材料物理导论答案

西北工业大学博士入学考试材料物理、材料综合复习题

2001博士秋季入学考试试题 1（16分）共价键的数目(为配位电子数)和方向(电子云密度最大方向)取决于什么？利用杂化轨道理论解释金刚石(sp 3)结构中的共价键，并计算碳的sp 3键的键角(109.28)。 2（12分）离子晶体在平衡时的结合能为：)11(80020n R NMe U E b -==πε，M 称为马德隆常数。试解释M 的意义。(西工大固体物理P41；M 是与晶体结构有关的常数) 3（12分）试比较经典的和量子的金属自由电子理论。(方俊鑫P285；黄昆P275) 4（12分）举例说明能带理论在解释固体材料有关性质(绝缘、半导、导体)、设计新材料中的应用。(西工大P111) 5（12分）解释金属及半导体的电阻率(高温时、低温时)随温度变化的规律。(西工大P192)

6（12分）分析固体表面的成分可采用那些分析技术和方法。(电子能谱：光电子能谱、俄歇电子、离子中和谱；离子谱：低能离子散射、高能离子散射、二次离子质谱、溅射中性粒子谱、致脱附离子角分布) 7（12分）晶体致的电缺陷有那些类型？分析其形成原因及对晶体性质的影响。（西工大P149、151） 8（12分）简述物质超到态的主要特征。（西工大P206、零电阻，充合抗磁） 答：1，低能电子衍射；2，表面敏感扩展X 吸收精细结构；3，场离子显微镜；4，电子显微镜；5，投射电子显微镜，扫描电子显微镜；6，扫描隧道显微镜；7，原子力显微镜；8，摩擦力显微镜 2001博士春季入学考试试题 1（16）N 对离子组成的NaCl 晶体的总互作用势能为 ??????-=R e R B N R U n 024)(πεα 其中α是马德隆常数，B 为晶格参量，n 为玻恩指数。 （1） 证明平衡原子间距为n e B R n 2 0104απε=- （2） 证明平衡时的结合能为)11(4)(0020n R Ne R U --=πεα

材料物理导论熊兆贤着课后习题答案第四章习题参考解答

第四章 材料的磁学 1. 垂直于板面方向磁化,则为垂直于磁场方向 J = μ0M = 1Wb/m 2 退磁场Hd = - NM 大薄片材料,退磁因子Na = Nb = 0, Nc = 1 所以Hd = - M = -0μJ =m H m Wb /104/17 2-?π=7.96×105 A/m 2. 试证明拉莫进动频率W L = 00 2H m e e μ 证明:由于逆磁体中自旋磁矩相互抵消,只须考虑在磁场H 中电子轨道运动的变化,按照动量矩定理,电子轨道动量l 的变化等于作用在磁矩μl 的力矩,即: dt dl = μl ()00B H l ?=?μμ,式中B 0 = μ0H 为磁场在真空中的磁感应强度. 而 μl = - l m e 2 上式改写成: l B m e dt dl ?=02,又因为L V dt dl ?==线 所以,在磁场B 0电子的轨道角动量l 和轨道磁矩均绕磁场旋转,这种旋转运动称为拉莫运动,拉莫运动的频率为00022H m e m eB W l μ== 3. 答: 退磁因子,无量纲,与磁体的几何形状有关. 对于旋转椭圆体的三个主轴方向退磁因子之和,存在下面简单的关系: Na + Nb +Nc = 1 (a,b,c 分别是旋转椭圆体的三个半主轴,它们分别与坐标轴x,y,z 方向一致) 根据上式,很容易求得其三种极限情况下的退磁因子: 1) 球形体:因为其三个等轴, Na = Nb = Nc 3 1=∴N 2) 细长圆柱体: 其为a,b 等轴,而c>>a,b Nb Na =∴ 而0=Nc 2 11= =∴=++Nb Na Nc Nb Na 3) 薄圆板体: b=a>>c 0=∴Na 0=Nb 1 1 =∴=++Nc Nc Nb Na

