4. Применение равновесных квантовых статистических распределений в физике твердого тела и газовых сред.
(72 задания)
4.1. Общие представления и элементы теории.
1.НТ1(3). Выражение имеет смысл ...
*A) энергии фотонного газа в единице объёма;
B) количества фотонов в единице объёма;
C) энергии фотонов, излучаемых в единицу времени с единичной площади;
D) количества фотонов, излучаемых в единицу времени с единичной площади.
2.НТ1(3). Энергия квантового гармонического осциллятора равна
A) ; *B) ;
C) ; D) .
3.НТ1(С). Для каждого типа частиц выберите все их характеристики:
A)Фотоны
B)Фононы |
A) кванты электромагнитного поля |
B) кванты колебаний атомов кристалла |
|
C) =pc; с - скорость света |
|
D) =pc; с – скорость звука |
|
E) Бозоны |
|
F) Спин S=1 |
|
G) Спин S=0 |
|
H) фермионы |
Ответ:AA, AC, AE, AF, BB, BD, BE, BG
4.НТ1(3). Для электронного газа в металле имеет смысл
A) вероятности нахождения электрона в интервале ; *B) количества электронов в зоне проводимости; C) количества состояний в зоне проводимости; D) энергии всех электронов в зоне проводимости.
5.НТ1(3). При равновесном тепловом излучении тело излучает и поглощает одно и то же количество энергии ...
A) за одно и то же время; B) за одно и то же время с одной и той же площади dS; *C) за одно и то же время с одной и той же площади в одном и том же интервале частот dv; D) за одно и то же время с одной и той же площади dS в интервале .
6.НТ1(3). Формуле планка имеет смысл ...
*A) Энергии фотонов, находящихся в единичном малом интервале частот;
В) Количества фотонов, находящихся в единичном малом интервале частот;
С) Количества фотонов, проходящих в единицу времени через единичную площадь;
D) Количестве фотонов, излучаемых в единицу времени с единичной площади.
7.НТ1(3). Для малых частот спектральная плотность энергии фотонного газа зависит от частоты по закону . . .
*A) ; B) ;
C) ; D) , .
8.НТ1(3). Для больших частот спектральная плотность энергии фотонного газа зависит от частоты по закону ...
A) ; B) ;
*C) ; D) , .
9.НТ1(3). Система фононов описывается статистикой
A) Ферми-Дирака; *B) Бозе-Эйнштейна;
C) Максвелла; D) Больцмана.
10.НТ1(0). Запишите формулу для температуры Дебая по шаблону
a
b
c .
Ответ:
11.НТ1(О). Химический потенциал фононов µ = …
Ответ: 0
12.НТ1(3) Распределение фононов по состояниям имеет вид:
А) ; *B) ;
C) ; D) .
13.НТ1(3). В модели Эйнштейна - Дебая постулируется, что N атомов кристалла должны иметь ...
*A) 3N колебательных мод с одинаковой фазовой скоростью;
B) бесконечное число колебательных мод с одинаковой скоростью;
C) 3N колебательных мод с фазовой скоростью υ(ω);
D) бесконечное число колебательных мод с фазовой скоростью υ(ω);
14.НТ1(3). Для кристалла, состоящего из N атомов равен
A) N; B) 2N; *C) 3N; D) 4N;
15.НТ1(О). Отношение количества атомов в двух кристаллах , отношение температур Дебая ... . Фазовая скорость одинакова.
Ответ:2
16.НТ1(3). Зависимость теплоёмкости твёрдого тела от температуры приведена на графикe …
Ответ: А
17.НТ1(3). При низких температурах теплоёмкость твёрдого тела зависит от температуры по закону
*A) , т.к. новые моды упругих колебаний оказываются возбуждёнными;
B) , т.к. энергия теплового движения электронного газа ; C) , т.к. энергия колебаний ; D) , т.к. средняя энергия колебаний .
18.НТ2(3). При высоких температурах теплопроводность твердого тела зависит от температуры по закону ...
