2025年大學(xué)《物理學(xué)》專業(yè)題庫——電聲效應(yīng)與電子傳輸研究考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題3分，共30分。請將正確選項的代表字母填入括號內(nèi)）1.下列哪一項不是電聲效應(yīng)中影響壓電響應(yīng)的重要因素？A.材料的介電常數(shù)B.材料的彈性模量C.聲波頻率D.材料的磁導(dǎo)率2.在逆壓電效應(yīng)中，施加在壓電材料上的電場使其發(fā)生形變，這種現(xiàn)象主要依賴于材料的哪個物理性質(zhì)？A.導(dǎo)電性B.壓電系數(shù)C.熱導(dǎo)率D.磁化率3.聲波在介質(zhì)中傳播時，其頻率由什么決定？A.介質(zhì)性質(zhì)B.振源特性C.介質(zhì)性質(zhì)和振源特性D.與介質(zhì)性質(zhì)和振源特性均無關(guān)4.電聲換能器中，為了提高聲波發(fā)射效率，通常希望換能器的什么量與介質(zhì)的聲阻抗接近？A.介電阻抗B.聲阻抗C.電阻D.電感5.電荷控制型電子器件（如單電子晶體管）的核心物理機制是？A.電子的漂移B.電子的擴散C.量子隧穿效應(yīng)D.庫侖阻塞效應(yīng)6.當(dāng)外加電場大于某個閾值時，量子點中的電子從谷底躍遷到導(dǎo)帶邊，這種現(xiàn)象通常稱為？A.慣性效應(yīng)B.谷底劈裂C.量子限域效應(yīng)D.閾值電場擊穿7.在強電場下，半導(dǎo)體中電子的遷移率通常會怎樣變化？(假設(shè)沒有發(fā)生量子隧穿等非線性效應(yīng))A.持續(xù)增加B.持續(xù)減小C.先增加后減小D.保持不變8.低頻噪聲測量在電子傳輸研究中主要用于？A.測量載流子濃度B.測量電導(dǎo)率C.研究載流子的散射機制D.確定器件的截止頻率9.碳納米管導(dǎo)電機制與石墨烯相比，其主要區(qū)別在于？A.載流子類型B.能帶結(jié)構(gòu)C.散射機制D.材料密度10.電聲效應(yīng)中，壓電系數(shù)張量是幾階張量？A.一階B.二階C.三階D.四階二、填空題（每空2分，共20分。請將答案填入橫線上）1.電聲效應(yīng)的本質(zhì)是聲波場與__________場的耦合相互作用。2.壓電材料在外加電場作用下產(chǎn)生形變的現(xiàn)象稱為__________效應(yīng)。3.描述聲波在介質(zhì)中傳播速度的物理量是__________。4.電子在電場作用下定向運動形成的電流稱為__________電流。5.當(dāng)溫度降至絕對零度附近時，某些材料的電阻率會突然降為零，這種現(xiàn)象稱為__________。6.量子點中的電子由于受到__________的約束，表現(xiàn)出明顯的量子限域效應(yīng)。7.在分析電子在半導(dǎo)體中的傳輸時，常用的簡化模型是__________模型。8.聲波在壓電材料中傳播時，會誘導(dǎo)產(chǎn)生一個與聲波__________成正比的電場。9.研究電聲效應(yīng)時，聲波在介質(zhì)中的衰減程度通常用__________來描述。10.考慮電子質(zhì)量隨速度變化的電子運動方程稱為__________方程。三、判斷題（每題2分，共10分。請將“正確”或“錯誤”填入括號內(nèi)）1.逆壓電效應(yīng)是壓電效應(yīng)的逆過程，兩者產(chǎn)生的物理量性質(zhì)相同。（）2.聲阻抗是描述聲波傳播特性的物理量，其單位與電阻率相同。（）3.電子的擴散傳輸主要發(fā)生在載流子濃度梯度較大的區(qū)域。（）4.量子隧穿效應(yīng)是粒子具有波粒二象性的直接體現(xiàn)。（）5.電聲換能器的效率只與材料和結(jié)構(gòu)有關(guān)，與聲波頻率無關(guān)。