材料物理性能期末复习题

期末复习题 一、填空（20） 1.一长30cm的圆杆，直径4mm，承受5000N的轴向拉力。如直径拉成3.8 mm，且体积保持不变，在此拉力下名义应力值为，名义应变值为。 2.克劳修斯—莫索蒂方程建立了宏观量介电常数与微观量极化率之间的关系。 3．固体材料的热膨胀本质是点阵结构中质点间平均距离随温度升高而增大。 4．格波间相互作用力愈强，也就是声子间碰撞几率愈大，相应的平均自由程愈小，热导率也就愈 介电常数一致，虚部表示了电介质中能量损耗的大小。 ．当磁化强度M为负值时，固体表现为抗磁性。8．电子磁矩由电子的轨道磁矩和自旋磁矩组成。 9．无机非金属材料中的载流子主要是电子和离子。 10．广义虎克定律适用于各向异性的非均匀材料。 ?（1-m）2x。11．设某一玻璃的光反射损失为m，如果连续透过x块平板玻璃，则透过部分应为 I 12．对于中心穿透裂纹的大而薄的板，其几何形状因子。 13．设电介质中带电质点的电荷量q，在电场作用下极化后，正电荷与负电荷的位移矢量为l，则此偶极矩为 ql 。 14．裂纹扩展的动力是物体内储存的弹性应变能的降低大于等于由于开裂形成两个新表面所需的表面能。 15.Griffith微裂纹理论认为，断裂并不是两部分晶体同时沿整个界面拉断，而是裂纹扩展的结果。16．考虑散热的影响，材料允许承受的最大温度差可用第二热应力因子表示。 17．当温度不太高时，固体材料中的热导形式主要是声子热导。 18．在应力分量的表示方法中，应力分量σ,τ的下标第一个字母表示方向，第二个字母表示应力作用的方向。 19．电滞回线的存在是判定晶体为铁电体的重要根据。 20．原子磁矩的来源是电子的轨道磁矩、自旋磁矩和原子核的磁矩。而物质的磁性主要由电子的自旋磁矩引起。 21. 按照格里菲斯微裂纹理论，材料的断裂强度不是取决于裂纹的数量，而是决定于裂纹的大小，即是由最危险的裂纹尺寸或临界裂纹尺寸决定材料的断裂强度。 22.复合体中热膨胀滞后现象产生的原因是由于不同相间或晶粒的不同方向上膨胀系数差别很大，产生很大的内应力，使坯体产生微裂纹。 23.晶体发生塑性变形的方式主要有滑移和孪生。 24.铁电体是具有自发极化且在外电场作用下具有电滞回线的晶体。 25.自发磁化的本质是电子间的静电交换相互作用。 二、名词解释(20) 自发极化：极化并非由外电场所引起，而是由极性晶体内部结构特点所引起，使晶体中的每个晶胞内存在固有电偶极矩，这种极化机制为自发极化。 断裂能：是一种织构敏感参数,起着断裂过程的阻力作用，不仅取决于组分、结构，在很大程度上受到微观缺陷、显微结构的影响。包括热力学表面能、塑性形变能、微裂纹形成能、相变弹性 能等。

材料物理导论-思考题3

第二章 材料的热学 1. 讨论为什么高温下非密排结构晶体是稳定相，而低温时，密排结构晶体却为 稳定相？ 1.高温下原子活动能力较强，为了满足高温下原子平衡跳动的需要，原子间距要大，所以为非密排结构；低温时，原子活动性弱，原子间距小，在最低能态的条件下，原子尽量以密排方式。 2. 如图，比较铜和铁的热传导系数随温度的变化情况，讨论为什么铜在1084℃、 铁在912℃会出现跳跃？ 2.铜在1084℃、铁在912℃会出现相变，晶体结构有变化。铜的热传导系数出现跳跃是因为在此温度下铜由固态变成了液态，发生了相变，由于吸热使得单位时间内通过单位垂直面积的热量骤减，故热传导系数骤减；而铁在912℃由α-Fe 转变成γ-Fe ，晶体结构发生改变，热传导系数骤增，出现跳跃。 3. 进一步讨论晶体结构是如何影响热膨胀系数的？举例说明。 3、物体的体积或长度随着温度的升高而增大的现象称为热膨胀（thermal expansion ）用先膨胀系数、体膨胀系数表示。 线（体）膨胀系数指温度升高1K 时，物体的长度（体积）的相对增加。由于晶体结构类型变化伴随着材料比体积发生引起线膨胀系数发生不连续变化。例如，有序—无序转变时，伴随着膨胀系数的变化，在膨胀曲线上出现拐折，其中Au —Cu50%（质量分数）的有序合金加热至300℃时，有序机构开始破坏，450℃完全变为无序结构。在这个温度区间，膨胀系数增加很快，在450℃处，膨胀曲线上出现明显的拐折，拐折点对应于有序—无序转变温度。从曲线可以看出，有序结构具有较小的膨胀系数，这是Cu Fe 温度，℃/ 热 传导 系 数 ℃/mm 0.4 0.2 题2图 热传导系数与温度关系

