中科大高等固体物理3尺度

«固体物理»复习大纲招生专业：凝聚态物理/材料物理与化学固体物理学的基本内容(专题除外), 主要有:晶体结构, 晶体结合, 晶格振动和晶体热学性质, 晶体的缺陷, 金属电子论和能带理论.主要参考书目: 1. 黄昆, 韩汝琦, 固体物理学, 高教出版社2. 陆栋, 蒋平, 徐至中, 固体物理学, 上海科技出版社3. 朱建国, 郑文琛等, 固体物理学, 科学出版社«新型功能材料»复习大纲招生专业：材料物理与化学/光学工程一、复习大纲1，材料、新材料的重要性；2，材料科学、材料工程、材料科学与工程的学科形成与学科内涵；3，材料科学与工程的“四要素”的内容；“四要素”间的相互关系（用图来表示）；“四要素”在材料研究中的作用；（要求能结合具体材料事例予以说明）4，如何理解材料、特别是新材料是社会现代化的物质基础与先导；5，怎样区分结构材料和功能材料？新型功能材料的内涵是什么？6，了解新型功能材料中相关科学名词的解释，并能给出适当的例子，如：信息材料；光电功能材料；能源材料；高性能陶瓷；纳米材料；晶体材料；人工晶体（材料）；压电材料；铁电材料；复合材料；梯度材料；智能材料与结构；材料设计；环境材料；低维材料；生物材料；非线形光学材料；光子晶体；半导体超晶格；等等；7，注意了解材料检测评价新技术的发展；注意了解材料的成分测定、结构测定、形貌观测的方法；材料无损检测评价新技术的发展概况；8，能结合具体的材料对象，给出材料的成分分析、原子价态分析、结构（含微结构）分析、形貌分析等所采用的主要技术，以及利用这些技术所得出的主要结果；9，对若干常用的分析技术，包括：X射线衍射分析（XRD），原子力显微镜分析（AFM），扫描电子显微镜分析（SEM），透射电子显微镜分析（TEM），俄歇电子能谱分析，X射线光电子能谱分析（XPS），核磁共振谱分析，等，能结合具体事例，阐述它们在材料物化结构分析中的作用和能解决的具体问题；10，材料科学技术是一门多学科交叉的前沿综合性学科；材料科学技术的学科内涵极为丰富；当代材料科学技术正在飞速发展，其主要发展趋势可以归纳为8个方面。

第二章 固体的结合晶体结合的类型 晶体结合的物理本质固体结合的基本形式与固体材料的结构、物理和化学性质有密切联系 § 2.1 离子性结合元素周期表中第I 族碱金属元素（Li 、Na 、K 、Rb 、Cs ）与第VII 族的卤素元素（F 、Cl 、Br 、I ）化合物（如 NaCl ， CsCl ，晶体结构如图XCH001_009_01和XCH001_010所示）所组成的晶体是典型的离子晶体，半导体材料如CdS 、ZnS 等亦可以看成是离子晶体。

1. 离子晶体结合的特点以CsCl 为例，在凝聚成固体时，Cs 原子失去价电子，Cl 获得了电子，形成离子键。

以离子为结合单元，正负离子的电子分布高度局域在离子实的附近，形成稳定的球对称性的电子壳层结构；,,,Na K Rb Cs Ne Ar Kr Xe FClBrI++++−−−−⇒⇒⇒⇒离子晶体的模型：可以把正、负离子作为一个刚球来处理；离子晶体的结合力：正、负离子之间靠库仑吸引力作用而相互靠近，当靠近到一定程度时，由于泡利不相容原理，两个离子的闭合壳层的电子云的交迭会产生强大的排斥力。

当排斥力和吸引力相互平衡时，形成稳定的离子晶体； 一种离子的最近邻离子为异性离子；离子晶体的配位数最多只能是8（例如CsCl 晶体）；由于离子晶体结合的稳定性导致了它的导电性能差、熔点高、硬度高和膨胀系数小；大多数离子晶体对可见光是透明的，在远红外区有一特征吸收峰。

氯化钠型(NaCl 、KCl 、AgBr 、PbS 、MgO)(配位数6) 氯化铯型(CsCl 、 TlBr 、 TlI)（配位数8）离子结合成分较大的半导体材料ZnS 等（配位数4） 2. 离子晶体结合的性质 1）系统内能的计算晶体内能为所有离子之间的相互吸引库仑能和重叠排斥能之和。

以NaCl 晶体为例，r 为相邻正负离子的距离，一个正离子的平均库仑能：∑++−++321321,,2/122322222102)(4)1('21n n n n n n r n r n r n q πε ——遍及所有正负离子，因子1/2—库仑作用为两个离子所共有，一个离子的库伦能为相互作用能的一半。

