西工大-物理性能复习题答案

1复习题第一章-11、①一个具有5MeV能量的α粒子穿过原子，是否可用经典力学来处理？②枪弹的质量为0.02Kg，飞行速度为1000m/s，求其德布罗意波长，并讨论有无必要用量子力学来处理？2、求下列粒子的德布罗意波的波长：①在300K以下平均热动能E=2/3(kT)运动的电子，②以30m/s运动的0.1Kg的高尔夫球，并讨论有无必要用量子力学来处理？3、什么是物质波，波函数表示的物理意义是什么？4、请对经典自由电子学说，量子电子理论及能带理论进行比较。25、解释费密分布函数图的物理意义。6、什么是费密界？7、画出准自由电子模型的E-K曲线，并指出何处为允带、禁带？8、禁带的起因是什么？9、什么是布里渊区？10、请分析准自由电子近似能级密度曲线与自由电子近似的能级密度的不同。复习题第一章-2311、请画出能带交叠时的准自由电子能级曲线并加以分析。12、请画出二个H原子距离R≈0.53Å时，形成稳定的分子，二个电子占据的能级情况，并从能级角度说明。13、对金属来说，如果N个原子键合（如果原子为同一量子状态），晶体能级将发生什么变化？请画出。14、测不准关系表明了什么？是否是测量仪器不够精确所致？15、是否可以将p,x同时测准？为什么？16、请用能带中的能级状态密度Z(E)分布曲线来表示布氏区的能量状态复习题第一章-34复习题电学1、金属晶体产生电阻的根源是什么？2、试述金属中电子散射系数μ同马西森定律间的关系。3、简述金属电阻率在不同温度范围内与温度的关系。4、简述双电桥法测量电阻的优点，有关导线和接触电阻是如何消除的？5、如何采用电阻法测绘二元共晶图中的溶解度曲线。6、请对二元连续固溶体电阻率与原子浓度间的关系用图表示，并加以说明。7、如何用电阻法评价半导体单晶的纯度？8、请用能带理论解释材料导体、半导体、绝缘体特性5复习题热学-11.试述经典热容理论、爱因斯坦热容理论与德拜热容理论比较的异同之处？2.德拜热容理论的成功之处是什么？3.P291第2题4.P291第3题5.“所有金属的热容都是固定不变的，等于3R”此种说法对吗？请结合金属铜的热容曲线说明。6.陶瓷材料与金属材料热容相比主要差别是什么？7.什么是一级相变？什么是二级相变？各有哪些变化？8.请比较DSC法、DTA法，各有什么特点?69、在金属凝固和熔化热分析曲线上实验曲线与理论曲线有何不同？为什么？10、试分析教科书中，图5.18曲线11、P291第4题12、P291第5题13、影响热膨胀的因素有哪些？14、P291第8题15、P291第9题16、钢不同显微组织的密度、比容排序17、P292第14题复习题热学-271.什么是原子固有磁矩？2.电子磁矩的最小单位是什么？3.金属到底是抗磁性还是顺磁性从那些方面判断？4.正离子的抗磁性的特点5.正离子的顺磁性的特点6.自由电子的顺磁性的特点7.什么是铁磁性材料的退磁场？与哪些因素有关？8.什么是自发磁化理论？9.形成铁磁性的基本条件是什么？10.技术磁化的本质是什么？11.哪些是组织敏感参数？哪些是组织不敏感参数？复习题磁学-18复习题磁学-212、P37610题13、P37612题14、P37613题15、P37614题16、P37615题17、P375第1题18、P375第2题19、P375第3题20、P375第4题91、①一个具有5MeV能量的α粒子穿过原子，是否可用经典力学来处理？②枪弹的质量为0.02Kg，飞行速度为1000m/s，求其德布罗意波长，并讨论有无必要用量子力学来处理？第一章答案解：分别计算两种情况的波长，加以判断102、求下列粒子的德布罗意波的波长：①在300K以下平均热动能E=2/3(kT)运动的电子，②以30m/s运动的0.1Kg的高尔夫球，并讨论有无必要用量子力学来处理？