材料物理性能思考题

材料物理性能思考题 第一章：材料电学性能 1如何评价材料的导电能力？如何界定超导、导体、半导体和绝缘体材料？ 2 经典导电理论的主要内容是什么？它如何解释欧姆定律？它有哪些局限性？ 3 自由电子近似下的量子导电理论如何看待自由电子的能量和运动行为？ 4 根据自由电子近似下的量子导电理论解释：准连续能级、能级的简并状态、 简并度、能态密度、k空间、等幅平面波和能级密度函数。 5 自由电子近似下的等能面为什么是球面？倒易空间的倒易节点数与不含自旋 的能态数是何关系？为什么自由电子的波矢量是一个倒易矢量？ 6 自由电子在允许能级的分布遵循何种分布规律？何为费米面和费米能级？何 为有效电子？价电子与有效电子有何关系？如何根据价电子浓度确定原子的费米半径？ 7 自由电子的平均能量与温度有何种关系？温度如何影响费米能级？根据自由 电子近似下的量子导电理论，试分析温度如何影响材料的导电性。 8 自由电子近似下的量子导电理论与经典导电理论在欧姆定律的微观解释方面 有何异同点？

9 何为能带理论？它与近自由电子近似和紧束缚近似下的量子导电理论有何关 系？ 10 孤立原子相互靠近时，为什么会发生能级分裂和形成能带？禁带的形成规律 是什么？何为材料的能带结构？ 11 在布里渊区的界面附近，费米面和能级密度函数有何变化规律？哪些条件下 会发生禁带重叠或禁带消失现象？试分析禁带的产生原因。 12 在能带理论中，自由电子的能量和运动行为与自由电子近似下有何不同？ 13 自由电子的能态或能量与其运动速度和加速度有何关系？何为电子的有效质 量？其物理本质是什么？ 14 试分析、阐述导体、半导体（本征、掺杂）和绝缘体的能带结构特点。 15 能带论对欧姆定律的微观解释与自由电子近似下的量子导电理论有何异同 点？ 16 解释原胞、基矢、基元和布里渊区的含义

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《材料物理导论》题库 一、选择题 1、下列物理量属于微观量的是 【 】 A.温度 B.体积 C.速度 D.分子质量 2、将宏观量与微观量联系起来的是 【 】 A. 普朗克常数 B.密度 C.浓度 D.阿伏伽德罗常数 3、一个量子态可以容纳自旋方向相反的费米子的数量是 【 】 A. 一个 B. 两个 C. 无数个 D. 不能确定 4、下列微观粒子属于费米子的是 【 】 A.光子 B.电子 C.声子 D.H 原子 5、下列不属于准粒子的是 【 】 A.声子 B.激子 C.电子 D.磁子 6、下列哪个粒子属于玻色子 【 】 A.质子 B.光子 C.中 子 D.电子 7、下列哪种符号表示的是空位缺陷 【 】 A.??O V B.?K Ca C.? i Zn D.Au Cu 8、下列非化学计量化合物属于阳离子缺位型的是 【 】 A. y TiO -2 B.O Zn y +1 C. y CaF +2 D. O Fe y -1 9、间隙杂质的主要决定因素是 【 】 A.晶体结构类型 B. 体积效应 C. 化学键性质 D. 电价差异 10、所需活化能最小的扩散机制是 【 】 A. 空位机制 B. 推填子机制 C. 间隙机制 D. 易位机制 11、关于材料热容的影响因素，下列说法中不正确的是 【 】 A. 热容是一个与温度相关的物理量，因此需要用微分来精确定义。 B. 实验证明，高温下化合物的热容可由柯普定律描述。 C. 德拜热容模型已经能够精确描述材料热容随温度的变化。 D. 材料热容与温度的精确关系一般由实验来确定。 12、能增大多晶体的热导率的是 【 】 A. 晶粒尺寸大 B. 晶界多 C. 缺陷多 D. 杂质多 13、关于热膨胀，下列说法中不正确的是 【 】 A. 各向同性材料的体膨胀系数是线膨胀系数的三倍。 B. 各向异性材料的体膨胀系数等于三个晶轴方向热膨胀系数的加和。 C. 热膨胀的微观机理是由于温度升高，点缺陷密度增高引起晶格膨胀。 D. 由于本质相同，热膨胀与热容随温度变化的趋势相同。 14、下面列举的磁性中属于强磁性的是 【 】 A. 顺磁性 B. 亚铁磁性 C. 反铁磁性 D. 抗磁性

