天津市事業(yè)單位招聘考試教師招聘物理學科專業(yè)知識試卷（固體物理）考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分。請將正確選項的字母填在括號內(nèi)）1.下列哪種晶體結(jié)構(gòu)屬于密排六方結(jié)構(gòu)？A.NaCl型B.閃鋅礦型C.面心立方D.體心立方2.在晶體中，位錯的線矢量（伯格斯矢量）的方向和大小取決于：A.位錯的類型B.晶體的取向C.晶體的對稱性D.以上所有3.根據(jù)能帶理論，絕緣體和半導體的主要區(qū)別在于：A.導帶電子數(shù)B.價帶寬度C.能隙大小D.晶體結(jié)構(gòu)4.金屬導體的電阻率隨溫度降低而減小，其主要原因是：A.金屬離子振動減弱B.載流子濃度增加C.載流子平均自由程增加D.費米能級下降5.在半導體PN結(jié)加正向電壓時，擴散電流和漂移電流的關(guān)系是：A.擴散電流大于漂移電流B.擴散電流小于漂移電流C.擴散電流等于漂移電流D.兩者方向相反6.晶體學中，描述晶體宏觀對稱性的基本要素是：A.晶胞B.晶格C.對稱操作D.空間群7.離子晶體中，離子鍵的形成主要來源于：A.共享電子B.離子間的靜電引力C.金屬鍵D.范德華力8.晶格振動（聲子）的能量與波矢的關(guān)系類似于：A.光子能量與頻率的關(guān)系B.電子能量與動量的關(guān)系C.氣體分子動能與溫度的關(guān)系D.質(zhì)點動能與速度的關(guān)系9.下列哪種缺陷的存在通常會降低晶體的堆垛層錯能？A.刃位錯B.螺位錯C.堆垛層錯D.空位10.緊束縛模型用于近似求解固體能帶結(jié)構(gòu)時，通常假設：A.晶格勢為零B.電子在局域原子實周圍運動C.不同原子間的電子波函數(shù)完全重疊D.晶格是對稱的二、填空題（每空2分，共20分。請將答案填在橫線上）1.晶胞的特征參數(shù)包括______、______和______。2.半導體中，能帶中出現(xiàn)禁帶的原因是______。3.金屬鍵的本質(zhì)是______。4.X射線衍射實驗中，布拉格定律描述了入射X射線與晶面之間的______關(guān)系。5.一個簡單立方晶格的晶格矢量a、b、c滿足______。三、計算題（每題10分，共30分）1.一個金屬樣品的體積為10^-6m^3，含有5x10^28個自由電子。當溫度為300K時，電子氣體的費米能級為2.5eV。假設電子氣體的逸度f=1（高溫近似），請計算該樣品的電阻率。電子質(zhì)量m_e=9.11x10^-31kg，h=6.63x10^-34J·s，k_B=1.38x10^-23J/K，1eV=1.6x10^-19J。2.一個N型半導體，其導帶電子有效質(zhì)量m_n*=0.1m_e，價帶電子有效質(zhì)量m_p*=0.2m_e。導帶電子的能帶寬度E_C-E_F=0.3eV，價帶寬度E_F-E_V=1.1eV。請估算該半導體的導帶和價帶態(tài)密度N_C和N_V（假設能帶可以看作拋物線型，?^2/2m=1.055x10^-34J·m^2）。(π^2=9.87)3.一塊邊長為a的簡單立方晶體，考慮其最近鄰原子間的相互作用。假設相互作用勢能為V(r)=-A/r^6，其中A為常數(shù)，r為原子間距離。請定性說明當溫度T趨近于絕對零度時，該晶體的比熱容會表現(xiàn)出什么行為？并簡要解釋原因。四、簡答題（每題15分，共30分）1.簡述位錯運動對晶體塑性變形的影響。并解釋為什么刃位錯和螺位錯在晶體中運動的機制不同？2.為什么絕緣體在通常情況下不導電，而半導體在不同溫度下表現(xiàn)出不同的導電性？請從能帶理論的角度解釋。試卷答案一、選擇題1.C2.D3.C4.C5.A6.C7.B8.A9.C10.B二、填空題1.晶格常數(shù)（a,b,c），晶格角（α,β,γ），基矢（或點陣矢量）2.原子核和內(nèi)層電子的排斥效應（或原子間的屏蔽效應）3.自由電子氣體的正負離子間的靜電吸引力4.反射5.a·b=a·c=b·c=0,a·a=b·b=c·c=a^2三、計算題1.解：根據(jù)電阻率公式ρ=(m_e/nq^2)*(1/(k_BT))*(1/V)*(h^2/2π^2m_e*(E_F-E_C)^2)。代入數(shù)據(jù)：n=5x10^28/(10^-6)=5x10^34m^-3,E_F-E_C=2.5eV=2.5x1.6x10^-19J=4.0x10^-19J,k_BT=1.38x10^-23J/K*300K=4.14x10^-21J,h^2/(2π^2m_e)=(6.63x10^-34)^2/(2*3.14^2*9.11x10^-31)=1.54x10^-68J^2·s^2/m^2。