解：22123mvkTEmkThmEhph32当电子的波长≈障碍物的缝隙（d晶格常数），波性显示出来，需要用量子力学理论处理问题高尔夫球波长很短，波性很不明显，可以忽略不计，不必用量子力学理论处理mvhph113、什么是物质波，波函数表示的物理意义是什么？解：物质波是一种几率波波函数的统计意义：在某一时刻，在空间的某一点，粒子出现的几率，正比于该时刻、该地点的波函数的平方。1210、请分析准自由电子近似能级密度曲线与自由电子近似的能级密度的不同。答：答案叙述在教科书P23~2413第二章答案1、P94第9题已知镍—铁合金中加入一定量的钼，可以使合金由统计均匀状态转变为不均匀固溶体……答：P95图2.70①普通无序状固溶体，随着冷变形量增加，电阻率明显上升②在不均匀K状态时，冷变形使得固溶体不均匀组织被破坏转变为普通无序状固溶体，随着冷变形量增加，电阻率明显下降③当钼含量大于1%时，电阻率随冷变形量增加而下降，说明合金是K状态。1%时，电阻率不变即为极限值142、P94第10题试评述下列建议：因为银有良好的导电性而且能够在铝中固溶一定的数量……答：a:固溶强化强度不够高；电阻率增加；Al价格昂贵，不宜用于高压输电线b:铝合金第二相强化、加工硬化等153、微观粒子具有波性，它表示的物理意义是什么？以电子为例：电子是微观粒子，具有波性。这种电子波是一种具有统计规律的几率波。几率波它决定了电子在空间某个位置出现的几率。空间位置坐标(x,y,z)，波函数为Φ(x,y,z,t)，t表示在t时刻，电子在空间(x,y,z)出现的几率。函数写为Φ（x，y，z，t）或Φ（r,t）3、答：4、请对经典自由电子学说，量子电子理论及能带理论进行比较。4、答：复习题第一章-答案16经典量子能带价电子公有YYY价电子自由运动能量自由改变YYY量子化的准自由电子允带－量子化禁带－能量不允许区金属是一势箱势能Y常数Y常数Y周期场服从的规律理想气体定律波尔兹曼统计费米－狄拉克统计能量量子化费米能EF量子化规律能带(允带，禁带)在布里渊区界面上能量发生突变；在内部能量量子化量子化规律＋周期场221122321VPVPTkvmEEEZNEE)(E53E53大大总175、解释费密分布函数图的物理意义。（费米—狄拉克分布函数）1TkEEEfFexp1)(5、答：费米分布函数图的意义：在熔点以下，虽然自由电子都受到而热激发，但只是在EF附近kT范围内的电子，才能由EF以下能级跳到EF以上能级。即温度变化时，只有小部分的电子受到影响。18②当温度TOK时，且EFkT（室温kT=0.025eV）（金属在熔点之下皆满足此条件）①T=0K时E≤EFf=1E＞EFf=0当E=EF时f=1/2FEEkTEEEEFF1)(211)(EfEfFEEkTE-EEEFF210EfEf196、什么是费密界？6、答：EF表示自由电子所能有的最大能量。称为最大费米能或费米界7、画出准自由电子模型的E-K曲线，并指出何处为允带、禁带？7、答：208、禁带的起因是什么？8、答：禁带形成的物理学原理及条件对于任意一个K值，不同列原子的反射波相位不同，由于干涉而相互抵消，即反射波为零。表示具有这样K值的电子波在晶体中传播没有受到影响。当前进波的波长为:2a/n，即anK时，形成一个驻波形成禁带，电子总速度=0；动能=021当前进波的波长λ满足布喇格方程时，得到一加强的反射波时则即annaKnanddn222sin2sin2)()(6,4,2,,3,2,12,90体心立方简单立方与结构因素有关入射此处nnnKad驻波现象与晶体衍射现象完全相同电子突然失去前进的速度和动能形成驻波产生禁带周期场的效应是把自由电子E-K关系的抛物线准连续谱分割成为允许能量范围的允带和禁止能量范围的禁带229、什么是布里渊区？9、答：布里渊区——电子所允许存在的能量范围。在布氏区内部，电子能量是连续的。而在其界面，电子的能量将发生突变。12、请画出二个H原子距离R≈0.53Å时，形成稳定的分子，二个电子占据的能级情况，并从能级角度说明。