专业代码及名称培养单位代码招生类专业代码及名称培养单位代码招生类别070121★数学物理001 硕，博3 623 数学分析《数学分析教程》常庚哲中国科大出版社数学分析：极限、连续、微分、积分的概念及性质4 802 线性代数与解析几何《线性代数》李炯生中国科大出版社《空间解析几何简明教程》吴光磊高等教育出版社线性代数：行列式，矩阵，线性空间线性映射与线性变换，二次型与内积；解析几何：向量代数，平面与直线，常见曲面070201理论物理004 硕、博3 624 普通物理A 中国科大、北大或其他高校物理系普通物理教材力学、电磁学、原子物理4 811 量子力学《量子力学》第一卷曾谨言科学出版社第三版量子力学的概念和基本原理、波函数和波动方程，一维定态问题、力学量算符与表象变换，对称性及守恒定律、中心力场、粒子在电磁场中的运动、定态微扰论、量子越迁070202粒子物理与原子核物理004 硕、博3 624 普通物理A 中国科大、北大或其他高校物理系普通物理教材力学、电磁学、原子物理4 811 量子力学《量子力学》第一卷曾谨言科学出版社第三版量子力学的概念和基本原理、波函数和波动方程，一维定态问题、力学量算符与表象变换，对称性及守恒定律、中心力场、粒子在电磁场中的运动、定态微扰论、量子越迁070203原子与分子物理004 硕、博234 硕、博3 624 普通物理A 中国科大、北大或其他高校物理系普通物理教材力学、电磁学、原子物理4 835 原子物理与量子力学《近代物理学》徐克尊高等教育出版社《原子物理学》杨福家高等教育出版社第三版《原子物理学》褚圣麟高等教育出版社《量子力学导论》曾谨言高等教育出版社原子结构和光谱、分子结构和光谱、量子力学概论070204等离子体物理004 硕、博4 808 电动力学A 《电动力学》郭硕鸿高等教育出版社第二版电磁现象的普遍规律，静电场和静磁场，电磁波的传播，电磁波的辐射（包括低速和高速运动带电粒子的辐射），狭义相对论4 872 等离子体物理导论《等离子体物理导论》F. F. Chen科学出版社1980《等离子体物理原理》马腾才胡希伟陈银华中国科大出版社1988 单粒子理论、等离子体平衡、等离子体波动、等离子体不稳定性070205凝聚态物理002 博203 硕3 624 普通物理A 中国科大、北大或其他高校物理系普通物理教材力学、电磁学、原子物理4 809 固体物理《固体物理》黄昆原著韩汝琦改编高等教育出版社晶体结构、晶体缺陷、晶体结合、晶体振动及热学性质、金属电子论、能带论、电导论4 811 量子力学《量子力学》第一卷曾谨言科学出版社第三版量子力学的概念和基本原理、波函数和波动方程，一维定态问题、力学量算符与表象变换，对称性及守恒定律、中心力场、粒子在电磁场中的运动、定态微扰论、量子越迁231 硕、博234 硕、博070207光学002 硕、博3 624 普通物理A 中国科大、北大或其他高校物理系普通物理教材力学、电磁学、原子物理4 811 量子力学《量子力学》第一卷曾谨言科学出版社第三版量子力学的概念和基本原理、波函数和波动方程，一维定态问题、力学量算符与表象变换，对称性及守恒定律、中心力场、粒子在电磁场中的运动、定态微扰论、量子越迁070221★量子信息物理学234 硕、博3 624 普通物理A 中国科大、北大或其他高校物理系普通物理教材力学、电磁学、原子物理4 811 量子力学《量子力学》第一卷曾谨言科学出版社第三版量子力学的概念和基本原理、波函数和波动方程，一维定态问题、力学量算符与表象变换，对称性及守恒定律、中心力场、粒子在电磁场中的运动、定态微扰论、量子越迁070301无机化学019 硕、博157 硕、博3 626 物理化学《物理化学》付献彩高等教育出版社第五版《物理化学-概念辨析·解题方法》范崇政中国科大出版社热力学、动力学、胶体表面、电化学、统计热力学4 818 无机化学《无机化学》（上、下册）武汉大学、吉林大学等校编高等教育出版社第三版无机化学基本原理、理论及元素无机化学234 硕、博070302分析化学019 硕、博3 626 物理化学《物理化学》付献彩高等教育出版社第五版《物理化学-概念辨析·解题方法》范崇政中国科大出版社热力学、动力学、胶体表面、电化学、统计热力学4 820 分析化学《分析化学》武汉大学主编高等教育出版社《定量分析化学》李龙泉等编著中国科大出版社误差与数据处理；酸碱滴定，配位滴定，氧化-还原滴定，沉淀滴定；重量分析；常用的分离方法与复杂物质分析070303有机化学019 硕、博3 626 物理化学《物理化学》付献彩高等教育出版社第五版《物理化学-概念辨析·解题方法》范崇政中国科大出版社热力学、动力学、胶体表面、电化学、统计热力学4 819 有机化学《有机化学》伍越环编著中国科大出版社《有机化学实验》兰州大学、复旦大学编高等教育出版社伍越环编著的《有机化学》全部内容070304物理化学（含化学物理）003 硕、博231 硕、博3 626 物理化学《物理化学》付献彩高等教育出版社第五版《物理化学-概念辨析·解题方法》范崇政中国科大出版社热力学、动力学、胶体表面、电化学、统计热力学4 815 结构化学《物质结构》潘道皑等人民教育出版社量子力学基础、原子分子电子结构、分子光谱、晶体结构4 818 无机化学《无机化学》（上、下册）武汉大学、吉林大学等校编高等教育出版社第三版无机化学基本原理、理论及元素无机化学以下为第2 组考试科目，共有 2 组考试科目，可任选一组3 624 普通物理A 中国科大、北大或其他高校物理系普通物理教材力学、电磁学、原子物理4 811 量子力学《量子力学》第一卷曾谨言科学出版社第三版量子力学的概念和基本原理、波函数和波动方程，一维定态问题、力学量算符与表象变换，对称性及守恒定律、中心力场、粒子在电磁场中的运动、定态微扰论、量子越迁234 硕、博070305高分子化学与物理020 硕、博3 626 物理化学《物理化学》付献彩高等教育出版社第五版《物理化学-概念辨析·解题方法》范崇政中国科大出版社热力学、动力学、胶体表面、电化学、统计热力学4 821 高分子化学与物理《高分子化学》潘才元中国科大出版社2001版；《高聚物的结构与性能》马德柱等科学出版社2003版考试范围包括指定参考书中所涉及的内容。

《固体物理学》习题解答黄昆 原著 韩汝琦改编 （陈志远解答，仅供参考）第一章 晶体结构1.1、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 ∴52.06r 8r34a 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 374.062)r 22(r 344a r 344x 3333≈π=π⨯=π⨯= （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 74.062r224r346x 33≈π=π⨯= （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 334.063r 338r 348a r 348x 33333≈π=π⨯=π⨯=1.2、试证：六方密排堆积结构中633.1)38(a c 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。

固体物理教学⼤纲课程名称固体物理课程性质专业必修课《固体物理》教学⼤纲⼀、课程名称：固体物理⼆、课程性质：专业必修课三、课程教学⽬的：（⼀）课程⽬标：通过固体物理学课程的学习，使学⽣树⽴起晶体内原⼦、电⼦等微观粒⼦运动的物理图像及其有关模型，掌握晶体内微观粒⼦的运动规律及其与晶体宏观性能的物理联系，深刻理解晶体宏观性能的微观物理本质，为进⼀步学习和研究固体物理学各种专门问题及相关领域的内容建⽴初步的理论基础。