材料物理性能试题及其答案

西 安 科 技 大 学 2011—2012学 年 第 2 学 期 考 试 试 题（卷） 学院：材料科学与工程学院 班级： 姓名： 学号：

—2012 学 年 第 2 学 期 考 试 试 题（卷） 学院：材料科学与工程学院 班级： 姓名： 学号：

材料物理性能 A卷答案 一、填空题（每空1分，共25分）： 1、电子运动服从量子力学原理周期性势场 2、导电性能介电性能 3、电子极化原子（离子）极化取向极化 4、完全导电性（零电阻）完全抗磁性 5、电子轨道磁矩电子自旋磁矩原子核自旋磁矩 6、越大越小 7、电子导热声子导热声子导热 8、示差热分析仪（DTA）、示差扫描热分析（DSC）、热重分析（TG） 9、弹性后效降低（减小） 10、机械能频率静滞后型内耗 二、是非题（每题2分，共20分）： 1、√ 2、× 3、× 4、√ 5、× 6、√ 7、× 8、× 9、× 10、√ 三、名词解释（每题3分，共15分）： 1、费米能：按自由电子近似，电子的等能面在k空间是关于原点对称的球面。特别有意义的是E=E F的等能面，它被称为费米面，相应的能量成为费米能。 2、顺磁体：原子内部存在永久磁矩，无外磁场，材料无规则的热运动使得材料没有磁性，当外磁场作用，每个原子的磁矩比较规则取向，物质显示弱磁场，这样的磁体称顺磁体。 3、魏得曼-弗兰兹定律：在室温下许多金属的热导率与电导率之比几乎相同，而不随金属的不同而改变。 4、因瓦效应：材料在一定温度范围内所产生的膨胀系数值低于正常规律的膨胀系数值的现象。

5、弛豫模量：教材P200 四、简答题（每题6分，共30分）： 1、阐述导体、半导体和绝缘体的能带结构特点。 答：①导体中含有未满带，在外场的作用下，未满带上的电子分布发生偏移，从而改变了原来的中心堆成状态，占据不同状态的电子所形成的运动电流不能完全抵消，未抵消的部分就形成了宏观电流；②绝缘体不含未满带，满带中的电子不会受外场的作用而产生偏离平衡态的分布，而一些含有空带的绝缘体，也因为禁带间隙过大，下层满带的电子无法跃迁到空带上来形成可以导电的未满带，所以绝缘体不能导电；③本征半导体的情况和绝缘体类似，区别是其禁带能隙比较小，当受到热激发或外场作用时，满带中的电子比较容易越过能隙，进入上方空的允带，从而使材料具有一定的导电能力；④掺杂半导体则是通过掺入异质元素，从而提供额外的自由电子或者额外的空穴以供下层电子向上跨越，使得跨越禁带的能量变低，电子更加容易进入上层的空带中，从而具有导电能力。 2、简述温度对金属电阻影响的一般规律及原因。 答：无缺陷理想晶体的电阻是温度的单值函数，如果在晶体中存在少量杂质和结构缺陷，那么电阻与温度的关系曲线将要变化。 在低温下，电子-电子散射对电阻的贡献显著，其他温度电阻取决于电子-声子散射。 3、何谓材料的热膨胀？其物理本质是什么？ 答：①热膨胀：材料在加热和冷却过程中，其宏观尺寸随温度发生变化的现象。 ②物理本质：在非简谐近似下，随温度增加，原子热振动不仅振幅和频率增加，其平衡位置距平均尺寸也增加，即导致振动中心右移，原子间距增大，宏观上变现为热膨胀。 4、物质的铁磁性产生的充要条件是什么？ 答：(1) 原子中必须有未填满电子的内层，因而存在未被抵消的自旋磁矩。 (2) 相邻原子间距a与未填满的内电子层半径r之比大于3，即a/r＞3。 5、内耗法测定α-Fe中碳的扩散（迁移）激活能H的方法和原理。 答：参考教材P-211 五、论述题（每题10分，共10分）：

