固体物理实验方法Chapter 10 LEED 2

固体物理实验技术使用方法在固体物理的研究和实验中，实验技术的应用至关重要。

各种实验技术不仅可以帮助我们观察和测量样本的性质，还能帮助我们揭示物质的微观结构和性质。

本文将介绍一些常用的固体物理实验技术使用方法，并探讨其优缺点和适用范围。

一、X射线衍射实验技术X射线衍射是一种重要的固体物理实验技术，可用于分析晶体的结构和性质。

使用该技术时，首先需要一台X射线衍射仪。

我们将待测的晶体放置在衍射仪的样品台上，然后调整入射角和衍射角，以便获得清晰的衍射图案。

通过分析衍射图案，我们可以推断出晶体的晶格常数、晶体结构和晶面指数等信息。

然而，X射线衍射技术也存在一些局限。

首先，非晶态材料和粉末样品并不适合使用X射线衍射。

其次，该技术需要高度纯净的晶体样品，并且通常需要进行复杂的样品制备步骤。

因此，在实际操作时需要充分考虑样品的制备和测量条件。

二、扫描电子显微镜（SEM）技术扫描电子显微镜是一种常用的表面形貌分析技术，它可以提供高分辨率的样品表面形貌图像。

在进行SEM实验时，我们需要将待测样品放置在SEM仪器的样品台上，并用电子束扫描样品表面，通过观察电子束与样品相互作用产生的信号来获取样品的电子图像。

SEM技术具有很高的表面分辨率和显微镜图像的深度。

它可以观察微观尺度下的样品表面微结构，并提供有关样品表面元素成分的信息。

然而，SEM仪器的高分辨率也需要较高的设备维护成本，并且对样品制备要求较高。

三、核磁共振（NMR）实验技术核磁共振是一种重要的固体物理实验技术，广泛应用于材料科学和化学等领域。

使用NMR技术时，我们将待测样品置于一个强磁场中，并通过施加射频脉冲来激发样品中的原子核。

通过测量激发原子核的自旋矩阵元的信号来获得样品的核磁共振谱图。

核磁共振谱图可以提供样品的化学位移、偶合常数、弛豫时间等信息。

NMR技术具有极高的分辨率和灵敏度。

它可以测量不同核自旋的能级差，并用于分析样品中不同核自旋的种类、数量和化学环境。

电子衍射现象的发现发现的背景20世纪20年代中期是物理学发展的关键时期。

波动力学已经由薛定谔在德布罗意的物质波假说的基础上建立了起来，和海森伯从不同途径创立的矩阵力学，共同形成微观体系的基本理论。

这一巨大变革的实验基础自然成了人们关切的课题，这就激励了许多物理学家致力于证实粒子的波动性。

人物介绍图10.1 戴维森图10.2 G.P.汤姆生戴维森Clinton Joseph Davisson G.P.汤姆生Sir George Paget Thomson1881-1958 1892-1975美国贝尔电话实验室实验物理学家英国阿伯登大学实验物理学家电子衍射的发现者电子衍射的发现者1937年诺贝尔物理学奖 1937年诺贝尔物理学奖-因用晶体对电子衍射所作出的实验发-因用晶体对电子衍射所作出的实验发现戴维森1881年10月22日出生在美国伊利诺斯州的布鲁明顿（Bloomington），早年在布鲁明顿公立学校读书。

l902年中学毕业后，由于他的数学和物理成绩优异而获得芝加哥大学的奖学金，于当年9月进入芝加哥大学，在那里受教于密立根，曾一度当过密立根的助手，后来戴维森到普林斯顿（Princeton）大学工作，从事电子物理学的研究实习。

1917年转入西部电气公司的工程部（后来叫贝尔电话实验室）从事研究工作，成绩卓著。

1921年，他和助手康斯曼（C.H.Kunsman）在用电子束轰击镍靶的实验中偶然发现，镍靶上发射的“二次电子”竟有少数具有与轰击镍靶的一次电子相同的能量，显然是在金属反射时发生了弹性碰撞，他们特别注意到“二次电子”的角度分布有两个极大值，不是平滑的曲线。