（⼆）教学⽬标：第⼀章晶体结构【教学⽬标】通过本章的教学，使学⽣了解晶格结构的实例、⾮晶态和准晶态的特征；理解和掌握晶体结构的周期性特征及其描述⽅法；理解和掌握晶体结构的对称性特征及其描述⽅法；理解和掌握倒格⼦的定义及其与正格⼦的关系；熟悉有关晶体结构的基本分析与计算。

借助于多媒体展⽰，使学⽣建⽴起晶体结构特征的直观图像。

第⼆章晶体的结合【教学⽬标】通过本章的教学，使学⽣了解晶体结合⼒的⼀般性质；掌握晶体的结合类型与特征；理解元素和化合物晶体结合的规律性；掌握离⼦晶体的结合能、体积弹性模量的计算；掌握范德⽡⽿斯晶体的结合能、体积弹性模量的计算。

在教学中，能够使学⽣认识到吸引与排斥的⽭盾的差别和对⽴统⼀是认识与理解固体的结合规律与性质的关键，培养学⽣的辩证思维能⼒。

第三章晶格振动与晶体的热学性质【教学⽬标】通过本章的教学，能够使学⽣理解简谐近似、格波概念、声⼦概念；理解玻恩-卡曼边界条件；了解三维格波的⼀般规律、晶格振动的⾮简谐效应；了解确定晶格振动谱的实验⽅法；掌握⼀维单原⼦、双原⼦晶格振动的格波解与⾊散关系；掌握晶格振动模式密度的计算⽅法；理解晶格热容量的量⼦理论、掌握爱因斯坦模型与德拜模型；理解格林爱森近似、掌握晶格状态⽅程。

结合例题分析和习题训练，提⾼学⽣分析问题和解决问题的能⼒。

第四章能带理论【教学⽬标】通过本章的教学，使学⽣能够了解晶体能带理论的基本假设和处理问题的基本思路；理解布洛赫定理及其推论的证明，掌握晶体能带的基本特征；熟悉克龙尼克—潘纳模型的求解与结论；熟悉布⾥渊区、费⽶⾯等基本概念；了解平⾯波⽅法、赝势⽅法；掌握近⾃由电⼦近似⽅法及其结论；掌握紧束缚近似⽅法的运⽤；掌握能态密度的计算⽅法。

材料基因组计划—第四次产业革命黄孙超hsunchao@中国科学院固体物理研究所2015.11.251国际背景长期以来欧美发达国家一直主导新材料的研发，进入21世纪以来，他们越发意识到传统科学直觉和试错法材料研发模式跟不上社会发展的脚步，成为限制社会发展进步的瓶颈。

为了维护自己的主导地位，他们纷纷提出了新材料的设计理念和新方法。

如美国的材料基因组计划、日本的玻璃、陶瓷、合金钢等领域材料数据库、知识库等，欧盟的高通量试验平台，德国的工业4.0。

2国内现状在1999年6月召开了以“发现和优化新材料的集成组合方法”为主题的香山会议，很多单位进行了相关尝试，但是由于各种问题，最后没有得到普及和开展。

当美国宣布材料基因组计划后，在国内引起了极大的响应，主要学术活动如下：2011年12月21-23日以“材料科学系统工程”为主题的香山会议；2013年3月14 日材料基因组咨询项目启动会；2013年12月15日“2013中国先进功能材料基因组技术高峰论坛”2014年4月18-20日第六届无机材料专题——材料基因组工程研究进展； 2014年科学院和工程院分别向国务院提交咨询报告；2015年9月17-20日的“材料基因组科学技术论坛”；2015年国家重点优先发展专项。

32011年12月21~23日香山科学会议学术讨论会，主题“材料科学系统工程”，旨在应对美国提出的材料基因组研究计划，对我国如何规划、开展实施自己的材料科学系统工程提出建议并进行深入的研讨。

国家自然科学基金委员会师昌绪研究员中国工程院徐匡迪教授清华大学顾秉林教授中科院物理所陈立泉研究员中科院金属所叶恒强研究员中科院化学所朱道本研究员北京有色金属研究总院屠海令研究员42013 年3 月14 日材料基因组”咨询项目启动会暨“材料基因组”•师昌绪、徐匡迪、陈难先、崔俊芝、干勇、葛昌纯、顾秉林、江东亮、黎乐民、南策文、屠海令、王崇愚、王鼎盛、王海舟、徐惠彬、薛其坤、杨裕生、叶恒强、张统一、张兴栋、周廉、朱静、祝世宁等23位中国科学院、中国工程院院士，近100 位知名专家参加了本次会议。

中科大固体物理
中科大固体物理专业是中科院固体物理研究所的研究生培养项目之一，该研究所成立于1982年3月，由国际著名物理学家、中国科学院院士葛庭燧先生创建。

经过三十多年的发展，现已成为凝聚态物理和材料科学基础研究的基地型研究所。

固体物理研究所是中科院材料物理重点实验室、安徽省纳米材料与技术重点实验室、安徽省特种金属材料工程实验室、安徽省纳米材料工程技术中心、中科院合肥物质科学研究院物质科学计算中心的依托单位，是凝聚态物理专业和材料物理与化学专业的硕士、博士学位培养基地，拥有物理学博士后流动站。

研究方向包括：纳米材料技术，新型功能材料，计算材料物理，内耗与固体缺陷，极端环境材料物理，核能工程材料，特种金属材料等。

1。

课程编号：011908 总学分：3学分固体物理（Solid-State Physics）课程性质：学科大类基础课适用专业：应用物理学专业学时分配：课程总学时：48学时。

