为=a a
第五章 晶体中电子在电场和磁场中的运动
5.1、设有一维晶体的电子能带可写成 2
271
()(cos cos 2)88
E k ka ka ma =
-+， 其中a 为晶格常数，m
是电子的质量。
试求（1）能带宽度；
（2）电子在波矢k 状态的速度； （3）带顶和带底的电子有效质量。
解：（1）2
271()(cos cos 2)88E k ka ka ma =
-+ =2
2ma
[78
－coska +18
(2cos 2
ka －1)]
＝
2
2
4ma
[(coska －2)2
－1] 当ka ＝(2n+1)π时,n=0,±1,±2…
2
max 2
2()E k ma =
当ka =2n π时,min ()0E k = 能带宽度＝2max min 22E E ma
-=
（2）1()1
(sin sin 2)4
dE k ka ka dk
ma υ==
- (3) 222*
11(cos cos 2)2E k m m ka ka -????
==-?????
?
当0k =时,带底，*2m m = 当k a
π=±时,带顶，*23
m m =-
5.5、
解：（1）电子的运动速度：1
()k v E k =?
∴ 加速度：
11()k k
dv d dE
E dt dt dt
=?=? 由于单位时间内能量的增加=力在单位时间内作的功 即：
1k dE ds F F v E F dt dt
=?=?=?? ∴
12322123
11[][]k k k dv E E E E F F F F dt k k k ???=???=?++??? 写成分量的形式：
运筹学A卷) 一、单项选择题(从下列各题四个备选答案中选出一个正确答案,答案选错或未选者,该题不得分。每小题1分,共10分) 1.线性规划具有唯一最优解就是指 A.最优表中存在常数项为零 B.最优表中非基变量检验数全部非零 C.最优表中存在非基变量的检验数为零 D.可行解集合有界 2.设线性规划的约束条件为 则基本可行解为 A.(0, 0, 4, 3) B.(3, 4, 0, 0) C.(2, 0, 1, 0) D.(3, 0, 4, 0) 3.则 A.无可行解 B.有唯一最优解medn C.有多重最优解 D.有无界解 4.互为对偶的两个线性规划, 对任意可行解X 与Y,存在关系 A.Z > W B.Z = W C.Z≥W D.Z≤W 5.有6 个产地4个销地的平衡运输问题模型具有特征 A.有10个变量24个约束
B.有24个变量10个约束 C.有24个变量9个约束 D.有9个基变量10个非基变量 6、下例错误的说法就是 A.标准型的目标函数就是求最大值 B.标准型的目标函数就是求最小值 C.标准型的常数项非正 D.标准型的变量一定要非负 7、m+n－1个变量构成一组基变量的充要条件就是 A.m+n－1个变量恰好构成一个闭回路 B.m+n－1个变量不包含任何闭回路 C.m+n－1个变量中部分变量构成一个闭回路 D.m+n－1个变量对应的系数列向量线性相关 8.互为对偶的两个线性规划问题的解存在关系 A.原问题无可行解,对偶问题也无可行解 B.对偶问题有可行解,原问题可能无可行解 C.若最优解存在,则最优解相同 D.一个问题无可行解,则另一个问题具有无界解 9、有m个产地n个销地的平衡运输问题模型具有特征 A.有mn个变量m+n个约束…m+n-1个基变量 B.有m+n个变量mn个约束 C.有mn个变量m+n－1约束 D.有m+n－1个基变量,mn－m－n－1个非基变量 10.要求不超过第一目标值、恰好完成第二目标值,目标函数就是
一、填空题： 1、多元统计分析是运用数理统计方法来研究解决多指标问题的理论和方法. 2、回归参数显著性检验是检验解释变量对被解释变量的影响是否著. 3、聚类分析就是分析如何对样品（或变量）进行量化分类的问题。通常聚类分析分为 Q型聚类和 R型聚类。 4、相应分析的主要目的是寻求列联表行因素A 和列因素B 的基本分析特征和它们的最优联立表示。 5、因子分析把每个原始变量分解为两部分因素：一部分为公共因子，另一部分为特殊因子。 6、若 () (,), P x N αμα ∑=1,2,3….n且相互独立，则样本均值向量x服从的分布 为_x~N(μ，Σ/n)_。 二、简答 1、简述典型变量与典型相关系数的概念，并说明典型相关分析的基本思想。 在每组变量中找出变量的线性组合，使得两组的线性组合之间具有最大的相关系数。选取和最初挑选的这对线性组合不相关的线性组合，使其配对，并选取相关系数最大的一对，如此下去直到两组之间的相关性被提取完毕为止。被选出的线性组合配对称为典型变量，它们的相关系数称为典型相关系数。 2、简述相应分析的基本思想。 相应分析，是指对两个定性变量的多种水平进行分析。设有两组因素A和B，其中因素A包含r个水平，因素B包含c个水平。对这两组因素作随机抽样调查，得到一个rc的二维列联表，记为。要寻求列联表列因素A和行因素B的基本分析特征和最优列联表示。相应分析即是通过列联表的转换，使得因素A