A) , т.к. новые моды упругих колебаний оказываются возбуждёнными;
B) , т.к. энергия теплового движения электронного газа ;
*C) , т.к. энергия колебаний ~T, а количество возбуждённых мод не меняется;
D) , т.к. средняя энергия теплового движения электрона .
19.НТ1(3). Энергетический спектр электронов в кристаллах . . .
A) сплошной; B) состоит из дискретных уровней, разделённых большими промежутками; C) состоит из разрешённых и запрещённых зон одинаковой ширины; *D) состоит из разрешённых и запрещённых зон различной ширины.
20.НТ1(3). Зонный характер энергетического спектра электронов в кристаллах связан с . . .
A) вырождением состояний по орбитальному квантовому числу; *B) перекрытием волновых функций электронов из соседних атомов; C) рассеянием электронов на колебаниях атомов; D) вырождением состояний по магнитному квантовому числу.
21.НТ1(3). Электроны, находящиеся в верхних разрешённых электрических зонах движутся . . .
A) хаотически по всему кристаллу, но взаимодействуют только с ближайшим ядром;
*B) хаотически по всему кристаллу в периодичном поле всех ядер; C) в пределах своего атома; D) упорядоченно в периодическом поле всех ядер.
22.НТ1(С). Выберите все соответствия между веществами и структурой энергетических зон
A) металл; B) полупроводник; C) диэлектрик
A) |
Свободная зона |
B) |
Свободная зона |
|
Валентная зона, заполненная полностью при . |
Запрещённая зона |
|
|
Валентная зона, заполненная частично при |
||
С) |
Свободная зона |
D) |
Свободная зона |
|
Запрещённая зона эВ |
Запрещённая зона эВ |
|
|
Валентная зона, заполненная полностью при |
Валентная зона, заполненная полностью при |
Ответ:AA, AB, BC, CD
23.НТ1(3). Между свободной и валентной зонами находится запрещённая зона шириной =1,1 эВ. Валентная зона при заполнена на половину. Кристалл является . . .
*A) проводником; B) полупроводником;
C) изолятором; D) диэлектриком.
24.НТ1(3). Между свободной и валентной зонами находится запрещённая зона шириной = 5 эВ. Валентная зона при заполнена полностью. Кристалл является . . .
A) проводником; B) полупроводником; *C) изолятором;
D) проводником или полупроводником в зависимости от температуре.
25.НТ1(3). В одновалентных металлах валентная зона заполнена …
*А) наполовину; В) полностью;
С) на одну треть; D) на две трети.
26.НТ1(3). Теплоёмкость электронного газа в металлах …
А) не зависит от температуры, т.к. средняя энергия теплового движения электронов ;
*В) С~Т, т.к. средняя энергия теплового движения электронов в металле ;
С) , т.к. увеличивается средняя энергия теплового движения и концентрация электронов при повышении температуры;
D) не зависит от температуры, т.к. часть энергии передаётся атомам кристалла.
27.НТ1(3). Отношение теплоёмкости вырожденного электронного газа и теплоёмкости не вырожденного классического газа равно:
*А) ; B) ; C) ; D) .
28.НТ1(3). Отношение электронной и решеточной теплоёмкостей для твёрдого тела при высоких температурах составляет …
А) ; В) ; *С) ; D) .
29.НТ1(3). Каждому типу полупроводника проводника выберите энергетическую диаграмму
A) собственный; B) примесный n–типа; C) примесный p–типа
А) В)
С)
Ответ:AB, BA, CC
30.НТ1(3). В собственном полупроводнике проводимость обусловлена переходом электронов …
A) из запрещенной зоны в зону проводимости;
B) с донорного уровня в зону проводника;
*C) из валентной зоны в зону проводимости;
D) из валентной зоны на акцепторный уровенъ.
31.НТ1(3).Носителями тока в собственном полупроводнике являются …
*A) электроны в зоне проводимости и дырки в валентной зоне;
B) электроны на донорных уровнях и дырки в валентной зоне;
C) только дырки в валентной зоне;
D) электроны на акцепторном уровне.