其中：理论课学时：46学时（含演示学时）；实验学时：0学时；上机学时：0学时；习题课学时：2学时。

先行、后续课程情况：先行课：高等数学、热力学与统计物理,；后续课：量子力学,原子物理。

教材：《固体物理学》，黄昆，韩汝琦，高等教育出版社参考书目：《固体物理学》，陆栋，上海科学技术出版社《固体物理基础》，阎守胜，北京大学出版社《固体物理简明教程》，蒋平，徐至中，复旦大学出版社一、课程的目的与任务固体物理学是应用物理和物理类各专业的一门必修基础课程，是继四大力学之后的一门基础且关键的课程，它的主要内容是研究固体的结构及组成粒子（原子、离子、电子等）之间的相互作用与运动规律，阐明固体的性能和用途，尤其以固态电子论和固体的能带理论为主要内容。

通过固体物理学的整个教学过程，使学生理解晶体结构的基本描述，固体电子论和能带理论，以及实际晶体中的缺陷、杂质、表面和界面对材料性质的影响等，掌握周期性结构的固体材料的常规性质和研究方法，了解固体物理领域的一些新进展，为以后的专业课学习打好基础。

二、课程的基本要求教学内容的基本要求分三级：掌握、理解、了解。

掌握：属于较高要求。

对于要求掌握的内容（包括定理、定律、原理等的内容、物理意义及适用条件）都应比较透彻明了，并能熟练地用以分析和计算有关问题，对于能由基本定律导出的定理要求会推导。

理解：属于一般要求。

对于要求理解的内容（包括定理、定律、原理等的内容、物理意义及适用条件）都应明了，并能用以分析和计算有关问题。

对于能由基本定律导出的定理不要求会推导。

了解：属于较低要求。

对于要求了解的内容，应该知道所涉及问题的现象和有关实验，并能对它们进行定性解释，还应知道与问题直接有关的物理量和公式等的物理意义。

三、课程教学内容绪论：了解固体的分类和固体物理学的研究内容；了解固体物理学的发展历史；了解固体物理学的研究方法。

中科大物理系培养方案中科大物理系的培养方案那可是相当酷的。

一、基础课程阶段。

1. 数学基础。

首先呢，数学得学好。

像高等数学，这可是基石。

那里面的微积分啊，就像物理世界的魔法棒。

你想搞懂物理里的变化率之类的，没有微积分根本玩不转。

线性代数也不能少，矩阵啥的在处理物理中的多变量问题，比如量子力学里的态矢量表示，可太重要了。

还有数学物理方法，这门课就像是数学和物理的桥梁。

复变函数、偏微分方程的知识，在解物理中的各种场方程，像电磁场的麦克斯韦方程组的时候，那是必不可少的工具。

2. 物理基础。

普通物理肯定得学扎实啦。

力学部分，从牛顿定律到拉格朗日力学、哈密顿力学，就像一步步升级打怪。

你以为牛顿定律就够了？到了研究复杂系统的时候，拉格朗日和哈密顿的方法那是又简洁又强大。

热学也很有趣。

分子热运动、热力学定律，从微观的分子行为到宏观的热量传递、做功，这里面的学问可大了。

比如说为什么冰箱能制冷，这里面就全是热学的原理。

电磁学就更不用说了，电和磁的相互作用，从库仑定律到安培定律，再到麦克斯韦统一电磁场的伟大理论。

那电场、磁场就像看不见的魔法场，支配着电子的运动、电磁波的传播啥的。

光学也在这个阶段学。

光的反射、折射、干涉、衍射，这些现象不仅好看，背后的原理在很多高科技领域都有用，像光通信、激光加工啥的。

3. 实验技能。

普通物理实验是锻炼动手能力的好机会。

你得学会摆弄那些实验仪器，比如用游标卡尺精确测量物体的长度，用示波器看电信号的波形。

在实验里，你可能会遇到各种小状况，就像探险一样。

有时候仪器不听话，你就得像个小侦探一样去找出问题所在，是线路接错了，还是仪器本身有毛病？这个过程中，你就慢慢掌握了实验的技巧和物理量的测量方法。

二、专业课程阶段。

1. 核心物理理论。

量子力学那可是物理系的重头戏。

这里面的微观世界规则跟我们日常看到的完全不一样。

粒子可以同时处于多个状态，还有什么波粒二象性、量子纠缠。

就像进入了一个充满神秘和奇幻的微观世界，你得跟着薛定谔方程去探索粒子的状态变化，去理解那些奇奇怪怪的量子现象背后的数学逻辑。

物理学院一、院系概况物理学院由物理系、近代物理系、光学与光学工程系和天文学系组成。

著名物理学家严济慈、赵忠尧、施汝为、钱临照、马大猷、吴有训、彭恒武、钱三强、朱洪元等曾在各系担任重要职务并执教多年。

现任院长为欧阳钟灿院士。

现有教职工232人，其中教授88人，副教授60人。

教授中有中科院院士8名，博士生导师80名，国家级教学名师2名，教育部长江学者4名，国家杰出青年基金获得者14名，中科院“百人计划”19名。

学院设有“严济慈大师讲席”和“赵忠尧大师讲席”，并聘请国内外近百名学者为兼职和客座教授。

物理学院内建有中国科学院重点实验室4个（量子信息重点实验室、基础等离子体物理重点实验室、核探测技术与核电子学重点实验室、星系与宇宙学重点实验室），省级重点实验室2个（光电子技术重点实验室、物理电子学重点实验室），同时，学院还紧密依托合肥微尺度物质科学国家实验室、国家同步辐射实验室开展科学研究。

物理学院的学科领域涵盖物理学、天文学、电子科学与技术、光学工程4个一级学科，包含光学、凝聚态物理、理论物理、粒子物理与原子核物理、等离子体物理、原子分子物理、天体物理、物理电子学、微电子与固体电子学、光学工程等10个二级学科。