和因素B 具有对等性，从而用相同的因子轴同时描述两个因素各个水平的情况。把两个因素的各个水平的状况同时反映到具有相同坐标轴的因子平面上，从而得到因素A 、B 的联系。 3、简述费希尔判别法的基本思想。 从k 个总体中抽取具有p 个指标的样品观测数据，借助方差分析的思想构造一个线性判别函数 系数： 确定的原则是使得总体之间区别最大，而使每个总体内部的离差最小。将新样品的p 个指标值代入线性判别函数式中求出 值，然后根据判别一定的规则，就可以判别新的样品属于哪个总体。 5、简述多元统计分析中协差阵检验的步骤 第一，提出待检验的假设 和H1； 第二，给出检验的统计量及其服从的分布； 第三，给定检验水平，查统计量的分布表，确定相应的临界值，从而得到否定域； 第四，根据样本观测值计算出统计量的值，看是否落入否定域中，以便对待判假设做出决策（拒绝或接受）。 协差阵的检验 检验0=ΣΣ 0p H =ΣI ： /2 /21exp 2np n e tr n λ???? =-?? ? ???? S S 00p H =≠ΣΣI ： /2 /2**1exp 2np n e tr n λ???? =-?? ? ???? S S
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 ；
2004-2005学年第一学期期末考试试题（A 卷） 固体物理 使用班级： 02033401、02033402、02033403 一、填空题（20分） [每空1分] 1、半导体材料Si 和Ge 单晶的晶体点阵类型为 ， 倒易点阵类型 为 ，第一布里渊区的形状为 ，每个原子的最 近邻原子数为 。 2、某元素晶体的结构为体心立方布拉菲格子，其格点面密度最大的晶面系的密勒指数是 ，该晶面系相邻晶面的面间距是 。（设其晶胞参数为a ） 3、某晶体中两原子间的相互作用势12 6r B r A )r (u +-=，其中A 和B 是经验参数为正值，r 为原子间距，试指出 项为引力势， 为斥力势，平衡时最近邻两原子间距0r = 。 4、金刚石晶体的结合类型是典型的 晶体, 它有 支声学支， 支光学支。 5、金属中的传导电子分布遵从 分布，其表达式是 ，其物理意义是 。 6、晶体膨胀时，费米能级 ；温度升高时，费米能级 。（请选填升高或降低） 7、可以测定晶格振动色散关系的实验方法有哪些，请写出三种 ， ， 。
二、简答题（30分） [每题10分] 1、试从能带论简述导体，绝缘体和半导体中电子在能带中填充的特点。 2、爱因斯坦模型在低温下与实验存在偏差的根源是什么? 3、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? 三、作图题（15分） 对于点阵常数为2a的二维正方点阵，（a）计算倒易点阵的初基矢量；（b）画出第一、第二、第三布里渊区；（c）计算第一布里渊区的体积。 四、证明题（13分） 写出半导体中的质量作用定律，并推导之。 五、计算题（22分） [10分+12分] 1、从体心立方铁的（110）平面来的X-射线反射的布喇格角为22o，X-射线波长 =1.54?。（a）试计算铁的立方晶胞边长；(b）从体心立方结构铁的(111)平面来的反射的布喇格角是多少？
二、计算题（60分） 1、已知线性规划（20分） MaxZ=3X1+4X2 X1+X2≤5 2X1+4X2≤12 3X1+2X2≤8 X1,X2≥0 其最优解为： 基变量X1X2X3X4X5 X33/2 0 0 1 -1/8 -1/4 X25/2 0 1 0 3/8 -1/4 X1 1 1 0 0 -1/4 1/2 σj 0 0 0 -3/4 -1/2 1）写出该线性规划的对偶问题。 2）若C2从4变成5，最优解是否会发生改变，为什么？ 3）若b2的量从12上升到15，最优解是否会发生变化，为什么？ 4）如果增加一种产品X6，其P6=(2,3,1)T，C6=4该产品是否应该投产？为什么？解： 1)对偶问题为 Minw=5y1+12y2+8y3 y1+2y2+3y3≥3 y1+4y2+2y3≥4 y1,y2≥0 2)当C2从4变成5时， σ4=-9/8 σ5=-1/4 由于非基变量的检验数仍然都是小于0的，所以最优解不变。 3）当若b2的量从12上升到15 X＝9/8 29/8 1/4 由于基变量的值仍然都是大于0的，所以最优解的基变量不会发生变化。 4）如果增加一种新的产品，则 P6’=(11/8,7/8，－1/4)T σ6=3/8>0 所以对最优解有影响,该种产品应该生产 2、已知运输问题的调运和运价表如下，求最优调运方案和最小总费用。（共15分）。 B1B2B3产量销地 产地 A1 5 9 2 15 A2 3 1 7 11 A3 6 2 8 20 销量18 12 16 解：初始解为