32.НТ1(3). Для невырожденного полупроводника функция распределения электронов по энергиям в зоне проводимости имеет вид…
*А) ; В) ;
С) ; D) .
33.НТ1(3) Для электронов в зоне проводимости невырожденного полупроводника следует применить распределение …
Укажите все возможные варианты.
A) Бозе-Эйнштейна; B) Ферми-Дирака; *C) Максвелла; D) Планка
Ответ: В,C
34.НТ1(3). Распределение электронов по состояниям в зоне проводимости невырожденного полупроводника приведено на рис. ...
f A) f *B)
ε ε
f C) f D)
ε ε
35.НТ1(3). Распределение электронов по энергиям в зоне проводимости невырожденного полупроводника приведено на рис. ...
F A) F *B)
ε ε
F C) F D)
ε ε
36.НТ1(3). Химический потенциал собственного полупроводника при Т=0 находится
A) в середине зоны проводимости;
*B) в середине запрещенной зоны;
C) в валентной зоне;
D) между донорным уровнем и зоной проводимости.
37.НТ1(3). Формула представляет собой зависимость химического потенциала от температуры для ...
*A) собственного полупроводника;
B) примесного полупроводника n–типа;
C) примесного полупроводника p–типа;
D) проводника.
38.НТ1(3). Концентрация электронов в зоне проводимости собственного полупроводника возрастает с повышением Т за счёт перехода электронов
A) с донорного уровня в зону проводимости;
*B) из валентной зоны в зону проводимости;
C) из валентной зоны на акцепторный уровень;
D) с акцепторного уровня в зону проводимости.
39.НТ1(3). Концентрация электронов собственного полупроводника зависит от температуры следующим образом …
*А) ; В) ; С) ; D) .
40.НТ1(3). Концентрация дырок в валентной зоне собственного полупроводника зависит от температуры следующим образом:
*А) ; В) ; С) ; D) .
41.НТ1(О). Ширина запрещённой зоны германия эВ. Отсчет энергии от дна зоны проводимости. Химический потенциал при Т=0 равен ... эВ. Округлить до сотых.
Ответ: - 0,37
42.НТ1(3). При увеличении температуры основная причина роста электропроводности собственного полупроводника …
*А) увеличение концентрации носителей тока;
В) увеличение тепловой скорости электронов;
С) увеличение колебаний атомов кристалла;
D) увеличение числа столкновений электронов с атомами.
43.НТ1(3). Для получения полупроводника n-типа подбирают пятивалентную примесь, донорный уровень которой находится ...
А) в зоне проводимости;
*В) в запрещённой зоне вблизи дна зоны проводимости;
С) в запрещённой зоне вблизи потока валентной зоны;
D) в валентной зоне.
44.НТ1(3). Концентрация электронов в зоне проводимости примесного проводника n-типа в области низких температур увеличивается за счёт перехода электронов …
А) из валентной зоны в зону проводимости;
В) из валентной зоны на акцепторный уровень;
*С) с донорного уровня в зону проводимости;
D) из валентной зоны на донорный уровень.
45.НТ1(3). Для получения полупроводника p-типа подбирают трехвалентную примесь, акцепторный уровень которой находится …
А) в зоне проводимости;
В) в запрещённой зоне вблизи дна зоны проводимости;
*С) в запрещённой зоне вблизи потока валентной зоны;
D) в валентной зоне.
46.НТ1(3). Концентрация дырок в валентной зоне полупроводника p-типа в области низких температур увеличивается за счёт перехода электронов …
А) из валентой зоны в зону проводимости;
В) из валентной зоны на донорный уровень;
*С) из валентной зоны на акцепторный уровень;
D) с донорного уровня в зону проводимости.
47.НТ1(3). Формула для концентрации электронов в зоне проводимости полупроводника n-типа имеет вид ...
*A) ; B) ;
C) ; D) .