物理学为国家一级重点学科，天体物理为国家二级重点学科，物理电子学、光学工程为省级重点学科。

物理学院以培养从事前沿和交叉科学的基础研究、应用研究和研制开发的领军人才为目标，注重对学生的物理素质和创新精神的培养。

学院的物理学和天文学均为国家理科基础科学研究和教学人才培养基地，物理实验教学中心为国家首批国家级示范教学中心。

本科生前期主要进行系统的基础理论教学和严格的实验动手能力训练，后期学生可根据自己的志趣和能力分别在10个二级学科范围内自主选择专业。

学院的本科毕业生约80%进入国内外大学或研究院所攻读研究生学位。

多年来，物理学院所属各系已经培养了一大批不同领域的杰出人才，包括10名中国科学院和中国工程院院士，多名从事国防事业的将军，以及活跃在国际科学研究前沿的年轻学者。

Polymer Physics1.软物质：处于理想液体和理想固体这两个极端之间的中间带物质。

其间的弱连接性和密度低导致了它的“软”，并且外力作用主要不是能量效应而是熵的效应。

2.内聚能：1mol物质出去全部分子间作用力而使其内能增加的量。

3.内聚能密度：单位体积内某物质内聚能的大小，表征分子间作用力大小的物理量。

4.近程结构：是构成高聚物分子链最基本的结构，包括高聚合物的化学组成、结构单元的键接方式、结构单元的键接顺序、端基、支化与交联以及空间构型等。

5.远程结构：是指单个高分子链的大小和在空间存在的各种形状（形态、构象）例如：伸直链、无规线团、折叠链等，又称二级结构。

6.构型：由化学键所固定原子或原子团在空间的几何排列，这种排列是稳定的要改变构型必须通过化学键的断裂和重组。

7.等规度：是指高聚物中所含全同立构和间同立构在整个高聚物中所占的比例,也叫立构规整度。

8.全同指数：全同指数（IIP）是全同立构聚合物占聚合物总量的百分数。

9.自由内旋转：如果内旋转时完全不发生能量的变化，即分子中原子在空间中各种排布方式能量相同，这样的内旋转称之为自由内旋转。

10.受阻内旋转：实际的高分子链的内旋转不是自由的，因为C原子上所带的取代基在旋转过程中距离发生改变导致旋转时能量发生变化，内旋转受阻。

11.构象：是指分子中原子或是原子团由于单键内旋转而形成的在空间的排布称为构象，构象是不稳定的。

12.内旋转位垒：分子在内旋转时从最稳定的构象到最不稳定构象所需克服的能量。

13.内旋转异构体：对应位能曲线上不同深度位谷的相对稳定的构象即位能曲线上极小值点处的构象。

14.柔性：是指高分子链能够通过改变构象而无规卷曲的特性，柔性是长链高分子最主要的结构特征，是高聚物特有的结构层次。

15.刚性：与柔性相对的概念，之高分子链难以或不能改变其构象的性质。

16.持续长度：无限长的旋转链在第一个键方向上的投影平均值，是高分子链的刚性尺度。

固体物理教程答案【篇一：黄昆固体物理课后习题答案4】>思考题1.设晶体只有弗仑克尔缺陷, 填隙原子的振动频率、空位附近原子的振动频率与无缺陷时原子的振动频率有什么差异？[解答]正常格点的原子脱离晶格位置变成填隙原子, 同时原格点成为空位,这种产生一个填隙原子将伴随产生一个空位的缺陷称为弗仑克尔缺陷. 填隙原子与相邻原子的距离要比正常格点原子间的距离小，填隙原子与相邻原子的力系数要比正常格点原子间的力系数大. 因为原子的振动频率与原子间力系数的开根近似成正比, 所以填隙原子的振动频率比正常格点原子的振动频率要高. 空位附近原子与空位另一边原子的距离, 比正常格点原子间的距离大得多, 它们之间的力系数比正常格点原子间的力系数小得多, 所以空位附近原子的振动频率比正常格点原子的振动频率要低.2.热膨胀引起的晶体尺寸的相对变化量?l/l与x射线衍射测定的晶格常数相对变化量?a/a存在差异，是何原因？[解答]la.3.kcl晶体生长时，在kcl溶液中加入适量的cacl2溶液，生长的kcl晶体的质量密度比理论值小，是何原因？[解答]2?2??由于ca离子的半径(0.99a)比k离子的半径(1.33a)小得不是太多, 所以caoo离子难以进入kcl晶体的间隙位置, 而只能取代k占据k离子的位置. 但ca一价, 为了保持电中性(最小能量的约束), 占据k离子的一个ca?2???2?比k高?将引起相邻的一个k?变成空位. 也就是说, 加入的cacl2越多, k?空位就越多. 又因为ca的原子量(40.08)?与k的原子量(39.102)相近, 所以在kcl溶液中加入适量的cacl2溶液引起k空位, 将导致kcl晶体的质量密度比理论值小.4.为什么形成一个肖特基缺陷所需能量比形成一个弗仑克尔缺陷所需能量低?[解答]形成一个肖特基缺陷时，晶体内留下一个空位，晶体表面多一个原子. 因此形成形成一个肖特基缺陷所需的能量, 可以看成晶体表面一个原子与其它原子的相互作用能, 和晶体内部一个原子与其它原子的相互作用能的差值. 形成一个弗仑克尔缺陷时，晶体内留下一个空位，多一个填隙原子. 因此形成一个弗仑克尔缺陷所需的能量, 可以看成晶体内部一个填隙原子与其它原子的相互作用能, 和晶体内部一个原子与其它原子相互作用能的差值. 填隙原子与相邻原子的距离非常小, 它与其它原子的排斥能比正常原子间的排斥能大得多. 由于排斥能是正值, 包括吸引能和排斥能的相互作用能是负值, 所以填隙原子与其它原子相互作用能的绝对值, 比晶体表面一个原子与其它原子相互作用能的绝对值要小. 也就是说, 形成一个肖特基缺陷所需能量比形成一个弗仑克尔缺陷所需能量要低.5.金属淬火后为什么变硬?[解答]我们已经知道晶体的一部分相对于另一部分的滑移, 实际是位错线的滑移, 位错线的移动是逐步进行的, 使得滑移的切应力最小. 这就是金属一般较软的原因之一. 显然, 要提高金属的强度和硬度, 似乎可以通过消除位错的办法来实现. 但事实上位错是很难消除的. 相反, 要提高金属的强度和硬度, 通常采用增加位错的办法来实现. 金属淬火就是增加位错的有效办法. 将金属加热到一定高温, 原子振动的幅度比常温时的幅度大得多, 原子脱离正常格点的几率比常温时大得多, 晶体中产生大量的空位、填隙缺陷. 这些点缺陷容易形成位错. 也就是说, 在高温时, 晶体内的位错缺陷比常温时多得多. 高温的晶体在适宜的液体中急冷, 高温时新产生的位错来不及恢复和消退, 大部分被存留了下来. 数目众多的位错相互交织在一起, 某一方向的位错的滑移,会受到其它方向位错的牵制, 使位错滑移的阻力大大增加, 使得金属变硬.6.在位错滑移时, 刃位错上原子受的力和螺位错上原子受的力各有什么特点?