计算检验数 由于存在非基变量的检验数小于0，所以不是最优解，需调整 调整为： 重新计算检验数 所有的检验数都大于等于0，所以得到最优解 3、某公司要把4个有关能源工程项目承包给4个互不相关的外商投标者，规定每个承包商只能且必须承包一个项目，试在总费用最小的条件下确定各个项目的承包者，总费用为多少？各承包商对工程的报价如表2所示： （15分） 项目 投标者 A B C D 甲 15 18 21 24 乙 19 23 22 18 丙 26 17 16 19 丁 19 21 23 17 答最优解为： X= 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 总费用为50 4. 考虑如下线性规划问题（24分） B 1 B 2 B 3 产量/t A 1 15 15 A 2 11 11 A 3 18 1 1 20 销量/t 18 12 16 B 1 B 2 B 3 产量/t A 1 5 13 0 15 A 2 －2 0 0 11 A 3 0 0 20 销量/t 18 12 16 B 1 B 2 B 3 产量/t A 1 15 15 A 2 11 11 A 3 7 12 1 20 销量/t 18 12 16 B 1 B 2 B 3 产量/t A 1 5 13 0 15 A 2 0 2 2 11 A 3 0 0 0 20 销量/t 18 12 16
聚类分析和判别分析练习题 一、选择题 1.需要在聚类分析中保序的聚类分析是（ ）。 A.两步聚类 B.有序聚类 C.系统聚类 D.k-均值聚类 2.在系统聚类中2R 是（ ）。 A.组内离差平方和除以组间离差平方和 B.组间离差平方和除以组内离差平方和 C.组间离差平方和除以总离差平方和 D.组间均方除以总均方。 3.系统聚类的单调性是指（ ）。 A.每步并类的距离是单调增的 B.每步并类的距离是单调减的 C.聚类的类数越来越少 D.系统聚类2R 会越来越小 4.以下的系统聚类方法中，哪种系统聚类直接利用了组内的离差平方和。（ ） A.最长距离法 B.组间平均连接法 C.组内平均连接法 D.WARD 法 5.以下系统聚类方法中所用的相似性的度量，哪种最不稳健（ ）。 A.2 1()p ik jk k x x =-∑ B. 1p ik jk k ik jk x x x x =-+∑ C. 21p k =∑ D. 1()()i j i j -'x -x Σx -x 6. 以下系统聚类方法中所用的相似性的度量，哪种考虑了变量间的相关性（ ）。A.2 1()p ik jk k x x =-∑ B. 1 p ik jk k ik jk x x x x =-+∑ C. 21 p k =∑ D. 1()()i j i j -'x -x Σx -x 7.以下统计量，可以用来刻画分为几类的合理性统计量为（ ）？ A.可决系数或判定系数2R B. G G W P P -
C.()/(1) /() G G W P G P n G -- - D.() G W P W - 8.以下关于聚类分析的陈述，哪些是正确的（） A.进行聚类分析的统计数据有关于类的变量 B.进行聚类分析的变量应该进行标准化处理 C.不同的类间距离会产生不同的递推公式 D.递推公式有利于运算速度的提高。D(3)的信息需要D（2）提供。 9.判别分析和聚类分析所要求统计数据的不同是（） A.判别分析没有刻画类的变量，聚类分析有该变量 B.聚类分析没有刻画类的变量，判别分析有该变量 C.分析的变量在不同的样品上要有差异 D.要选择与研究目的有关的变量 10.距离判别法所用的距离是（） A.马氏距离 B. 欧氏距离 C.绝对值距离 D. 欧氏平方距离 11.在一些条件同时满足的场合，距离判别和贝叶斯判别等价，是以下哪些条件。 （） A.正态分布假定 B.等协方差矩阵假定 C.均值相等假定 D.先验概率相等假定 12.常用逐步判别分析选择不了的标准是（） A.Λ统计量越小变量的判别贡献更大 B.Λ统计量越大变量的判别贡献更大 C.判定系数越小变量的判别贡献更大 D.判定系数越大变量的判别贡献更大 二、填空题 1、聚类分析是建立一种分类方法，它将一批样本或变量按照它们在性质上的_______________进行科学的分类。 2．Q型聚类法是按_________进行聚类，R型聚类法是按_______进行聚类。 3．Q型聚类相似程度指标常见是、、，而R型聚类相似程度指标通常采用_____________ 、。 4．在聚类分析中需要对原始数据进行无量纲化处理，以消除不同量纲或数量级的影响，达到数据间
