聊城大学《固体物理》第一章11第一节

聊城大学《固体物理》第一章11第一节引言固体物理概述晶体结构与性质晶体结合与弹性常数晶格振动与热容本节小结与思考题引言01

本节主题简介本节主要介绍固体物理的基本概念和历史背景，以及其在物理学中的地位和作用。重点介绍固体物理的研究对象、研究方法以及与其他物理分支的联系。简要概述固体物理的发展历程和未来发展趋势。了解固体物理的基本概念和研究内容。掌握固体物理的研究方法和实验技术。理解固体物理与其他物理分支的联系和区别。了解固体物理的发展历程和未来发展趋势。01020304学习目标固体物理概述02固体物理学是研究固体物质的基本性质、微观结构和运动状态的学科。定义具有多学科交叉性，涉及物理、化学、材料科学等多个领域；与实际应用紧密相关，对现代科技发展有重要推动作用。特点定义与特点涵盖固体的结构、电子行为、光学性质、热学性质等方面。对材料科学、电子工程、能源技术等领域有关键指导意义；为新材料、新能源等领域的研发提供理论基础。研究领域与重要性重要性研究领域从19世纪末开始，固体物理学经历了从经典理论到量子力学的跨越；20世纪中叶以来，随着实验技术的进步，研究领域不断拓展。发展历程目前，固体物理学正朝着低维材料、拓扑物态、强关联体系等方向发展；新型实验手段如量子调控、超快光谱等为研究带来新的突破。前沿动态发展历程与前沿动态晶体结构与性质03晶体结构分类由金属原子或离子通过共价键结合形成的晶体，具有良好的导电和导热性能。由正离子和负离子通过离子键结合形成的晶体，具有较高的熔点和硬度。由多个原子通过共价键结合形成的晶体，具有较高的熔点和硬度。由分子通过范德华力结合形成的晶体，具有较低的熔点和硬度。金属晶体离子晶体共价晶体分子晶体空间格子晶胞对称性原子间距和键长晶体结构特点01020304晶体结构具有规则的空间格子，不同晶体的空间格子不同。晶体结构的基本单元，由原子或分子的排列组成。晶体结构具有高度的对称性，包括平移、旋转和镜面对称等。原子间距和键长是影响晶体结构和物理性质的重要因素。电学性质光学性质力学性质磁学性质晶体结构对物理性质的影响晶体的导电和导热性能与晶体结构密切相关，不同晶体结构的电学性质不同。晶体的硬度、脆性和韧性等力学性质与晶体结构密切相关。晶体的光学性质与晶体结构密切相关，不同晶体结构的光学性质不同。晶体的磁学性质与晶体结构密切相关，不同晶体结构的磁学性质不同。晶体结合与弹性常数04通过正负离子的吸引而形成的晶体结合。离子结合原子之间通过共享电子而形成的晶体结合。共价结合金属原子之间通过自由电子而形成的晶体结合。金属结合分子之间通过范德瓦尔斯力而形成的晶体结合。分子结合晶体结合分类晶体结合具有较高的稳定性，能够保持晶体的完整性和稳定性。稳定性高方向性决定晶体性质晶体结合具有明显的方向性，不同方向上的结合力存在差异。晶体的物理性质，如熔点、硬度、光学性质等，与晶体结合密切相关。030201晶体结合特点应用领域弹性常数是材料科学、物理学、工程学等领域中研究晶体材料的重要参数，对于材料的力学性能、声学性能、热学性能等方面的研究具有重要意义。弹性常数定义弹性常数是描述晶体弹性性质的重要参数，表示晶体在受到外力作用时内部原子或分子的相互作用强度。弹性常数分类弹性常数包括剪切模量、杨氏模量、泊松比等，分别描述晶体在不同方向上的弹性性质。物理意义弹性常数的大小和变化可以反映晶体内部原子或分子的相互作用以及晶体的物理性质变化。弹性常数及其物理意义晶格振动与热容05将晶格视为一系列简谐振动的弹簧模型，原子在平衡位置附近做周期性振动。简谐振动模型将晶格中的原子视为分子，原子间的相互作用力可视为分子间的相互作用力，从而将晶格振动问题转化为分子振动问题。分子振动模型利用量子力学的基本原理，将晶格振动描述为量子力学中的粒子在势能阱中的运动，适用于低温、低频的晶格振动。量子力学模型晶格振动模型晶格振动对热容的影响晶格振动对热容有显著影响，随着温度的升高，晶格振动幅度增大，原子间的相互作用增强，导致热容增加。热容与温度的关系热容随温度的升高而增加，但在高温下，由于量子效应的影响，热容的增长速度会减缓。热容的定义热容是物质在一定温度下吸收或释放热量时所对应的温度变化量，是衡量物质热量特性的物理量。晶格振动对热容的影响实验测量方法通过测量物质的热量与温度的关系曲线，可以获得物质的热容值。常用的实验测量方法有量热法、热导法等。计算方法根据物质的分子结构和晶格结构，利用量子力学和统计物理的基本原理，可以计算物质的热容值。常用的计算方法有量子力学直接计算法和统计热力学计算法等。热容的实验测量与计算方法本节小结与思考题06晶体结构的分类金属晶体、离子晶体、共价晶体、分子晶体等。晶体结合的类型离子结合、共价结合、金属结合、分子间结合等。本节重点回顾简谐振动、非简谐振动、量子化振动等。晶格振动的描述热容、热膨胀、热传导等。晶体的热学性质本节重点回顾本节重点回顾光的吸收与散射与晶体的电子结构、晶格结构有关。光的折射与反射与晶体的表面形态、晶格结构有关。思考题晶体的各种结合类型有何特点？晶