[解答]在位错滑移时, 刃位错上原子受力的方向就是位错滑移的方向. 但螺位错滑移时, 螺位错上原子受力的方向与位错滑移的方向相垂直.7.试指出立方密积和六角密积晶体滑移面的面指数.[解答]滑移面一定是密积面, 因为密积面上的原子密度最大, 面与面的间距最大, 面与面之间原子的相互作用力最小. 对于立方密积, {111}是密积面. 对于六角密积, (001)是密积面. 因此, 立方密积和六角密积晶体滑移面的面指数分别为{111}和(001).8.离子晶体中正负离子空位数目、填隙原子数目都相等, 在外电场作用下, 它们对导电的贡献完全相同吗?[解答]??由(4.48)式可知, 在正负离子空位数目、填隙离子数目都相等情况下, ab离子晶体的热缺陷对导电的贡献只取决于它们的迁移率?. 设正离子空位附近的离子和填隙离子的?a??a?ea?vi振动频率分别为和, 正离子空位附近的离子和填隙离子跳过的势垒高度分别为v????e?和ai, 负离子空位附近的离子和填隙离子的振动频率分别为bv和bi, 负离子空位附近e?e?的离子和填隙离子跳过的势垒高度分别bv为bi, 则由(4.47)矢可得?a??vea2?a?vkbte?e?av/kbt,i?a??iea2?a?kbtea2?b?ve?eai?/kbt, ?b??vkbtea2?b?ie?e?bv/kbt, ?b??ikbte?ebi?/kbt.由空位附近的离子跳到空位上的几率, 比填隙离子跳到相邻间隙位置上的几率大得多, 可e?e?以推断出空位附近的离子跳过的势垒高度, 比填隙离子跳过的势垒高度要低, 即avai,????????eb?eb???vi. 由问题1.已知, 所以有avai, bvbi. 另外, 由于a和b的离子半e??eb??a???b?径不同, 质量不同, 所以一般a, .?a???a???b???b?ivi也就是说, 一般v. 因此, 即使离子晶体中正负离子空位数目、填隙离子数目都相等, 在外电场作用下, 它们对导电的贡献一般也不会相同.9.晶体结构对缺陷扩散有何影响?[解答]扩散是自然界中普遍存在的现象, 它的本质是离子作无规则的布郎运动. 通过扩散可实现质量的输运. 晶体中缺陷的扩散现象与气体分子的扩散相似, 不同之处是缺陷在晶体中运动要受到晶格周期性的限制, 要克服势垒的阻挡, 对于简单晶格, 缺陷每跳一步的间距等于跳跃方向上的周期.10.填隙原子机构的自扩散系数与空位机构自扩散系数, 哪一个大? 为什么？[解答]填隙原子机构的自扩散系数1d2??02ae?(u2?e2)/kbt2,空位机构自扩散系数1d1??01ae?(u1?e1)/kbt2.自扩散系数主要决定于指数因子, 由问题4.和8.已知, u1u2,e1e2, 所以填隙原子机构的自扩散系数小于空位机构的自扩散系数.11.一个填隙原子平均花费多长时间才被复合掉? 该时间与一个正常格点上的原子变成间隙原子所需等待的时间相比, 哪个长?[解答]与填隙原子相邻的一个格点是空位的几率是n1/n, 平均来说, 填隙原子要跳n/n1步才遇到一个空位并与之复合. 所以一个填隙原子平均花费n1(u1?e2)/kbtt??2?en1?02的时间才被空位复合掉.由(4.5)式可得一个正常格点上的原子变成间隙原子所需等待的时间 1n2?21(u1?u2?e2)/kbt????epn1n2?02.由以上两式得ntn21.这说明, 一个正常格点上的原子变成间隙原子所需等待的时间, 比一个填隙原子从出现到被空位复合掉所需要的时间要长得多.12.一个空位花费多长时间才被复合掉？[解答]对于借助于空位进行扩散的正常晶格上的原子, 只有它相邻的一个原子成为空位时, ?eu2/kbt??它才扩散一步, 所需等待的时间是?1. 但它相邻的一个原子成为空位的几率是n1/n, 所以它等待到这个相邻原子成为空位, 并跳到此空位上所花费的时间n1(u1?e1)/kbtt??1?en1?01.13.自扩散系数的大小与哪些因素有关?[解答]填隙原子机构的自扩散系数与空位机构自扩散系数可统一写成11d??0a2e??/kbt??0a2e?n0?/rt22.可以看出, 自扩散系数与原子的振动频率?0, 晶体结构(晶格常数a), 激活能(n0?)三因素有关.14.替位式杂质原子扩散系数比晶体缺陷自扩散系数大的原因是什么? [解答]占据正常晶格位置的替位式杂质原子, 它的原子半径和电荷量都或多或少与母体原子半径和电荷量不同. 这种不同就会引起杂质原子附近的晶格发生畸变, 使得畸变区出现空位的几率大大增加, 进而使得杂质原子跳向空位的等待时间大为减少, 加大了杂质原子的扩散速度.15.填隙杂质原子扩散系数比晶体缺陷自扩散系数大的原因是什么?[解答]正常晶格位置上的一个原子等待了时间?后变成填隙原子, 又平均花费时间n?2n1后被空位复合重新进入正常晶格位置, 其中?2是填隙原子从一个间隙位置跳到相邻间隙位置所要等待的平均时间. 填隙原子自扩散系数反比于时间nt????2n1.因为所以填隙原子自扩散系数近似反比于?. 填隙杂质原子不存在由正常晶格位置变成填隙原子的漫长等待时间?, 所以填隙杂质原子的扩散系数比母体填隙原子自扩散系数要大得多.16.你认为自扩散系数的理论值比实验值小很多的主要原因是什么？ [解答]目前固体物理教科书对自扩散的分析, 是基于点缺陷的模型, 这一模型过于简单, 与晶体缺陷的实际情况可能有较大差别. 实际晶体中, 不仅存在点缺陷, 还存在线缺陷和面缺陷, 这些线度更大的缺陷可能对扩散起到重要影响. 也许没有考虑线缺陷和面缺陷对自扩散系数的贡献是理论值比实验值小很多的主要原因.??17.ab离子晶体的导电机构有几种?[解答]??离子晶体导电是离子晶体中的热缺陷在外电场中的定向飘移引起的. ab离子晶体??????中有4种缺陷: a填隙离子, b填隙离子, a空位, b空位. 也就是说, ab离子晶体的导电机构有4种. 空位的扩散实际是空位附近离子跳到空位位置, 原来离子的位置变n?2n?1,????成了空位. ab离子晶体中, a空位附近都是负离子, b空位附近都是正离子. 由此可知, a空位的移动实际是负离子的移动, b空位的移动实际是正离子的移动. 因此, 在外电场作用下, a填隙离子和b空位的漂移方向与外电场方向一致, 而b填隙离子和?????a?空位的漂移方向与外电场方向相反.【篇二：黄昆版固体物理课后习题解答】>黄昆原著韩汝琦改编（陈志远解答，仅供参考）第一章晶体结构1.1、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。