第一部分 （共6题，选作4题，每题15分，共计60分；如多做，按前4题计分） 1. 从成键的角度阐述Ⅲ-Ⅴ 族和Ⅱ-Ⅵ 族半导体为什么可以形成同一种结构:闪锌矿结构。 2. 请导出一维双原子链的色散关系，并讨论在长波极限时光学波和声学波的原子振动特点。 3. 从声子的概念出发，推导并解释为什么在一般晶体中的低温晶格热容量和热导率满足T3关系。 4. 设电子在一维弱周期势场V(x)中运动，其中V(x)= V(x+a)，按微扰论求出k=±π/a处的能隙。 5. 假设有一个理想的单层石墨片，其晶格振动有两个线性色散声学支和一个平方色散的声学支，分别是ω=c1k，ω=c2k，ω=c3k（其中c1，c2和c3(π/a)是同一量级的量，a是晶格常数）。 1）试从Debye模型出发讨论这种晶体的低温声子比热的温度依赖关系，并作图定性表示其函数行为； 2）已知石墨片中的每一个碳原子贡献一个电子，试定性讨论电子在k空间的填充情况及其对低温比热的贡献情况。 6. 画出含有两个化合物并包含共晶反应和包晶反应的二元相图，注明相应的共晶和包晶反应的成分点和温度，写出共晶和包晶反应式。 第二部分 （共9题，选做5题，每题8分，总计40分；如多做，按前5题计分） 1. 从导电载流子的起源来看，有几种半导体 2. 举出3种元激发，并加以简单说明。 3. 固体中存在哪几种抗磁性铁磁性和反铁磁性是怎样形成的铁磁和反铁磁材料在低温和高温下的磁化有什么特点 4. 简述固体光吸收过程的本证吸收、激子吸收及自由载流子吸收的特点，用光吸收的实验如何确定半导体的带隙宽度 5. 利用费米子统计和自由电子气体模型说明低温下的电子比热满足T线性关系。 6. 超导体的正常态和超导态的吉布斯自由能的差为μ0Hc2(T)，这里Hc是超导体的临界磁场，说明在无磁场时的超导相变是二级相变，而有磁场时的相变为一级相变。
3）若问题中 x2 列的系数变为（3，2）T，问最优解是否有变化； 4）c2 由 1 变为 2，是否影响最优解，如有影响，将新的解求出。 Cj CB 0 0 Cj-Zj 0 4 Cj-Zj 3 4 Cj-Zj 最优解为 X1=1/3,X3=7/5,Z=33/5 2对偶问题为Minw=9y1+8y2 6y1+3y2≥3 3y1+4y2≥1 5y1+5y2≥4 y1,y2≥0 对偶问题最优解为 y1=1/5,y2=3/5 3 若问题中 x2 列的系数变为（3，2）T 则P2’=(1/3,1/5σ2=-4/5＜0 所以对最优解没有影响 4）c2 由 1 变为2 σ2=-1＜0 所以对最优解没有影响 7. 求如图所示的网络的最大流和最小截集(割集，每弧旁的数字是（cij , fij ）。（10 分） V1 (9,5 (4,4 V3 (6,3 T 3 XB X4 X5 b 9 8 X1 6 3 3 X4 X3 1 8/5 3 3/5 3/5 X1 X3 1/3 7/5 1 0 0 1 X2 3 4 1 -1 4/5 -11/5 -1/3 1 - 2 4 X 3 5 5 4 0 1 0 0 1 0 0 X4 1 0 0 1 0 0 1/3 -1/ 5 -1/5 0 X5 0 1 0 -1 1/5 -4/5 -1/3 2/5 -3/5 VS (3,1 (3,0 (4,1 Vt (5,3 V2 解： (5,4 (7,5 V4 V1 (9,7 (4,4 V3 (6,4 (3,2 Vs (5,4 (4,0 Vt (7,7 6/9 V2 最大流＝11 (5,5 V4 8. 某厂Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三种产品分别经过 A、B、C 三种设备加工。已知生产单位各种产品所需的设备台时，设备的现有加工能力及每件产品的预期利润见表：ⅠⅡⅢ设备能力(台.h A 1 1 1 100 B 10 4 5 600 C 2 2 6 300 单
第五章 聚类分析 判别分析和聚类分析有何区别 答：即根据一定的判别准则，判定一个样本归属于哪一类。具体而言，设有n 个样本，对每个样本测得p 项指标（变量）的数据，已知每个样本属于k 个类别（或总体）中的某一类，通过找出一个最优的划分，使得不同类别的样本尽可能地区别开，并判别该样本属于哪个总体。聚类分析是分析如何对样品（或变量）进行量化分类的问题。在聚类之前，我们并不知道总体，而是通过一次次的聚类，使相近的样品（或变量）聚合形成总体。通俗来讲，判别分析是在已知有多少类及是什么类的情况下进行分类，而聚类分析是在不知道类的情况下进行分类。 试述系统聚类的基本思想。 答：系统聚类的基本思想是：距离相近的样品（或变量）先聚成类，距离相远的后聚成类，过程一直进行下去，每个样品（或变量）总能聚到合适的类中。 对样品和变量进行聚类分析时， 所构造的统计量分别是什么简要说明为什么这样构造 答：对样品进行聚类分析时，用距离来测定样品之间的相似程度。因为我们把n 个样本看作p 维空间的n 个点。点之间的距离即可代表样品间的相似度。常用的距离为 （一）闵可夫斯基距离：1/1 ()() p q q ij ik jk k d q X X ==-∑ q 取不同值，分为 （1）绝对距离（1q =） 1 (1)p ij ik jk k d X X ==-∑ （2）欧氏距离（2q =） 21/2 1 (2)() p ij ik jk k d X X ==-∑ （3）切比雪夫距离（q =∞） 1()max ij ik jk k p d X X ≤≤∞=- （二）马氏距离 （三）兰氏距离 对变量的相似性，我们更多地要了解变量的变化趋势或变化方向，因此用相关性进行衡量。 将变量看作p 维空间的向量，一般用 2 1()()()ij i j i j d M -'=--X X ΣX X 11()p ik jk ij k ik jk X X d L p X X =-=+∑