戴维森抓住这一现象，持续研究了五六年。

1927年找到了量子力学作为自己实验的指南，从而解释并完善了反常的电子散射曲线，证实这正是理论家梦寐以求的电子衍射现象。

他的富有戏剧性的经历可以给后人提供非常有益的启示。

1958年2月1日戴维森逝世于美国夏洛茨维尔，享年77岁。

物理实验技术中的固体物理实验的测量与控制方法导言：固体物理实验在科学研究和工程应用中起着重要的作用。

为了获得准确可靠的实验数据，科学家们经过不懈努力，开发出了一系列先进的测量与控制方法。

本文将探讨物理实验技术中的固体物理实验的测量与控制方法。

一、温度测量与控制方法温度是固体物理实验中一个关键的参数。

为了准确测量和控制温度，科学家们提出了各种方法。

其中，常用的方法是使用热电偶和红外测温仪。

热电偶通过测量材料温度与电压的关系来确定温度，具有灵敏度高、可靠性好的特点。

而红外测温仪则是利用物体发射的红外辐射能量与温度呈正相关关系，通过测量红外辐射能量来估计温度。

此外，科学家们还设计了各种温度控制器，如PID控制器和温度反馈控制器，通过不断调节加热或制冷设备的功率来控制温度。

二、压力测量与控制方法在固体物理实验中，压力是另一个重要的参数。

为了准确测量和控制压力，科学家们发明了多种压力测量与控制方法。

其中，常用的方法是使用压力传感器和容积弹簧。

压力传感器通过测量物体施加在传感器上产生的压力来确定压力值，具有高灵敏度和广泛的应用领域。

容积弹簧则是通过测量弹簧的形变来确定压力。

此外，科学家们还设计了各种压力控制器，如PID控制器和模糊控制器，通过不断调节阀门的开启度或泵的工作频率来控制压力。

三、电流测量与控制方法电流是固体物理实验中常用的参数之一。

为了准确测量和控制电流，科学家们发展了多种电流测量与控制方法。

其中，常用的方法是使用电流表和电阻。

电流表通过测量通过电路的电流大小来确定电流值，具有高精度和宽测量范围的特点。

电阻则是通过测量电路中的电压差和电阻值之间的关系来确定电流。

此外，科学家们还设计了各种电流控制器，如PID控制器和电流反馈控制器，通过调节电源输出电压或电路中的电阻来控制电流。

四、磁场测量与控制方法磁场是固体物理实验中常见的参数之一。

为了准确测量和控制磁场，科学家们采用了多种磁场测量与控制方法。

其中，常用的方法是使用霍尔效应传感器和霍尔电流源。

高二物理课《固体》优秀优质教案一、教学内容本节课选自人教版高中物理选修33第二章《固体》，内容包括：2.1固体的基本概念，2.2固体的微观结构，2.3固体的物理性质。

