固体物理课后答案

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4π a的体心立方晶格的基矢。

证明：根据定义，密勒指数为的截距分别为

的晶面系中距离原点最近的平面ABC 交于基矢

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 ；

面心立方晶格的最近邻原子数（配位数）为12，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 。

2.1 证明两种一价离子组成的一维晶格的马德隆常数为α = 2ln 2

证明：设一个由正负两种离子相间等距排列的无限一维长链，取一负离子作参考离子，用r表示相邻离子间的距离，于是有

根据假设，马德隆常数求和中的正负号这样选取，即遇正离子取正号，遇负离子取负号。 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。 则马德隆常数为

当x =1时，有

所以α = 2ln 2

根据平衡条件，即稳定结合时

求得 则可以求得每一摩尔氢分子晶体的结合能为

计算中没有考虑零点能的量子修正，这是造成理论和实验值之间巨大差别的原因。

是1.5的图 是3.2的图

是3.3的图

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