（）四、簡答題（每題5分，共20分）1.簡述壓電效應(yīng)的基本原理。2.解釋什么是電子的遷移率，并說明影響遷移率的因素。3.簡要說明量子隧穿效應(yīng)發(fā)生的條件。4.電聲效應(yīng)在傳感器領(lǐng)域有哪些主要應(yīng)用？五、計算題（每題10分，共30分）1.一維無限長量子阱，寬度為L。設(shè)電子質(zhì)量為m，有效質(zhì)量為m*，求電子在阱內(nèi)能量為E時，其德布羅意波長λ是多少？（提示：可用近似關(guān)系）2.已知某壓電材料的壓電系數(shù)d33=200pC/N，當(dāng)施加一個2000N/m的均勻拉伸應(yīng)力時，計算產(chǎn)生的表面電荷密度σ。（ε0=8.85×10-12F/m）3.一個簡單的聲波換能器由壓電陶瓷片和金屬板構(gòu)成，結(jié)構(gòu)簡化為平行板電容器模型。設(shè)陶瓷片面積為A=1cm2，厚度為d=0.5mm，介電常數(shù)為ε=1000ε0，壓電系數(shù)為d33=200pC/N。當(dāng)頻率f=1MHz的超聲波垂直入射并引起陶瓷片中心產(chǎn)生±1V的電壓時，估算此時聲波在陶瓷片中的平均功率密度。（ω=2πf）---試卷答案一、選擇題1.D2.B3.C4.B5.D6.C7.D8.C9.B10.B二、填空題1.電2.逆壓電3.聲速4.漂移5.超導(dǎo)6.空間維度7.理想（或空穴）8.疊加9.聲強級（或衰減系數(shù)）10.相對論三、判斷題1.正確2.錯誤3.正確4.正確5.錯誤四、簡答題1.壓電效應(yīng)是指某些晶體材料在受到機械應(yīng)力（如拉伸或壓縮）作用時，其內(nèi)部產(chǎn)生電極化，從而在晶體表面出現(xiàn)電荷積累的現(xiàn)象。反之，當(dāng)對這類材料施加外部電場時，也會引起材料的宏觀形變。2.電子遷移率是指單位電場強度下，載流子（電子或空穴）在材料中漂移的平均速率。影響遷移率的因素包括：電場強度、溫度、晶格散射（如聲子、雜質(zhì)）、晶格缺陷、載流子濃度等。通常溫度升高，散射增強，遷移率降低。3.量子隧穿效應(yīng)是指具有一定能量的粒子能夠穿過一個經(jīng)典力學(xué)中無法逾越的勢壘的現(xiàn)象。發(fā)生量子隧穿需要滿足的條件包括：粒子必須具有波粒二象性；存在一個潛在的勢壘（高度大于粒子動能）；勢壘寬度有限。4.電聲效應(yīng)在傳感器領(lǐng)域的主要應(yīng)用包括：聲波測距傳感器、聲納、非接觸式聲學(xué)顯微鏡、加速度計、壓力傳感器、流量計、振動傳感器等。這些傳感器利用材料對聲波的響應(yīng)（如壓電效應(yīng)）將聲學(xué)量或力學(xué)量轉(zhuǎn)換為可測量的電信號。五、計算題1.解：在量子阱中，電子能量E與其波數(shù)k近似滿足關(guān)系E≈(?2k2)/2m*。德布羅意波長λ=h/k。結(jié)合兩式，得λ≈h√(2m*/E)。其中h為普朗克常數(shù)，m*為電子有效質(zhì)量。2.解：壓電方程為Q=d33*T，其中Q為產(chǎn)生的總電荷，T為施加的應(yīng)力，d33為壓電系數(shù)。表面電荷密度σ=Q/A。因此，σ=d33*T/A=(200×10?12C/N)×(2000N/m)/(1×10??m2)=4×10??C/m2。3.解：壓電陶瓷可視為平行板電容器，其電容C=εA/d=ε?εrA/d。施加電壓U時，電場E=U/d。根據(jù)壓電方程d33=Q/(EA)，其中Q為極板電荷。平均功率密度P_avg=(U2/RE)/A，其中R為等效電阻。聲波引起的電壓變化幅值可視為瞬時電壓，忽略R的影響，P_avg≈(U2/ωC)/A。代入數(shù)據(jù)，ω=2πf=2π×1×10?rad/s，ε=1000ε?=