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報考專業(yè)：材料物理化學(xué)

考試科目：固體物理導(dǎo)論

考試代碼：807

考試參考書：黃昆原著 韓汝琦改編 固體物理學(xué) 高等教育出版社 2000

考試總分：150分

考試時間：3小時

一、考試目的與要求

《固體物理學(xué)》是材料物理化學(xué)專業(yè)一級學(xué)科的專業(yè)基礎(chǔ)課。該課程是研究固體的結(jié)構(gòu)及其組成粒子（原子、離子、電子等）之間相互作用與運動規(guī)律以闡明其性能與用途的學(xué)科。固體物理學(xué)融匯了力學(xué)、熱力學(xué)與統(tǒng)計物理學(xué)、電動力學(xué)、量子力學(xué)和晶體學(xué)等多學(xué)科的知識，在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)中起著非常重要的作用，是物理學(xué)的重要組成部分，可以進一步培養(yǎng)學(xué)生的現(xiàn)代科學(xué)意識，提高分析問題與解決問題的綜合能力及創(chuàng)新思維的能力。

要求考生：(1) 掌握固體物理學(xué)的基礎(chǔ)概念和基本原理，包括能利用固體物理的基本原理分析固體材料的基本性能；(2) 掌握晶體結(jié)構(gòu)和結(jié)合、晶格熱振動及固體材料的熱性質(zhì)、固體電子論等基本原理；(3) 利用固體物理的基本原理分析固體材料的導(dǎo)電性和磁學(xué)性質(zhì)等物理性能。

二、考試內(nèi)容

第一章 晶體結(jié)構(gòu)和X射線衍射

第一節(jié) 晶體的特征

一、晶體的總特征、宏觀特征*

二、晶面角守恒定律

第二節(jié) 空間點陣

布喇菲格子的概念

第三節(jié)晶格的周期性 基矢

一、結(jié)晶學(xué)原胞與固體物理原胞的區(qū)別 *

二、晶體基矢的表達式

第四節(jié)密勒指數(shù)*

密勒指數(shù)與晶面在坐標軸截距的關(guān)系

第五節(jié)倒格子*

一、倒格子的定義、倒格子基矢、倒格子空間與正格子空間的意義

二、倒格子基矢與正格子基矢的關(guān)系、倒格矢與正格矢的關(guān)系、倒格子與正格子的關(guān)系

第六節(jié)晶體的特殊對稱性 對稱操作

基本的對稱操作

第七節(jié)晶系 布喇菲原胞

晶系的種類及其特點

第八節(jié)密堆積 配位數(shù)

密堆積與配位數(shù)的概念

第九節(jié)晶體衍射的一般介紹

測試晶體結(jié)構(gòu)的方法

第十節(jié)X射線衍射方程 反射公式和反射球

一、倒格子空間衍射方程及其意義*

二、布拉格反射公式

三、X射線衍射的實驗方法

第十一節(jié) 原子的散射因子

原子的散射因子概念

第十二節(jié) 幾何結(jié)構(gòu)因子

一、幾何結(jié)構(gòu)因子的概念

二、結(jié)構(gòu)的衍射消失條件

復(fù)習(xí)重點：晶體的特征，空間點陣、晶體基矢的表達式、密勒指數(shù)、倒格子，晶體對稱操作、晶系，測試晶體結(jié)構(gòu)的方法，X射線衍射分類、X射線衍射方程、布拉格反射公式、晶體結(jié)構(gòu)的衍射消失條件。

第二章晶體的結(jié)合

第一節(jié)晶體的結(jié)合類型

晶體的結(jié)合的類型

第二節(jié) 結(jié)合力的一般性質(zhì)*

一、互作用勢能與互作用力的關(guān)系

二、通過兩個原子互作用勢能，求兩原子的平衡間距、平衡時的互作用勢能，有效引力最大時的兩原子間的距離、體彈性模量。

第三節(jié) 非極性分子晶體的結(jié)合能

一、分子晶體結(jié)合力的分類

二、根據(jù)已知原子的相互作用勢能，求相關(guān)的問題。

第四節(jié) 離子晶體的結(jié)合能

一、馬德隆常數(shù)的表達式及簡單計算*

二、根據(jù)已知離子晶體的相互作用勢能，求相關(guān)的問題。

第五節(jié) 離子半徑

常用的離子半徑

復(fù)習(xí)重點：晶體的結(jié)合類型、結(jié)合力的一般性質(zhì)、計算兩原子的平衡間距、平衡時的互作用勢能，有效引力最大時的兩原子間的距離、體彈性模量等參量。

第三章 晶格振動和晶體的熱學(xué)性質(zhì)

第一節(jié) 一維原子鏈的振動

一、格波的概念

二、一維簡單（復(fù)式）晶格振動格波的色散關(guān)系

三、長聲學(xué)波、長光學(xué)波的示意圖及其表示的振動*

四、周期性邊界條件的結(jié)論*

第二節(jié) 晶格振動的量子化 聲子

一、聲子的概念*

二、三維晶格振動的總能量表達式中各項所表示的意義

第三節(jié) 長波近似

一、長光學(xué)波、長聲學(xué)波的概念

二、黃昆方程表達式及其物理意義

第四節(jié) 固體比熱*

一、杜隆-珀替定律

二、愛因斯坦模型和得拜模型的特點

第五節(jié) 非簡諧效應(yīng)

