MaterialsStudio在固体物理教学中的应用

　　(4)计算相对误差上海重力加速度公认以方便地建立各种晶体的三维模型,直观化的

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值:g标=91794m/s展示其结构和对称性等特点.图1是面心立方

E=0110%Cu在不同视角下的晶体结构图,我们可以直

通过实验论证,改进后的方法测量重力加接得到Cu的晶体结构,同时可以看到Cu是速度,相对误差从1194%减小至0110%,重立方密排晶格(ABCABC).此外,点击菜单力加速度的测量值精确度提高了90%左右,改进效果明显.

build中的symmetry,还可以得到Cu晶格的原

胞.

MaterialsStudio

在固体物理教学中的应用杜永胜(内蒙古科技大学理学院,包头市　014010)

　　固体物理是物理学科重要的专业必修课和相关学科的专业主干课.固体物理是在量子力学基础上研究固体的结构及其组成粒子(原子、离子、电子等)之间相互作用及运动规律,学好这门课程不仅要有良好的物理思想,还要有扎实的数学基础.抽象的量子力学理论和复杂的数学推导,使学生感到固体物理枯燥无味、难以入门.形象、直观的演示固体物理

同时,MaterialsStudio还允许自由的创建晶体结构,只要已知空间群类型、晶体结构参数和元素类型,我们就可以任意的创建晶体.2　MaterialsStudio在能带结构计算中的应用

固体中电子能带结构的计算是固体物理学的主要理论问题,晶体电子能带的理论计算方

法很多,但对学生的知识结构要求很高,学生

相关概念的物理图像就成为教学中急待解决的学习起来往往感到无从下手.而只有让学生参

与实际晶体的能带结构计算,学生对该部分内问题.

当前,计算机分子模拟技术正广泛地应用容的理解才更加深刻.MaterialsStudio中的于科研生产、教学等各个相关领域,它不仅可CASTEP模块可以完成此方面的内容.以使分子原子等微观粒子的结构形象化、可视CASTEP基于总能量的平面波赝势理论,运用化,而且它可以通过结构分析、模拟、数据处原子数目和种类来预测和计算包括晶格参数、理,从微观角度揭示结构与性质的关系.本文分子对称性、结构性质、能带结构、固态密从固体物理教学实际出发,利用MaterialsStu2度、电荷密度和波函数、光学性质.由于避免dio的辅助教学功能,形象直观的展示固体物了繁杂的理论推导,一般学生可以很快上手,理中较抽象、复杂的概念和模型,将抽象的平把重点放到计算结果的分析和讨论上,激发了面教学转变为立体的形象教学,以提高学生的学生的学习兴趣.例如,硅晶体是一种重要的

半导体材料,对其电子结构人们已经做了大量学习兴趣,增强学生的创造性思维.

的理论和实验工作,这里让学生亲身参与计1　MaterialsStudio在晶体结构教学中的应用

在固体物理中,晶体的结构和对称性是学算,图2(a)、(b)是学生计算得到的硅和生不易掌握的内容,主要原因是该部分涉及三钠的能带结构图,要求学生通过查找资料进行维空间变换,单纯板书式教学对学生的理解作理论解释,比较半导体和导体在能带结构上的用不大.利用MaterialsStudio的建模功能,可差异,计算半导体硅的禁带宽度.由于是自己

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　第17卷技　术　物　理　教　学

动手得到的结果,学生的学习积极性非常高.

中的应用巨大而深远,在此方面还需开展大量

细致的工作,最终实现固体物理的形象直观化教学.

数字多用表在物理电子

教学中的应用

黄英华

3　MaterialsStudio在X射线衍射教学中的

(福建化工学校　厦门　361022)

　　物理、电子教学中,很多实验和演示实X射线衍射内容在固体物理中占有重要地验都要使用多用表,传统的指针式多用表精位,通过X射线衍射实验,人们可以对未知度低,灵敏度低,测量结果不准确,实验效晶体进行结构标定.而一般的固体物理教材只果不明显.而数字多用表能将测量结果在显介绍X射线衍射的原理,学生对其应用知之示屏或者电脑上显示出来,精度高,读数准甚少.我们利用MaterialsStudio中的Reflex模确,易读,直观性强,同时功能强大,不但块模拟晶体材料的X光、中子以及电子等多能测量交直流电压、电流、电阻、二极管、应用

种粉末衍射图谱,确定晶体的结构、解析衍射三极管(包括放大倍数)等,还可以测量有

效电容、频率、电感、温度等,有的数字多数据并用于验证计算和实验结果.

用表已接近一台示波器,可以观看波形,还可以测量有效值、峰值、平均值、周期、上升沿、下降沿时间等.可以说数字多用表是

测量仪器的里程碑,是实验测量仪器的重要发展.下面就谈谈数字多用表在物理、电子实验教学中的应用.1　提高测量精度,保证测量数据可靠

测量电压,将数字表档位置于电压档上及

适当的量程范围(测直流电压就放在DCV档,

教学中采用实验中得到的La0.7Sr0.3MnO3测交流电压就放在ACV档,量程置于适当位粉末的衍射峰为例进行讨论.首先导入衍射数置,若不知道范围,那就先从大量程开始测据,在Reflex中选择PowderIndexing选项,由量,再逐步调到合适的量程,以免损坏表),Peaks标示衍射峰,如图3所示.按Index进将红黑表笔并在负载或待测点两端,等读数稳行计算,得到晶体结构和晶格常数.这里为a定即可测得.

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测量电流,将数字表档位置于电流档上及=11.7A,b=7.78A,c=2.78A,α=β=γ=

90°,晶体结构为正交.通过具体介绍X射线适当的量程范围(直流电流DCA档,测交流衍射的实际应用,使学生对此部分内容会有全电流ACA档,量程选择方法与电压表类似

的),将红黑表笔串联在待测回路中,等读数新的认识.

通过在固体物理教学中引入计算机分子模稳定即可测得.测量完毕要及时将档位换回电

拟教学环节,使原本抽象的理论教学变得具体压档,若是测量大电流,则有一个专门的接而形象.MaterialsStudio软件在固体物理教学口,测量完毕要将表笔插回常用的接口,以免・46・