重点讲解晶体、非晶体和准晶体的特点，以及固体的弹性、塑性和脆性等物理性质。

二、教学目标1. 知识与技能：了解固体的基本概念，掌握固体的微观结构和物理性质，能运用所学知识解释生活中的固体现象。

2. 过程与方法：通过观察、分析、归纳，培养学生的科学思维能力和动手操作能力。

3. 情感态度与价值观：激发学生对固体物理的兴趣，提高学生的科学素养。

三、教学难点与重点重点：固体的微观结构，固体的物理性质。

难点：晶体、非晶体和准晶体的区别，弹性、塑性和脆性的理解。

四、教具与学具准备1. 教具：晶体模型、非晶体样品、弹性球、塑料尺、玻璃棒等。

2. 学具：每组一份晶体模型、非晶体样品，每人一把塑料尺、一块弹性球。

五、教学过程1. 导入：展示晶体和非晶体样品，引导学生观察并思考它们的特点，激发学生的学习兴趣。

2. 新课导入：讲解固体的基本概念，引导学生了解固体的分类。

3. 新课讲解：（1）晶体：介绍晶体的特点，展示晶体模型，让学生观察晶体的微观结构。

（2）非晶体：介绍非晶体的特点，展示非晶体样品，让学生了解非晶体的微观结构。

（3）准晶体：简要介绍准晶体的概念。

（4）固体的物理性质：讲解弹性、塑性和脆性的定义，引导学生通过实验感受固体的物理性质。

4. 例题讲解：结合教材例题，讲解固体的相关计算。

5. 随堂练习：布置课堂练习，巩固所学知识。

六、板书设计1. 板书固体2. 板书内容：（1）固体的基本概念（2）固体的微观结构1）晶体2）非晶体3）准晶体（3）固体的物理性质1）弹性2）塑性3）脆性七、作业设计1. 作业题目：（1）解释晶体和非晶体的区别。

（2）简述固体的弹性、塑性和脆性。

（3）教材课后习题2、3、4。

2. 答案：八、课后反思及拓展延伸1. 反思：本节课学生对固体的基本概念、微观结构和物理性质有了更深入的了解，但在区分晶体和非晶体方面仍有困难，需要在今后的教学中加强指导。