12、答：13、对金属来说，如果N个原子键合（如果原子为同一量子状态），晶体能级将发生什么变化？请画出。13、答：N个原子键合时，一个原子能级，分裂为N个分子能级（能量下降）2314、测不准关系表明了什么？是否是测量仪器不够精确所致？14、答：测不准关系表明：对于微观粒子不能同时用确定的位置和确定的动量来描述。也就是说用经典力学的物理量来描述微观粒子，是测不准的，只能在一定的近似程度内做到。对显示波性的微观粒子，如果要愈加精确地测量某一个量，另一个量就愈加测不准。不是测量仪器不够准确15、是否可以将p,x同时测准？为什么？15、答Δx位置测准Δp≥h/Δx→∞P愈加测不准Δp动量测准Δx≥h/Δp→∞X愈加测不准根据Δx·Δp≥h测不准关系2416、请用能带中的能级状态密度Z(E)分布曲线来表示布氏区的能量状态答：25复习题电学-答案1、答：当电子波通过一个理想的点阵时(OK)，它将不受到散射；当温度↑，离子(又称声子)热振动，使电子波受到散射。在晶体点阵完整性受到破坏的地方，电子波受到散射，如置换原子，错位，缺陷等等。正是由于电子波在这些地方发生散射，才产生了电阻。1、金属晶体产生电阻的根源是什么？262、试述金属中电子散射系数μ同马西森定律间的关系。2、答：电阻率：lnevm112l1其中——散射因子μμ与温度成正比T)(T马基森定律3、简述金属电阻率在不同温度范围内与温度的关系。3、答：27ρ∝αTρ∝T5ρ∝T2在温度T(2/3)ΘDρ(T)∝αT当TΘDρ∝T5极低温(2K)时ρ∝T2一般认为纯金属在整个温度区间电阻产生的机制是电子--声子（离子）散射只是在极低温(2K)时，ρ∝T2，这时电子---电子之间的散射构成了电阻产生的主要机制原因：分析电阻温度曲线：284、简述双电桥法测量电阻的优点，有关导线和接触电阻是如何消除的？ADCBiV4、答：实验已作过29②比较一下i1，i2，i3那个大，∵ACEF线路的电阻小。这样只要X略有一点变动，立即会大大地影响C点的电位，进而影响D点的电位。∴能灵敏地反映出X待测电阻的变化，即测量精度较高。优点：即可减少导线和接头电阻引起的误差。①∵检流计G不是直接连接在X,N上，而是通过大电阻R1R2连接。∴连接导线的电阻和接头的接触电阻引起的误差，基本上不影响测量精度。∵他们与R1R2相比很小，可忽略不计。VB=VD实际上已包含了他们的影响。30复习题热学-1-答案1.试述经典热容理论、爱因斯坦热容理论与德拜热容理论比较的异同之处？1、答：经典爱因斯坦德拜假设固体原子如同气体分子1）晶格中每个原子独立地做谐振动2）晶格振动的能量量子化3）每一个原子振动的频率ν都相同1）相邻原子间协调齐步地振动，形成德拜模型2）原子振动具有很宽的振动谱3）某频率可能具有的谐振子数，由频率分布函数g(ν)决定摩尔热容C=dE/dT=3R=常数=24.9(J/mol·K)1）当Ｔ大，C=3R=24.92）当温度很低时，1）当Ｔ大，C=3R=24.92）当温度很低时，结论所有金属的摩尔热容量都是一个固定不变与温度无关的常数——杜隆-珀替定律1）当Ｔ大，和杜隆－珀替定律是一致的2）当温度很低时，1）当Ｔ大，和杜隆－珀替定律是一致的2）当温度很低时，德拜热容理论很好地描述了晶体热容，CV,m∝T3就是著名的德拜三次方定律德拜热容模型虽比爱因斯坦模型有很大进步，但德拜把晶体看成是连续介质。德拜热容理论在高温与极低温区Ⅰ区域试验略有差异。这是因为德拜理论值考虑了晶格振动对热容的贡献，但实际上自由电子也有部分贡献。)exp()(32kThvkThvRdTdECV实验指出：在低温时，热容和T3成比例。而上式的理论值比实验值更快地趋于零误差来源于：爱因斯坦忽略了邻近原子之间存在的联系。认为每个原子的振动频率是相同的3443,)/(512154)/(9DDmVT