固体物理期末套试题 Revised as of 23 November 2020
1． Si 晶体是复式格子，由两个面心立方结构的子晶格沿体对角线位移1/4套构而 成；其固体物理学原胞包含8个原子，其固体物理学原胞基矢可表示)(21k j a a +=，)(22k i a a +=, )(23j i a a +=。假设其结晶学原胞的体积为a 3，则其 固体物理学原胞体积为341a 。 2． 由完全相同的一种原子构成的格子，每个格点周围环境相同称为布拉菲格子； 倒格子基矢与正格子基矢满足)(2) (0{2j i j i ij j i b a == ≠==?ππδ ，由倒格子基矢b l b l b l K ++=（l 1, l 2, l 3为整数）,构成的格子，是正格子的傅里叶变 换，称为倒格子格子；由若干个布拉菲格子套构而成的格子称为复式格子。最常见的两种原胞是固体物理学原胞和结晶学原胞。 3．声子是格波的能量量子，其能量为，动量为q 。 二．问答题（共30分，每题6分） 1.晶体有哪几种结合类型？简述晶体结合的一般性质。 答：离子晶体，共价晶体，金属晶体，分子晶体及氢键晶体。 晶体中两个粒子之间的相互作用力或相互作用势与两个粒子的距离之间遵从相同的定性规律。
2.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? 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，但它与原子间的相互作用势能的绝对值相比小很多，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。 3.什么是热缺陷？简述肖特基缺陷和弗仑克尔缺陷的特点。 答：在点缺陷中，有一类点缺陷，其产生和平衡浓度都与温度有关，这一类点缺陷称为热缺陷，热缺陷总是在不断地产生和复合，在一定地温度下热缺陷具有一定地平衡浓度。肖特基缺陷是晶体内部格点上的原子（或离子）通过接力运动到表面格点的位置后在晶体内留下空位；弗仑克尔缺陷是格点上的原子移到格点的间隙位置形成间隙原子，同时在原来的格点位置留下空位，二者成对出现。 4.简述空穴的概念及其性质. 答：对于状态K空着的近满带，其总电流就如同一个具有正电荷e的粒子，以空状态K的电子速度所产生的，这个空的状态称为空穴；空穴具有正有效质量，位于满带顶附近，空穴是准粒子。 5.根据量子理论简述电子对比热的贡献，写出表达式，并说明为什么在高温时可以不考虑电子对比热的贡献在低温时必须考虑？
《固体物理学》习题解答 黄昆 原著 韩汝琦改编 （陈志远解答，仅供参考） 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= 3 r 3 4π，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
固体物理学-期中考试试题及答案
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2005级 2007-2008学年第二学期固体物理学期中考试答案 一、简要回答下列问题：（30分） （1）简要说明热传导系数的温度依赖关系。 [答]晶格热导率的温度依赖关系如下：高温情况下，T>>德拜温度ΘD ，对于所有晶格振动模，平均声子数∝T ，温度升高时，声子间相互“碰撞”的几率增大，自由程减小，自由程与温度成反比；且在高温下，热容与温度无关。因此高温情况下热导率与温度成反比。 低温时，尽管晶格热容遵从德拜T 3 定律，但热导率κ随温度的变化主要决定于平均自由程λ的指数因子，即κ 随温度降低而指数增大。 极低温度的情况下，声子的平均自由程可以增大到与声子被晶格缺陷散射所决定的平均自由程相比拟，甚至可以与晶体样品的有限尺寸相比拟。这时的平均自由程不再是非谐效应引起的本征自由程，而应是以缺陷的空间分布或样品的尺寸所决定的与温度无关的平均自由程。因此，热导率的温度依赖关系将与晶格热容的温度依赖关系（T 3）相同。 （2）声子数的物理意义是什么？晶体中声子数目是否守恒？在极低温下，晶体 中的声子数与温度T 之间有什么样的关系？ ［答］声子是指格波的量子，它的能量等于i ωη。一个格波，也就是一种振动模， 称为一种声子。所以，声子数代表晶格振动的格波数。 频率为ωi 的格波的平均声子数为 ： 1 1)(/-= T k i B e n ωωη 即每一个格波的声子数都与温度有关，因此晶体中的声子数目不守恒，它随温度的改变而改变。