物理学中的固体物理学方法物理学是一门研究自然界中各种物质和能量相互作用的学科。

在物理学的众多分支中，固体物理学是一门非常重要的领域。

固体物理学研究的是固体物质的性质和行为，涉及到电子结构、晶体结构、磁性、声学等多个方面。

本文将探讨固体物理学中的一些常用方法和技术。

一、X射线衍射X射线衍射是固体物理学中最常用的实验技术之一。

通过将X射线照射到固体样品上，观察样品中的晶体衍射图样，可以得到关于晶体结构的重要信息。

X射线衍射技术广泛应用于研究晶体的晶格结构、晶体缺陷以及晶体的相变等问题。

通过分析衍射图样，可以确定晶体的晶胞参数、晶体的点群对称性以及晶体中原子的排列方式等。

二、扫描隧道显微镜扫描隧道显微镜（Scanning Tunneling Microscope，STM）是一种能够观察到原子尺度的表面形貌和电子结构的仪器。

STM的工作原理是利用隧道效应，通过控制探针与样品之间的距离，测量电子的隧道电流来获得样品表面的拓扑结构和电子分布。

STM的分辨率可以达到亚埃的尺度，因此在研究固体材料的表面形貌、表面缺陷以及表面电子结构等方面具有重要的应用价值。

三、拉曼光谱拉曼光谱是一种通过测量物质散射光的频率变化来研究物质的结构和振动特性的技术。

在固体物理学中，拉曼光谱常用于研究晶格振动、晶格畸变以及材料的电子结构等问题。

通过测量样品散射光的频率偏移，可以得到关于样品中原子振动的信息。

拉曼光谱技术在研究固体材料的结构和性质方面具有广泛的应用。

四、核磁共振核磁共振（Nuclear Magnetic Resonance，NMR）是一种通过测量物质中核自旋的共振现象来研究物质的结构和性质的技术。

在固体物理学中，NMR常用于研究材料的晶体结构、晶体缺陷以及材料中的自旋相互作用等问题。

通过测量样品中核自旋的共振频率和强度，可以得到关于样品中原子的排列方式和相互作用的信息。

NMR技术在研究固体材料的结构和性质方面具有重要的应用价值。

《固体物理学》习题解答黄昆 原着 韩汝琦改编 （陈志远解答，仅供参考）第一章 晶体结构、解：实验表明，很多元素的原子或离子都具有或接近于球形对称结构。

因此，可以把这些原子或离子构成的晶体看作是很多刚性球紧密堆积而成。

这样，一个单原子的晶体原胞就可以看作是相同的小球按点阵排列堆积起来的。

它的空间利用率就是这个晶体原胞所包含的点的数目n 和小球体积V 所得到的小球总体积nV 与晶体原胞体积Vc 之比，即：晶体原胞的空间利用率， VcnVx = （1）对于简立方结构：（见教材P2图1-1） a=2r ， V=3r 34π，Vc=a 3，n=1∴52.06r8r34a r 34x 3333=π=π=π=（2）对于体心立方：晶胞的体对角线BG=x 334a r 4a 3=⇒= n=2, Vc=a 3∴68.083)r 334(r 342a r 342x 3333≈π=π⨯=π⨯= （3）对于面心立方：晶胞面对角线BC=r 22a ,r 4a 2=⇒= n=4，Vc=a 3（4）对于六角密排：a=2r 晶胞面积：S=6260sin a a 6S ABO ⨯⨯=⨯∆=2a 233 晶胞的体积：V=332r 224a 23a 38a 233C S ==⨯=⨯ n=1232126112+⨯+⨯=6个（5）对于金刚石结构，晶胞的体对角线BG=3r 8a r 24a 3=⇒⨯= n=8, Vc=a 3、试证：六方密排堆积结构中633.1)38(ac 2/1≈=证明：在六角密堆积结构中，第一层硬球A 、B 、O 的中心联线形成一个边长a=2r 的正三角形，第二层硬球N 位于球ABO 所围间隙的正上方并与这三个球相切，于是：NA=NB=NO=a=2R.即图中NABO 构成一个正四面体。

…、证明：面心立方的倒格子是体心立方；体心立方的倒格子是面心立方。

证明：（1）面心立方的正格子基矢（固体物理学原胞基矢）：123()2()2()2a a j k a a i k a a i j ⎧=+⎪⎪⎪=+⎨⎪⎪=+⎪⎩r r r r r rr r r由倒格子基矢的定义：1232()b a a π=⨯Ωr r r31230,,22(),0,224,,022a a a a a a a a a a Ω=⋅⨯==r r rQ ，223,,,0,()224,,022i j ka a a a a i j k a a ⨯==-++r rr r r r r r同理可得：232()2()b i j k ab i j k aππ=-+=+-r rr r r r r r 即面心立方的倒格子基矢与体心立方的正格基矢相同。

物理实验技术的固体物理实验方法引言物理实验技术在科学研究中扮演着重要的角色，而固体物理是物理学中重要的一个分支，研究固体材料的性质和行为。

因此，掌握固体物理实验方法对于深入了解和研究材料的物理特性至关重要。

本文将探讨几种常用的固体物理实验方法，包括力学性质的测量、电学性质的测量以及热学性质的测量。

力学性质的测量在固体物理实验中，测量材料的力学性质是基础且常见的实验方法。

其中，最常用的实验方法之一是拉伸实验。

拉伸实验可以通过引入外力来测量材料的拉伸强度、屈服点、断裂强度等参数。

实验中，可以使用万能试验机等设备来施加恒定的力至材料断裂，并记录下拉伸强度。

此外，还可以使用应变计来测量材料的应变变化，从而进一步分析材料的应变率和模量等性质。

电学性质的测量固体物理实验中，电学性质的测量也是常见且重要的实验方法之一。

其中，最常见的实验方法是电阻测量。

电阻测量可以通过测量两个点之间的电压差和电流来计算材料的电阻值。

在实验过程中，可以使用多用电表等仪器来完成测量任务。

另外，对于导电性能较差的材料，还可以使用四探针测量方法来减小引入的额外电阻，提高测量精度。

热学性质的测量热学性质是研究固体物理中的重要方面，对于材料的导热性能、热膨胀系数等参数的测量可以通过一系列实验方法来完成。

首先，热导率的测量可以采用热平衡法和热辐射法。

热平衡法可以通过观察材料两端的温度差和施加的热流来确定热导率。

热辐射法则通过热辐射强度与温度的关系来计算导热性能。

其次，热膨胀系数的测量可以使用热膨胀仪来完成，该仪器可以通过测量材料温度变化引起的长度变化来计算出热膨胀系数。

结论固体物理实验方法的选择需根据研究的具体目的和材料的特性而定。

力学性质的测量可以通过拉伸实验来获得材料的力学参数。

电学性质的测量可以通过电阻测量和四探针测量来得到材料的电阻值和导电性质。

热学性质的测量可以通过热导率和热膨胀系数的测量来分析材料的导热性和热膨胀特性。

这些实验方法为我们深入了解和研究固体材料的物理特性提供了重要的参考。