固体地球物理学导论(1-2)

固体物理学导论第一章晶体结构1.1 原子的周期性阵列一个晶体的所有各面的方向指数都是精确的整数。

衍射实验决定性的证明了晶体是由原子或原子团的周期性阵列组成的。

在理想情况下，晶体是由全同的原子团在空间无限重复排列而构成的，这样的原子团被称为基元。

在数学上这些基元可以抽象为几何点，而这些点的集合被称为晶格。

原胞是体积最小的晶胞，初基基元是包含原子数目最少的基元。

1.2 晶格的基本类型晶格可以通过晶格平移或其它各种对称操作与其自身重合。

典型的对称操作是围绕一个通过格点的晶轴进行转动。

，，，与这些角度相对应的转动轴分别被称为一重、二重、三重、四重和六重轴，通常用符号1、2、3、4和6分别表示这些转动轴。

晶格平移矢量具有任意性，由此给出的一般性晶格通常被称为斜方晶格。

二维晶格的分类：有五种，即一种斜方晶格和四种特殊晶格。

布拉维晶格（Bravais lattice）是对某种具体晶格类型的统称，于是有五种二维布拉维晶格。

三维晶格的分类：有14种，即三斜晶格和13种特殊晶格。

为方便起见，通常按照七种惯用晶胞将这14种晶格划分为7种晶系，即三斜（1）、单斜（2）、正交（4）、四角（2）、立方（3）、三角（1）和六角晶系（1）。

立方晶系包括简单立方(sc)，体心立方(bcc)和面心立方(fcc)三种晶格。

1.3 晶面指数系统一个晶面的取向可以由这个晶面上的任意三个不共线的点确定。

晶体中某一方向的指数是指这样一组最小整数，这组最小整数间的比率等于该方向的一个矢量在轴上的诸分量的比率。

1.4 简单晶体结构氯化钠型结构：面心立方。

基元由一个钠离子和一个氯离子组成，每个原子有六个异类原子作为最近邻。

每一个单位立方体中有4个氯化钠基元。

氯化铯型结构：简单立方，基元由一个铯离子和一个氯离子组成，每个原子有八个异类原子作为最近邻。

每个原胞有1个分子。

六角密堆积型结构(hcp)：与面心立方结构的总体积被球占据的体积比率一样，都为0.74。

地球物理导论地球物理，是以地球为对象的一门应用物理学。

这门学科自20世纪之初就已自成体系。

到了20世纪六十年代以后，发展极为迅速。

它包含许多分支学科，涉及海、陆、空三界，是天文、物理、化学、地质学之间的一门边缘科学。

作为一个天体来研究地球，地球物理学和天体物理学是分不开的；研究地球本身的结构和发展时，地球物理学又和地质学有很密切的联系。

但地球物理学所探讨的范围远不止此，它还包括研究地面形状的大地测量学，研究海洋运动的海洋物理学，研究低空的气象学和大气物理学，研究高空以至行星际空间物理学，研究地球本体的固体地球物理学（或叫做地体学），还有一些较小的分支，如火山学、冰川学、大地构造物理学等等。

地球物理学，如果狭义的理解，指的就是固体地球物理学。

这一般又可分为两大方面：研究大尺度现象和一般原理的叫做普通地球物理学，利用由此发展出来的方法来勘探有用矿床和石油的，叫做勘探地球物理学（或物理探矿学）。

应用于工程地质勘探、工程检测的发展为工程地球物理学，应用于环境探测和监测及环境保护而形成的环境地球物理学。

地球物理学形成了独立的分支学科：地震学、重力学、地电学、地磁学，还有正在发展可能形成地热学。

本专业培养具备坚实的数理基础和较系统的地球物理学基本理论、基本知识和基本技能，受到基础研究和应用基础研究的基本训练，具有较好的科学素养及初步的教学、研究能力，能在科研机构、高等学校或相关的技术和行政部门从事科研、教学、技术开发和管理工作的高级专门人才。

业务培养要求：本专业学生主要学习地球物理学方面的基本理论和基本知识，受到基础研究和应用基础研究方面的科学思维和科学实验训练，掌握地球深部构造、地震预测、地球物理工程、能源及矿产资源勘察等研究与开发的基本技能。

地球物理勘探：利用地球物理的原理，根据各种岩石之间的密度、磁性、电性、弹性、放射性等物理性质的差异，选用不同的物理方法和物探仪器，测量工程区的地球物理场的变化，以了解其水文地质和工程地质条件的勘探和测试方法。

《固体地球物理学概论》第一章：引言1、地球物理学的定义。

解：地球物理学是以地球为研究对象的一门应用物理学。

2、地球物理学组成及研究内容。

解：组成包括：理论地球物理、应用地球物理A. 理论地球物理学着眼于基础理论方面的研究，研究的主要内容有：（1）研究地球形状与重力分布的重力学；（2）研究地震及弹性波在地球内部传播规律的地震学；（3）研究地球磁现象的地磁学；（4）研究地球电性质的地电学；（5）研究地球内部热过程和热状态的地热学；（6）深部探测和地球动力学等。

B. 应用地球物理学是解决勘察石油、金属、非金属矿或其它地质问题的。

3、地球物理学的基本特点。

解：1、入地的窗口：根据地面或空中的资料和信息，了解地球深部情况；2、地球物理方法反演的多解性：正演问题、反演问题、精度问题3、地球物理方法的间接性问题4、建模与简化：就是以数学公式或数值形式表征地球某种性质或规律，它是对复杂研究客体的合理抽象和简化，从而更能反映客体的内在本质。