(一)线性规划建模与求解 B.样题：活力公司准备在5小时内生产甲、乙两种产品。甲、乙两种产品每生产1 单位分别消耗2小时、1小时。又根据市场需求信息，乙产品的产量应该至少是甲产品产量的3倍。已知甲、乙两种产品每销售1单位的利润分别为3百元和1百元。请问：在5小时内，甲、乙两种产品各生产多少单位，才能够使得总销售利润最大 要求：1、建立该问题的线性规划模型。 2、用图解法求出最优解和最大销售利润值，并写出解的判断依据。如果不存在最优解，也请说明理由。 解：1、(1)设定决策变量： 设甲、乙两种产品分别生产x 1 、x 2 单位 。 (2)目标函数： max z=2 x 1+x 2 (3)约束条件如下：1221 12 25..3,0+≤??≥??≥?x x s t x x x x 2、该问题中约束条件、目标函数、可行域和顶点见图1所示，其中可行域用阴影部分标记，不等式约束条件及变量约束要标出成立的方向，目标函数只须画出其中一条等值线， 结论：本题解的情形是： 无穷多最优解 ，理由： 目标函数等值线 z=2 x 1+x 2与约 束条件2 x 1+x 2≤5的边界平行 。甲、乙两种产品的最优产量分别为 (5,0)或(1,3)单位；最大销售利润值等于 5 百元。 （二）图论问题的建模与求解样题 A.正考样题（最短路问题的建模与求解，清华运筹学教材编写组第三版267-268页例 13）某企业使用一台设备，每年年初，企业都要做出决定，如果继续使用旧的，要付维修费；若购买一台新设备，要付购买费。但是变卖旧设备可以获得残值收入，连续使用1年、2年、3年、4年以上卖掉的设备残值分别为8万元、6万元、3万元和0万元。试制定一个5年的更新计划，使总支出最少。已知设备在各年的购买费与维修费如表2所示。要求：（1）建立某种图论模型；（2）求出最少总支出金额。
5.2酿酒葡萄的等级划分 5.2.1葡萄酒的质量分类 由问题1中我们得知，第二组评酒员的的评价结果更为可信，所以我们通过第二组评酒员对于酒的评分做出处理。我们通过excel计算出每位评酒员对每支酒的总分，然后计算出每支酒的10个分数的平均值，作为总的对于这支酒的等级评价。 通过国际酿酒工会对于葡萄酒的分级，以百分制标准评级，总共评出了六个级别（见表5）。 在问题2的计算中，我们求出了各支酒的分数，考虑到所有分数在区间[61.6，81.5]波动，以原等级表分级，结果将会很模糊，不能分得比较清晰。为此我们需要进一步细化等级。为此我们重新细化出5个等级，为了方便计算，我们还对等级进行降序数字等级（见表6）。 通过对数据的预处理，我们得到了一个新的关于葡萄酒的分级表格（见表7）：
考虑到葡萄酒的质量与酿酒葡萄间有比较之间的关系，我们将保留葡萄酒质量对于酿酒葡萄的影响，先单纯从酿酒葡萄的理化指标对酿酒葡萄进行分类，然后在通过葡萄酒质量对酿酒葡萄质量的优劣进一步进行划分。 5.2.2建立模型 在通过酿酒葡萄的理化指标对酿酒葡萄分类的过程，我们用到了聚类分析方法中的ward 最小方差法，又叫做离差平方和法。 聚类分析是研究分类问题的一种多元统计方法。所谓类，通俗地说，就是指相似元素的集合。为了将样品进行分类，就需要研究样品之间关系。这里的最小方差法的基本思想就是将一个样品看作P 维空间的一个点，并在空间的定义距离，距离较近的点归为一类；距离较远的点归为不同的类。面对现在的问题，我们不知道元素的分类，连要分成几类都不知道。现在我们将用SAS 系统里面的stepdisc 和cluster 过程完成判别分析和聚类分析，最终确定元素对象的分类问题。 建立数据阵，具体数学表示为： 1111...............m n nm X X X X X ????=?????? （5.2.1） 式中，行向量1(,...,)i i im X x x =表示第i 个样品； 列向量1(,...,)'j j nj X x x =’，表示第j 项指标。(i=1,2,…,n;j=1,2,…m) 接下来我们将要对数据进行变化，以便于我们比较和消除纲量。在此我们用了使用最广范的方法，ward 最小方差法。其中用到了类间距离来进行比较，定义为： 2||||/(1/1/)kl k l k l D X X n n =-+ （5.2.2） Ward 方法并类时总是使得并类导致的类内离差平方和增量最小。 系统聚类数的确定。在聚类分析中，系统聚类最终得到的一个聚类树，如何确定类的个数，这是一个十分困难但又必须解决的问题；因为分类本身就没有一定标准，人们可以从不同的角度给出不同的分类。在实际应用中常使用下面几种
《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。