ρ=(9.11x10^-31)/(5x10^34*(1.6x10^-19)^2)*(4.14x10^-21)/(5x10^34)*(1.54x10^-68)/(4.0x10^-19)^2ρ=(9.11x10^-31*4.14x10^-21*1.54x10^-68)/(5x10^34*1.6^2x10^-38*4.0x10^-19)ρ=(5.76x10^-157)/(5.12x10^-40*4.0x10^-19)ρ=(5.76x10^-157)/(2.05x10^-58)ρ=2.81x10^-99/2.05ρ≈1.37x10^-99J·mρ≈8.6x10^-8Ω·m（注意單位轉(zhuǎn)換和計算精度）2.解：態(tài)密度N_C=(2/(3π^2))*(m_n*/?^2)*(2m_n*k_BT/h^2)^(3/2)。N_V=(2/(3π^2))*(m_p*/?^2)*(2m_p*k_BT/h^2)^(3/2)。E_C-E_F=0.3eV,E_F-E_V=1.1eV,T=300K。N_C=(2/(3π^2))*(0.1*9.11x10^-31/(1.055x10^-34)^2)*(2*0.1*9.11x10^-31*1.38x10^-23*300/(1.055x10^-34)^2)^(3/2)N_C=(2/(3π^2))*(0.1*9.11x10^-31/1.112x10^-68)*(2*0.1*9.11x10^-31*4.14x10^-21/1.112x10^-68)^(3/2)N_C=(2/(3π^2))*(0.1*9.11x10^-31/1.112x10^-68)*(7.46x10^-21)^(3/2)N_C=(2/(3π^2))*(0.1*8.19x10^32)*(1.98x10^13)N_C=(2/(3π^2))*8.19x10^33*1.98x10^13N_C=(2/9.42)*1.62x10^47N_C≈0.212*1.62x10^47N_C≈0.343x10^47/9.42N_C≈3.65x10^46/9.42N_C≈3.87x10^45m^-3N_V=(2/(3π^2))*(0.2*9.11x10^-31/(1.055x10^-34)^2)*(2*0.2*9.11x10^-31*1.38x10^-23*300/(1.055x10^-34)^2)^(3/2)N_V=(2/(3π^2))*(0.2*9.11x10^-31/1.112x10^-68)*(2*0.2*9.11x10^-31*4.14x10^-21/1.112x10^-68)^(3/2)N_V=(2/(3π^2))*(0.2*8.19x10^32)*(7.46x10^13)^(3/2)N_V=(2/(3π^2))*1.64x10^33*1.98x10^13N_V=(2/9.42)*3.24x10^46N_V≈0.212*3.24x10^46N_V≈0.689x10^46/9.42N_V≈7.41x10^45/9.42N_V≈7.85x10^44m^-3(注意：計算中π^2=9.87，最終結(jié)果可能因取值略有差異，但數(shù)量級和趨勢應正確)3.解：當T趨近于0K時，晶格振動趨于靜止，原子幾乎固定在平衡位置。此時，原子間的平均距離保持不變，相互作用勢能也基本不變。根據(jù)能量均分定理，每個自由度的平均能量為k_BT/2。對于三維簡諧振子，每個原子有3個平動自由度和3個振動自由度（勢能和動能各一個），總自由度為6。因此，在0K時，晶格振動能量為零，比熱容也為零。隨著溫度升高，振動能量開始增加，比熱容逐漸顯現(xiàn)。但由于相互作用勢能（r^-6）比簡諧振子的勢能（r^-2）變化更劇烈，并且勢能對溫度的依賴性更強，導致比熱容在T→0K時的行為更復雜，可能表現(xiàn)出非零的、與T^4或更復雜關(guān)系相關(guān)的有限值，或者在某些特定條件下仍趨近于零，但遠高于經(jīng)典3R值。定性上看，由于r^-6項，低溫比熱容可能不會嚴格遵循T^3規(guī)律，甚至可能比經(jīng)典值低。四、簡答題1.解：位錯的存在使得晶體的一部分相對于另一部分發(fā)生相對滑動，從而繞過晶格的勢壘，使得晶體發(fā)生塑性變形成為可能。*刃位錯：其線矢量（伯格斯矢量）垂直于位錯線。運動時，刃位錯像刀刃插入固體一樣，使晶體的一部分上下錯開。其運動受到已滑移晶面（或?qū)渝e）的阻礙，通常表現(xiàn)出階梯狀擴展。*螺位錯：其線矢量（伯格斯矢量）平行于位錯線。運動時，晶體像螺旋上升一樣，繞著位錯線發(fā)生旋轉(zhuǎn)。其運動主要受到周圍晶格的旋轉(zhuǎn)阻力，擴展方式通常是對稱的。*兩者機制不同的根本原因在于其伯格斯矢量的方向不同，導致晶體在位錯運動時產(chǎn)生的局部應變場分布不同，進而導致其相互作用力（阻力）和運動方式的差異。2.解：*絕緣體：絕緣體的價帶和導