5、地球物理学初值和边值的约束作用：现在的地球为地球演化提供了一个作为初值（终值）的时间条件，而地面观测又为地球内部的物理过程提供了一个边界条件。

6、对地球物理学结论的可靠性估计（1）可靠性高的：牛顿万有引力定律，球谐分析理论、地球形状、地球自转周期；（2）可靠性较高：GPS、地球的速度分层结构；（3）可靠性具中的：地球的年龄、地球的分层结构（4）可靠性差的：大陆漂移和板块构造、地球内部的温度分布、地震预报；（5）可靠性最差的：地幔对流假说、地球起源假说、地磁场起源假说第二章：地球的起源1、戴文赛新星云假说的要点。

解：行星的形成要经过“原始星云→星云盘→尘层→星子→行星”这样几个步骤。

（1）原始星云的形成：原始星云是由一块星际云块塌缩并瓦解而成的。

根据维里定理，星际云质量比太阳现质量大三个数量级，它才会塌缩。

（2）星云盘的形成：原始星云盘继续塌缩，半径逐渐减小，因角动量守恒，造成自转速度增大。

电子枪发射稀疏到，任何时刻空间至多一个电子，但时间足够长后，量子力学的适用范围：量子力学的适用范围：判定常数：h =6.626×10-34J.S ---普朗克常数判定常数：h =6.626×10-34J.S ---普朗克常数hp x x ≥Δ⋅Δhp y y ≥Δ⋅Δhp z z ≥Δ⋅Δ体系的作用量= [长度] ×[动量]体系的作用量= [长度] ×[动量]= [时间] ×[能量]hE t ≥Δ⋅Δ= [角度] ×[角动量]体系的作用量与h 相比拟时，经典力学不再适用。

体系的作用量与h 相比拟时，经典力学不再适用。

¾一个原子内部不可能同时有两个或两个以上的电子具有完全相同的量子数。

泡利不相容原理¾两个自旋相同的电子不可能同时占据同一个状态。

即：同一个状态上只能容纳两个自旋相反的电子lnlm ψlnlm ψ研究的历史发展：1900年，Drude和Lorrentz—金属的经典电子气理论——麦克斯韦—玻尔兹曼统计1928年，Sommerfeld—索末菲自由电子理论—费米—狄拉克统计量子自由电子理论三十年代初期，Bloch和Brilliouin—能带理论量子自由电子理论可作为一种零级近似纳入能带理论！特鲁德模型：①价电子→自由电子（组成电子气），离子实保持原子在自由状态时的构型；③电子气遵从麦克斯韦—玻尔兹曼统计(M -B )②自由电子之间的相互作用忽略不记；二、模型的成功可定性解释金属的电导、霍尔（Hall ）效应和热传导等问题！例如：证明了金属热导率除以电导率与绝对温度的积是一个与温度无关的普适常数（Lorentz 常数）κT σ1、模型2、边界条件3、薛定谔方程的解4、K 空间和能态密度5、费米—狄拉克（Fermi-Driac ）分布6、电子热容量量子力学建立后，索末菲将薛定谔方程应用于自由电子气体模型，建立了量子自由电子理论。

固体地球物理学
固体地球物理学是研究地球深层内部的一门学科，它结合物理学和地质学，对地球内部的物理过程和结构进行研究。

研究对象主要包括地球内部的形成、演化和物质运动，以及地球深层物质的组成和特性。

固体地球物理学主要研究地球深层物质组成和特性、地球内部物质运动、地震波源机制等方面的知识，并借助数学模型、计算机模拟和实验技术等方法，分析它们的物理属性，从而探测地球的构造、结构和运动特征。

固体地球物理学在探测地壳运动变化、预测地震发生、预测地壳热流等方面都发挥着重要作用。

电子枪发射稀疏到，任何时刻空间至多一个电子，但时间足够长后，量子力学的适用范围：量子力学的适用范围：判定常数：h =6.626×10-34J.S ---普朗克常数判定常数：h =6.626×10-34J.S ---普朗克常数hp x x ≥Δ⋅Δhp y y ≥Δ⋅Δhp z z ≥Δ⋅Δ体系的作用量= [长度] ×[动量]体系的作用量= [长度] ×[动量]= [时间] ×[能量]hE t ≥Δ⋅Δ= [角度] ×[角动量]体系的作用量与h 相比拟时，经典力学不再适用。

体系的作用量与h 相比拟时，经典力学不再适用。

¾一个原子内部不可能同时有两个或两个以上的电子具有完全相同的量子数。

泡利不相容原理¾两个自旋相同的电子不可能同时占据同一个状态。

即：同一个状态上只能容纳两个自旋相反的电子lnlm ψlnlm ψ研究的历史发展：1900年，Drude和Lorrentz—金属的经典电子气理论——麦克斯韦—玻尔兹曼统计1928年，Sommerfeld—索末菲自由电子理论—费米—狄拉克统计量子自由电子理论三十年代初期，Bloch和Brilliouin—能带理论量子自由电子理论可作为一种零级近似纳入能带理论！特鲁德模型：①价电子→自由电子（组成电子气），离子实保持原子在自由状态时的构型；③电子气遵从麦克斯韦—玻尔兹曼统计(M -B )②自由电子之间的相互作用忽略不记；二、模型的成功可定性解释金属的电导、霍尔（Hall ）效应和热传导等问题！例如：证明了金属热导率除以电导率与绝对温度的积是一个与温度无关的普适常数（Lorentz 常数）κT σ1、模型2、边界条件3、薛定谔方程的解4、K 空间和能态密度5、费米—狄拉克（Fermi-Driac ）分布6、电子热容量量子力学建立后，索末菲将薛定谔方程应用于自由电子气体模型，建立了量子自由电子理论。