中科大、中科院试卷清单总汇许多试卷属中科院系统通用试卷，适用于中科院很多单位高等数学（甲）（中国科学院研究生院命题试卷）2006——2007高等数学（乙）（中国科学院研究生院命题试卷）2005（第1种），2005（第2种），2007高等数学（A）（中国科学院-中国科学技术大学联合命题试卷）2003——2008（2003——2008有答案）高等数学（B）（中国科学院-中国科学技术大学联合命题试卷）1993——2005（1993——2004有答案）高等数学（甲）（中国科学院-中国科学技术大学联合命题试卷）2001高等数学（丙）（中国科学院-中国科学技术大学联合命题试卷）2000——2002 高等数学（乙）（中国科学院-中国科学技术大学联合命题试卷）2000——2002（2000——2002有答案）普通物理（甲）（中国科学院研究生院命题试卷）2006——2007普通物理（乙）（中国科学院研究生院命题试卷）2007普通物理（A）（中国科学院-中国科学技术大学联合命题试卷）2003——2008（2003——2008有答案）普通物理（甲）（中国科学院-中国科学技术大学联合命题试卷）1997——1998，2000普通物理（B）（中国科学院-中国科学技术大学联合命题试卷）2003——2008（2004——2008有答案）普通物理（乙型）（中国科学院-中国科学技术大学联合命题试卷）1997——2002（1998，2000——2002有答案）量子力学（中国科学院研究生院命题试卷）2006——2007量子力学（中国科学院-中国科学技术大学联合命题试卷）2003——2008（2003——2008有答案）量子力学（实验型）（中国科学技术大学命题试卷）1990——1998（1997有答案）量子力学（实验型）（中国科学院命题试卷）1998——1999量子力学（实验型）（中国科学院-中国科学技术大学联合命题试卷）（2000——2002有答案）量子力学（理论型）（中国科学院-中国科学技术大学联合命题试卷）1990——2002 固体物理（中国科学院研究生院命题试卷）2007固体物理（B）（中国科学院研究生院命题试卷）2006——2007（2006——2007有答案）固体物理（中国科学技术大学命题试卷）1997——1999（1997有答案）固体物理（中国科学院命题试卷）1998，1999固体物理（中国科学院-中国科学技术大学联合命题试卷）2000——2008（2000——2008答案）电动力学（中国科学院研究生院命题试卷）2007电动力学（中国科学院命题试卷）1998电动力学（中国科学技术大学命题试卷）1999电动力学（中国科学院-中国科学技术大学联合命题试卷）2000——2002——2008有答案）电动力学（B）（中国科学院-中国科学技术大学联合命题试卷）2003——2005分析化学（中国科学院研究生院命题试卷）2007分析化学（中国科学院-中国科学技术大学联合命题试卷）1997，1997答案，1998，1998答案，1999，1999答案，2000A卷（第1种），2000A卷（第1种）答案，2000A卷（第2种），2000B卷，2000B卷答案，2001B卷（第1种），2001B卷（第1种）答案，2001B卷（第2种），2001B卷（第2种）答案，2002A卷，2002A卷答案，2002B卷（第1种），2002B卷（第2种），2002B卷（第2种）答案，2003A卷，2003A卷答案，2003B卷，2004，2004答案，2005B卷，2005B 卷答案，2006，2006答案，2007，2007答案，2008，2008答案物理化学（甲）（中国科学院研究生院命题试卷）2006——2008物理化学（乙）（中国科学院研究生院命题试卷）2007物理化学（中国科学院-中国科学技术大学联合命题试卷）1987，1995——2008（1995——2008有答案）物理化学（B）（中国科学院-中国科学技术大学联合命题试卷）2003——2008（2003——2008有答案）物理化学（C）（中国科学院-中国科学技术大学联合命题试卷）2004物理化学（合肥智能机械研究所命题试卷）2001——2004有机化学（中国科学院研究生院命题试卷）2006——2008有机化学（中国科学院命题试卷）1986——1990，1992——1998（1986，1988，1995——1998有答案）有机化学（中国科学技术大学命题试卷）1993，1998（1998有答案）有机化学（中国科学院-中国科学技术大学联合命题试卷）1999——2008（1999——2004，2006——2008有答案）无机化学（中国科学院研究生院命题试卷）2006——2007无机化学（中国科学院-中国科学技术大学联合命题试卷）1999——2008（2001，2003——2008有答案）高分子化学（中国科学院-中国科学技术大学联合命题试卷）1989，1991，1993——1998，2003——2005高分子化学与物理（中国科学院研究生院命题试卷）2007高分子化学与物理（中国科学院-中国科学技术大学联合命题试卷）1999——2002，2004（2001——2002有答案）高分子物理（中国科学院-中国科学技术大学联合命题试卷）1994高分子物理部分（中国科学院-中国科学技术大学联合命题试卷）2003（占总分值50%）高聚物的结构与性能（中国科学院-中国科学技术大学联合命题试卷）1996——1997，2001——2002普通化学（甲）（中国科学院研究生院命题试卷）2007普通化学（乙）（中国科学院研究生院命题试卷）2007普通化学（中国科学院-中国科学技术大学联合命题试卷）2001，2004——2008（2004，2006——2008有答案）综合化学（中国科学院命题试卷）1996综合化学（中国科学技术大学命题试卷）1999——2004有答案）基础化学（中国科学院-中国科学技术大学联合命题试卷）2008（2008有答案）化工原理（中国科学院研究生院命题试卷）2005，2007化学工程学（中国科学院-中国科学技术大学联合命题试卷）2003——2004（2004有答案）半导体物理（甲）（中国科学院研究生院命题试卷）2007半导体物理（乙）（中国科学院研究生院命题试卷）2007半导体物理（中国科学院、半导体研究所、中国科学技术大学联合命题试卷）1997——2002，2004（1997——2002有答案）半导体物理（中国科学院微电子中心命题试卷）2004半导体材料（半导体研究所命题试卷）1996，1998，2000——2001（1996，2000有答案）半导体材料物理（半导体研究所命题试卷）2002——2003半导体集成电路（中国科学院-中国科学技术大学联合命题试卷）2001——2002，2004（2002有答案）半导体模拟集成电路（中国科学技术大学、半导体研究所联合命题试卷）1995——1996，1998（1996，1998，1999有答案）模拟集成电路（中国科学技术大学、半导体研究所联合命题试卷）1997（1997有答案）材料力学（中国科学院研究生院命题试卷）2007——2008材料力学（中国科学院-中国科学技术大学联合命题试卷）2001，2003——2008（2001，2003——2007有答案）材料力学（等离子体物理研究所试卷）2004（2004有答案）大气科学导论（中国科学院-中国科学技术大学联合命题试卷）2005——2008（2005——2008有答案）地球化学（中国科学院研究生院命题试卷）2007地球化学（中国科学院-中国科学技术大学联合命题试卷）2000——2002，2004——2005地球物理学（中国科学院研究生院命题试卷）2007第四纪地质学（中国科学院研究生院命题试卷）2007电磁场理论（中国科学院-中国科学技术大学联合命题试卷）2003电路（中国科学院研究生院命题试卷）2007电子技术（中国科学院研究生院命题试卷）2007电子线路（中国科学院研究生院命题试卷）2007电子线路（中国科学院-中国科学技术大学联合命题试卷）1996——2008（1996——2001，2003——2008有答案）（注：2002年的试卷共12页，缺P2—P5）电子线路（电子所命题试卷）2002——2005（2002——2004有答案）电子线路（半导体研究所命题试卷）2002——2004信号与系统（中国科学院研究生院命题试卷）2006——2007信号与系统（中国科学技术大学命题试卷）1990——1999（1996——1999有答案）（另：有《信号与系统》期末考试试题11份，每份3元。