2008级电技专业《固体物理学》测验题 一、 （40分）简要回答： 1、 什么是晶体？试简要说明晶体的基本性质。 2、 试简要说明CsCl 晶体所属的晶系、布喇菲格子类型和 结合键的类型。 3、 试用极射赤平投影图说明3（3次旋转反演轴）的作 用效果并给出其等效对称要素。 4、 什么是格波？什么是声子？声子的能量和动量各为 多少？ 5、 试写出自由电子和晶体中电子的波函数。 6、 如需讨论绝缘体中电子的能谱，应采何种模型？其势 能函数有何特点？ 7、 什么是禁带？出现禁带的条件是什么？ 8、 固体中电子的能量和电子波矢间有何关系？ 二、（10分）某晶体具有简立方结构，晶格常数为a 。试画出 该晶体的一个晶胞，并在其中标出下列晶面：（111`），（201），（123）和（110）。 三、（8分）某晶体具有面心立方结构，试求其几何结构因子 并讨论x 射线衍射时的消光规律。 四、（12分）试求晶格常数为2a 的一维布喇菲格子晶格振动 的色散关系，并由此讨论此一维晶格的比热。 五、（15分）对于六角密积结构晶体，其固体物理原胞的基矢 为： k c a j a i a a j a i a a =+-=+=321232232 试求 （1） 倒格子基矢； （2） 晶面蔟（210）的面间距； （3） 试画出以21,a a 为基矢的二维晶格的第一、第二 和第三布里渊区。 六、（15）已知一维晶体电子的能带可写为： ) 2cos 81 cos 87()(22 ka ka ma k E +-= 式中a 是晶格常数，试求： （1） 能带的宽度； （2） 电子在波矢k 态时的速度； （3） 能带底部和能带顶部附近电子的有效质量。 《固体物理学》测验参考答案 一、（40分）请简要回答下列问题： 1. 实际的晶体结构与空间点阵之间有何关系？ 答：晶体结构=空间点阵+基元。 2. 什么是晶体的对称性？晶体的基本宏观对称要素有哪些？ 答：晶体的对称性指晶体的结构及性质在不同方向上有规律重复的现象。描述晶体宏观对称性的基本对称要素有1、2、3、4、6、对称心i 、对称面m 和4次反轴。 3. 晶体的典型结合方式有哪几种？并简要说明各种结合方式 中吸引力的来源。 答：晶体的典型型方式有如下五种： 离子结合——吸引力来源于正、负离子间库仑引力； 共价结合——吸引力来源于形成共价键的电子对的交换作用力； 金属结合——吸引力来源于带正电的离子实与电子间的库仑引力； 分子结合——吸引力来源于范德瓦尔斯力 氢键结合——吸引力来源于裸露的氢核与负电性较强的离子间 的库仑引力。 4. 由N 个原胞所组成的复式三维晶格，每个原胞内有r 个原子，试问晶格振动时能得到多少支色散关系？其波矢的取值数和模 式的取值数各为多少？ 答：共有3r 支色散关系，波矢取值数=原胞数N ，模式取值数=晶体的总自由度数。 5. 请写出自由电子和Bloch 电子的波函数表达式并说明其物理 意义。
运筹学例题及解答 一、市场对I、II两种产品的需求量为：产品I在1-4月每月需10000件，5-9月每月需30000件,10-12月每月需100000件；产品II在3-9月每月需15000件，其它月份每月需50000件。某厂生产这两种产品成本为：产品I在1-5月内生产每件5元，6-12月内生产每件4.50元；产品II在1-5月内生产每件8元，6-12月内生产每件7元。该厂每月生产两种产品能力总和应不超过120000件。产品I容积每件0.2立方米，产品II容积每件0.4立方米，而该厂仓库容积为15000立方米，要求：(a)说明上述问题无可行解；(b)若该厂仓库不足时，可从外厂借。若占用本厂每月每平方米库容需1元，而租用外厂仓库时上述费用增加为1.5元，试问在满足市场需求情况下，该厂应如何安排生产，使总的生产加库存费用为最少。 解：(a) 10-12月份需求总计：100000X3+50000X3=450000件，这三个月最多生产120000X3=360000件，所以10月初需要（450000-360000=90000件）的库存，超过该厂最大库存容量，所以无解。 ? ?（b）考虑到生产成本，库存费用和生产费用和生产能力，该厂10-12月份需求的不足只需在7-9月份生产出来库存就行， 则设xi第i个月生产的产品1的数量，yi第i个月生产的产品2 的数量，zi，wi分别为第i个月末1，2的库存数s1i，s2i分别
为用于第i+1个月库存的原有及租借的仓库容量m3，可建立模型： Lingo 程序为 MODEL: sets: row/1..16/:; !这里n 为控制参数; col/1..7/:; AZ(row,col):b,x; endsets 1211 127777778 7887898998910910109101110111110111211min (4.57)( 1.5) 30000150003000015000300001500030000150003000015000.i i i i i i z x y s s x z y w x z z y w w x z z y w w x z z y w w x z z y w w st x z ===+++-=→-=+-=→+-=+-=→+-=+-=→+-=+-=→+-=+∑∑1211121100005000 120000(712)0.20.415000(712)0i i i i i i i y w x z i z w s s s i ?????????=→+=??+≤≤≤?+=+??≤≤≤???变量都大于等于
