聊城大學《固體物理》第一章11第一節(jié)

聊城大學《固體物理》第一章11第一節(jié)引言固體物理概述晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)晶體結(jié)合與彈性常數(shù)晶格振動與熱容本節(jié)小結(jié)與思考題引言01

本節(jié)主題簡介本節(jié)主要介紹固體物理的基本概念和歷史背景，以及其在物理學中的地位和作用。重點介紹固體物理的研究對象、研究方法以及與其他物理分支的聯(lián)系。簡要概述固體物理的發(fā)展歷程和未來發(fā)展趨勢。了解固體物理的基本概念和研究內(nèi)容。掌握固體物理的研究方法和實驗技術。理解固體物理與其他物理分支的聯(lián)系和區(qū)別。了解固體物理的發(fā)展歷程和未來發(fā)展趨勢。01020304學習目標固體物理概述02固體物理學是研究固體物質(zhì)的基本性質(zhì)、微觀結(jié)構(gòu)和運動狀態(tài)的學科。定義具有多學科交叉性，涉及物理、化學、材料科學等多個領域；與實際應用緊密相關，對現(xiàn)代科技發(fā)展有重要推動作用。特點定義與特點涵蓋固體的結(jié)構(gòu)、電子行為、光學性質(zhì)、熱學性質(zhì)等方面。對材料科學、電子工程、能源技術等領域有關鍵指導意義；為新材料、新能源等領域的研發(fā)提供理論基礎。研究領域與重要性重要性研究領域從19世紀末開始，固體物理學經(jīng)歷了從經(jīng)典理論到量子力學的跨越；20世紀中葉以來，隨著實驗技術的進步，研究領域不斷拓展。發(fā)展歷程目前，固體物理學正朝著低維材料、拓撲物態(tài)、強關聯(lián)體系等方向發(fā)展；新型實驗手段如量子調(diào)控、超快光譜等為研究帶來新的突破。前沿動態(tài)發(fā)展歷程與前沿動態(tài)晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)03晶體結(jié)構(gòu)分類由金屬原子或離子通過共價鍵結(jié)合形成的晶體，具有良好的導電和導熱性能。由正離子和負離子通過離子鍵結(jié)合形成的晶體，具有較高的熔點和硬度。由多個原子通過共價鍵結(jié)合形成的晶體，具有較高的熔點和硬度。由分子通過范德華力結(jié)合形成的晶體，具有較低的熔點和硬度。金屬晶體離子晶體共價晶體分子晶體空間格子晶胞對稱性原子間距和鍵長晶體結(jié)構(gòu)特點01020304晶體結(jié)構(gòu)具有規(guī)則的空間格子，不同晶體的空間格子不同。晶體結(jié)構(gòu)的基本單元，由原子或分子的排列組成。晶體結(jié)構(gòu)具有高度的對稱性，包括平移、旋轉(zhuǎn)和鏡面對稱等。原子間距和鍵長是影響晶體結(jié)構(gòu)和物理性質(zhì)的重要因素。電學性質(zhì)光學性質(zhì)力學性質(zhì)磁學性質(zhì)晶體結(jié)構(gòu)對物理性質(zhì)的影響晶體的導電和導熱性能與晶體結(jié)構(gòu)密切相關，不同晶體結(jié)構(gòu)的電學性質(zhì)不同。晶體的硬度、脆性和韌性等力學性質(zhì)與晶體結(jié)構(gòu)密切相關。晶體的光學性質(zhì)與晶體結(jié)構(gòu)密切相關，不同晶體結(jié)構(gòu)的光學性質(zhì)不同。晶體的磁學性質(zhì)與晶體結(jié)構(gòu)密切相關，不同晶體結(jié)構(gòu)的磁學性質(zhì)不同。晶體結(jié)合與彈性常數(shù)04通過正負離子的吸引而形成的晶體結(jié)合。離子結(jié)合原子之間通過共享電子而形成的晶體結(jié)合。共價結(jié)合金屬原子之間通過自由電子而形成的晶體結(jié)合。金屬結(jié)合分子之間通過范德瓦爾斯力而形成的晶體結(jié)合。分子結(jié)合晶體結(jié)合分類晶體結(jié)合具有較高的穩(wěn)定性，能夠保持晶體的完整性和穩(wěn)定性。穩(wěn)定性高方向性決定晶體性質(zhì)晶體結(jié)合具有明顯的方向性，不同方向上的結(jié)合力存在差異。晶體的物理性質(zhì)，如熔點、硬度、光學性質(zhì)等，與晶體結(jié)合密切相關。030201晶體結(jié)合特點應用領域彈性常數(shù)是材料科學、物理學、工程學等領域中研究晶體材料的重要參數(shù)，對于材料的力學性能、聲學性能、熱學性能等方面的研究具有重要意義。彈性常數(shù)定義彈性常數(shù)是描述晶體彈性性質(zhì)的重要參數(shù)，表示晶體在受到外力作用時內(nèi)部原子或分子的相互作用強度。彈性常數(shù)分類彈性常數(shù)包括剪切模量、楊氏模量、泊松比等，分別描述晶體在不同方向上的彈性性質(zhì)。物理意義彈性常數(shù)的大小和變化可以反映晶體內(nèi)部原子或分子的相互作用以及晶體的物理性質(zhì)變化。彈性常數(shù)及其物理意義晶格振動與熱容05將晶格視為一系列簡諧振動的彈簧模型，原子在平衡位置附近做周期性振動。簡諧振動模型將晶格中的原子視為分子，原子間的相互作用力可視為分子間的相互作用力，從而將晶格振動問題轉(zhuǎn)化為分子振動問題。分子振動模型利用量子力學的基本原理，將晶格振動描述為量子力學中的粒子在勢能阱中的運動，適用于低溫、低頻的晶格振動。量子力學模型晶格振動模型晶格振動對熱容的影響晶格振動對熱容有顯著影響，隨著溫度的升高，晶格振動幅度增大，原子間的相互作用增強，導致熱容增加。熱容與溫度的關系熱容隨溫度的升高而增加，但在高溫下，由于量子效應的影響，熱容的增長速度會減緩。熱容的定義熱容是物質(zhì)在一定溫度下吸收或釋放熱量時所對應的溫度變化量，是衡量物質(zhì)熱量特性的物理量。晶格振動對熱容的影響實驗測量方法通過測量物質(zhì)的熱量與溫度的關系曲線，可以獲得物質(zhì)的熱容值。常用的實驗測量方法有量熱法、熱導法等。計算方法根據(jù)物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)和晶格結(jié)構(gòu)，利用量子力學和統(tǒng)計物理的基本原理，可以計算物質(zhì)的熱容值。常用的計算方法有量子力學直接計算法和統(tǒng)計熱力學計算法等。熱容的實驗測量與計算方法本節(jié)小結(jié)與思考題06晶體結(jié)構(gòu)的分類金屬晶體、離子晶體、共價晶體、分子晶體等。晶體結(jié)合的類型離子結(jié)合、共價結(jié)合、金屬結(jié)合、分子間結(jié)合等。本節(jié)重點回顧簡諧振動、非簡諧振動、量子化振動等。晶格振動的描述熱容、熱膨脹、熱傳導等。晶體的熱學性質(zhì)本節(jié)重點回顧本節(jié)重點回顧光的吸收與散射與晶體的電子結(jié)構(gòu)、晶格結(jié)構(gòu)有關。光的折射與反射與晶體的表面形態(tài)、晶格結(jié)構(gòu)有關。思考題晶體的各種結(jié)合類型有何特點？晶