无机化学（学科代码：070301）一、培养目标本学科培养德、智、体全面发展，具有坚实系统的无机化学理论基础，掌握现代化学实验技能，了解无机化学的国际前沿领域和发展动态，能在科学研究中作出创造性的成果，并能够适应我国经济、科技、教育发展需要，面向二十一世纪的从事无机化学研究和教育的高层次人才。

二、研究方向1.无机固体化学2.纳米化学3.仿生材料化学4.络合物化学5.生物无机化学6.新超导材料的设计和制备7.非线性光学材料8.分离提纯科学9.化学键理论三、学制及学分1、硕士生学制为2-3年，研究生在申请硕士学位前，必须取得总学分不低于35分。

其中公共必修课（英语、政治）为7学分；院定基础课获得的学分不低于10分，院定基础课和专业基础课获得的总学分不低于16分。

2、博士阶段学制为3-4年，研究生在申请博士学位前，必须取得总学分不低于10分。

其中公共必修课（英语、政治）为4学分；院定基础课（累计考核）为2学分；进展课至少2学分。

3、硕博连读生学制为5-6年，研究生在申请博士学位前，必须取得总学分不低于45分（包括硕士阶段）。

其中公共必修课（英语、政治）为11学分；院定基础课获得的学分不低于12分（包括累计考核2学分），院定基础课和专业基础课获得的总学分不低于16分；总学分中至少包含一门进展课2学分。

四、课程设置1、英语、政治等公共必修课和必修环节按研究生院统一要求。

2、专业课程分为院定基础课、专业基础课及专业选修课。

基础课和专业课如下所列。

院定基础课：累计考核（2）（博士生必修）纳米化学（３）CH16205团簇和团簇化学（2）CH25203分子光谱分析进展（3）CH25204近代电分析化学（3）CH25205分离科学与进展（3）CH35201高等有机化学（4）CH35202有机合成化学（4）CH34201有机结构分析（4）CH45208量子化学（4）CH44203反应动力学（4）CH44202分子光谱学（4）CH55201功能高分子（4）CH55202高分子凝聚态物理（4）CH55204聚合物研究方法（4）CH65205污染控制材料（2）CH65201膜科学与技术（3）CH65202环境生物技术原理（3）MS15203固体物理（4）MS15207固体材料结构（4）MS15201材料物理（4）MS25201热力学与相平衡（3）MS25202材料中的速率过程（3）MS25203材料合成化学（3）专业基础课：CH15201固体化学原理（3）CH15202结晶化学导论（3）CH15203相平衡及在材料科学中的应用（3）CH15204结构配位化学（3）CH15205高等无机化学（3）CH16207无机化学进展（3）专业选修课：CH15206生物无机化学（3）CH15207近代分离方法导论（3）CH45202催化作用原理（4）CH44206绿色化学（3）PH55220X射线衍射（3）PH55219透射电子显微学（2.5）PH55222物质结构的波谱能谱分析（3）CH16202高等配位化学（2）CH16206生物无机化学导论（2）说明：1、经导师同意，研究生可任选各学位点开出的进展课。