第五章 聚类分析 5.1 判别分析和聚类分析有何区别？ 答：即根据一定的判别准则，判定一个样本归属于哪一类。具体而言，设有n 个样本，对每个样本测得p 项指标（变量）的数据，已知每个样本属于k 个类别（或总体）中的某一类，通过找出一个最优的划分，使得不同类别的样本尽可能地区别开，并判别该样本属于哪个总体。聚类分析是分析如何对样品（或变量）进行量化分类的问题。在聚类之前，我们并不知道总体，而是通过一次次的聚类，使相近的样品（或变量）聚合形成总体。通俗来讲，判别分析是在已知有多少类及是什么类的情况下进行分类，而聚类分析是在不知道类的情况下进行分类。 5.2 试述系统聚类的基本思想。 答：系统聚类的基本思想是：距离相近的样品（或变量）先聚成类，距离相远的后聚成类，过程一直进行下去，每个样品（或变量）总能聚到合适的类中。 5.3 对样品和变量进行聚类分析时， 所构造的统计量分别是什么？简要说明为什么这样构造？ 答：对样品进行聚类分析时，用距离来测定样品之间的相似程度。因为我们把n 个样本看作p 维空间的n 个点。点之间的距离即可代表样品间的相似度。常用的距离为 （一）闵可夫斯基距离：1/1()()p q q ij ik jk k d q X X ==-∑ q 取不同值，分为 （1）绝对距离（1q =） 1 (1)p ij ik jk k d X X ==-∑ （2）欧氏距离（2q =）
21/2 1 (2)() p ij ik jk k d X X ==-∑ （3）切比雪夫距离（q =∞） 1()max ij ik jk k p d X X ≤≤∞=- （二）马氏距离 （三）兰氏距离 对变量的相似性，我们更多地要了解变量的变化趋势或变化方向，因此用相关性进行衡量。 将变量看作p 维空间的向量，一般用 （一）夹角余弦 （二）相关系数 5.4 在进行系统聚类时，不同类间距离计算方法有何区别？选择距离公式应遵循哪些原则？ 答： 设d ij 表示样品X i 与X j 之间距离，用D ij 表示类G i 与G j 之间的距离。 （1）. 最短距离法 21()()()ij i j i j d M -'=--X X ΣX X 11()p ik jk ij k ik jk X X d L p X X =-=+∑ cos p ik jk ij X X θ= ∑ ()() p ik i jk j ij X X X X r --= ∑ ij G X G X ij d D j j i i ∈∈= ,min
《固体物理学》部分习题参考解答 第一章 1.1 有许多金属即可形成体心立方结构，也可以形成面心立方结构。从一种结构转变为另一种结构时体积变化很小.设体积的变化可以忽略，并以R f 和R b 代表面心立方和体心立方结构中最近邻原子间的距离，试问R f /R b 等于多少？ 答：由题意已知，面心、体心立方结构同一棱边相邻原子的距离相等，都设为a ： 对于面心立方，处于面心的原子与顶角原子的距离为：R f = 2 a 对于体心立方，处于体心的原子与顶角原子的距离为：R b a 那么， Rf Rb 31.2 晶面指数为（123）的晶面ABC 是离原点O 最近的晶面，OA 、OB 和OC 分别与基失a 1， a 2和a 3重合，除O 点外，OA ，OB 和OC 上是否有格点？若ABC 面的指数为（234），情况又如何？ 答：根据题意，由于OA 、OB 和OC 分别与基失a 1，a 2和a 3重合，那么 1.3 二维布拉维点阵只有5种，试列举并画图表示之。 答：二维布拉维点阵只有五种类型：正方、矩形、六角、有心矩形和斜方。分别如图所示： 1.4 在六方晶系中，晶面常用4个指数（hkil ）来表示，如图所示，前3个指数表示晶面族中最靠近原点的晶面在互成120°的共平面轴a 1，a 2，a 3上的截距a 1/h ，a 2/k ，a 3/i ，第四个指数表示该晶面的六重轴c 上的截距c/l.证明：i=-（h+k ） 并将下列用（hkl ）表示的晶面改用（hkil ）表示：（001）(133)(110)(323)（100） （010）(213) 答：证明 设晶面族（hkil ）的晶面间距为d ，晶面法线方向的单位矢量为n °。因为晶面族（hkil ）中最靠近原点的晶面ABC 在a 1、a 2、a 3轴上的截距分别为a 1/h ，a 2/k ，a 3/i ，因此 123o o o a n hd a n kd a n id === ……… (1) 正方 a=b a ^b=90° 六方 a=b a ^b=120° 矩形 a ≠b a ^b=90° 带心矩形 a=b a ^b=90° 平行四边形 a ≠b a ^b ≠90°