一、兩個聲子的碰撞

二、晶體的熱傳導(dǎo)和熱膨脹與非簡諧效應(yīng)的關(guān)系

第六節(jié) 確定振動譜的實驗方法

確定振動譜的實驗方法-中子非彈性碰撞

第七節(jié) 晶格的自由能

格林愛森常數(shù)

復(fù)習(xí)重點：格波的概念、長聲學(xué)波、長光學(xué)波的示意圖及其表示的振動、周期性邊界條件的結(jié)論、聲子的概念、三維晶格振動的總能量表達式中各項所表示的意義、長光學(xué)波、長聲學(xué)波的概念、黃昆方程表達式及其物理意義、杜隆-珀替定律、非簡諧效應(yīng)、確定振動譜的實驗方法和格林愛森常數(shù)。

第四章 晶體中的缺陷與運動

　第一節(jié)、缺陷的類型

一、缺陷的分類

二、肖脫基缺陷 弗倫克爾缺陷、色心、極化子的概念*

三、刃型位錯、螺旋位錯的概念

第二節(jié) 熱缺陷數(shù)目的統(tǒng)計

第三節(jié) 缺陷的運動 產(chǎn)生和復(fù)合

第四節(jié) 擴散方程 擴散系數(shù)

第五節(jié) 擴散的微觀機構(gòu)

第六節(jié) 外來原子在晶體中的擴散

第七節(jié) 熱缺陷在外力作用下的運動

以上六節(jié)為一般了解內(nèi)容，考試不做主要內(nèi)容

第八節(jié) 位錯的滑移

刃型位錯、螺旋位錯滑移方向與位錯線的運動方向、外加切應(yīng)力三者的關(guān)系。

第九節(jié) 位錯和熱缺陷的關(guān)系

第十節(jié) 位錯的缺陷的分類、肖脫基缺陷 弗倫克爾缺陷、色心、極化子的概念、刃型位錯、螺旋位錯的概念以及刃型位錯、螺旋位錯滑移方向與位錯線的運動方向、外加切應(yīng)力三者的關(guān)系。

第五章 固體電子論基礎(chǔ)

第一節(jié) 電子氣的能量狀態(tài)

一、金屬自由電子論模型

二、求簡單的自由電子氣能級密度*

第二節(jié) 電子氣的費密能量

一、費密分布函數(shù)及其討論*

二、費密能量及其求絕對零度時系統(tǒng)的費密能量。

三、費密球、費密面的概念

第三節(jié) 金屬中電子氣的熱容量

溫度低時，金屬的摩爾熱容量表達式*

第三節(jié)功函數(shù)和接觸勢差

畫圖說明功函數(shù)和接觸勢差的概念

第五節(jié) 布洛赫波

布洛赫波的表達式及其物理意義*

第六節(jié) 克龍尼克-潘納模型

一、克龍尼克-潘納模型的要點

二、克龍尼克-潘納模型的意義

第七節(jié) 微擾法-自由電子近似

周期場不再看作為微擾的條件

第八節(jié) 簡并微擾法-散射波較強的情況

畫圖說明禁帶出現(xiàn)的位置和禁帶的寬度

第九節(jié) 晶體中電子運動的速度和加速度

一、電子運動速度 能帶低和能帶頂電子的有效質(zhì)量*

二 電子有效質(zhì)量的表達式及所表示的意義

第十節(jié) 金屬、半導(dǎo)體和絕緣體 空穴概念

一、金屬、半導(dǎo)體和絕緣體的區(qū)別

二、空穴的概念

復(fù)習(xí)重點：金屬自由電子論模型、費密分布函數(shù)、費密球、費密面的概念、功函數(shù)和接觸勢差、布洛赫波的表達式及其物理意義、克龍尼克-潘納模型的意義禁帶出現(xiàn)的位置和禁帶的寬度、晶體中電子運動的速度和加速度以及金屬、半導(dǎo)體和絕緣體的區(qū)別。

第六章 能帶理論

第一節(jié) 三維情況的布洛赫定理

一、三維布洛赫定理的表達式

二、簡約布里淵區(qū)的概念

第二節(jié) 布里淵區(qū)

畫出簡單情況的布里淵區(qū)。

復(fù)習(xí)重點：三維布洛赫定理、簡約布里淵區(qū)和簡單的畫法。

三、試卷結(jié)構(gòu)

（1）基本知識與基本概念題 (約60分)

（2）論述題(約90分)

四、內(nèi)容結(jié)構(gòu)

（1）固體結(jié)構(gòu)和固體結(jié)合（25分）

（2）晶格振動和晶格的熱學(xué)性質(zhì)（45分）

（3）自由電子理論及能帶理論（45分）

（4）半導(dǎo)體晶體（35分）

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