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材料化学导论习题库 第一篇高分子材料导论 第一章 1.叙述高分子科学在科学技术发展中的地位。 2.说出获得诺贝尔奖的高分子科学家的名字和他们的主要贡献。 3.说出十种你日常生活中遇到的高分子的名称。 4.查阅最新的全世界合成材料的年产量，并与图1-2相比较，看又增长了多少？(提示： 从当年的“塑料工业”、“橡胶工业”和“合成纤维工业”的有关文章中可查到前一年的数据) 5.调查学习高分子的学生毕业后就业的百分比是多少？ 6.下列产品中哪些属于聚合物？(1) 水；（2）羊毛；(3) 肉；(4) 棉花；(5) 橡胶轮胎；(6) 涂料 7.写出下列高分子的重复单元的结构式：(1) PE；(2) PS；(3) PVC；(4) POM；(5) 尼龙； (6) 涤纶 8．用简洁的语言说明下列术语：（1）高分子；(2) 链节；（3）聚合度；(4) 多分散性； (5) 网状结构；(6) 共聚物 9．说出具有下列重复单元的一种聚合物的名称。 A．亚乙基—CH2—CH2— B．苯酚和甲酚缩合后的单元 C．氨基酸缩和后的单元 10．H（CH2CH2）3000H的分子量是多少？ 11．平均分子量为100万的超高分子量PE的平均聚合度是多少？ 12．已知一个PS试样的组成如下表所列，计算它的数均分子量、重均分子量和d。 组分重量分数平均分子量组分重量分数平均分子量 1 0.10 20.19 30.24 4 0.18 1.2万 2.1万 3.5万 4.9万 5 6 7 8 0.11 0.08 0.06 0.04 7.5万 10.2万 12.2万 14.6万 13．按值递增的次序排列数均分子量、重均分子量、Z均分子量和粘均分子量。 14．下列哪一种聚合物是单分散的？（1）天然橡胶；(2) 玉米淀粉；(3) 棉纤维素；(4) 牛奶酪蛋白；(5) 高密度聚乙烯；(6) 聚氯乙烯；(7) β—角蛋白；(8) 尼龙-66；(9) 脱氧核糖核酸；(10) 石腊 15．高分子结构有哪些层次？各层次研究的内容是什么？ 16．什么是高分子的构型？什么是高分子的构象？请举例说明。 17．有一种等规度不高的聚丙烯，能否通过改变构象的办法提高它的等规度？为什么？18．由以下单体聚合得到的高分子是否存在有规立构体？有几种？ (1) CH2=CH－CH2－CH=CH2；(2) CH2=C(CH3)2 19．画出PE的平面锯齿形构象示意图。 20．当n=2000时，高密度聚乙烯分子链的近似长度为多少？重复单元数目相同的聚氯乙烯分子链的近似长度是多少？ 21．线形聚合物和支化聚合物中碳原子的近似键角各是多少度？

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一、单选题 1、新相与母相之间一定存在的差异是（）。 A、晶态结构 B、化学成分 C、化学成分和晶态结构 D、晶态结构或化学成分 答案：A 2、马氏体的命名是因（）科学家，Martens以其名字命名的。 A、德国 B、英国 C、俄罗斯 D、美国 答案：A 3、下列情况中，哪个不是二级相变的特点？（） A、有相变潜热 B、一阶偏导相等 C、有热容突变 D、二阶偏导不相等答案：A 4、下列性质不是金属玻璃特性的是（）。 A、高电阻 B、高韧性 C、高硬度 D、优良磁性能 答案：B 5、下列情况中，哪个不是一级相变的特点？（） A、化学位相同 B、一阶偏导不相等 C、有热容突变 D、有相变潜热 答案：C 6、下列不是马氏体转变特点的是（）。 A、切变共格 B、表面浮凸 C、扩散 D、可逆性 答案：C 7、马氏体按下列哪种方式转变时，不能与母相保持共格关系。（） A、变温生核，恒温瞬时长大 B、变温生核，变温长大 C、等温马氏体 D、以上都可以 答案：A 8、形变诱导马氏体相变是指在（）时进行塑性变形，即可诱发马氏体相变。 A、M s以上 B、M s以下 C、M f以上 D、M f以下 答案：A 9、下贝氏体的典型形貌是（）。 A、针状 B、羽状 C、盘状 D、球状 答案：A 10、在恒压条件下，自由度计算公式为（）？ A、f=c-p+2 B、f=c-p+1 C、f=c-p D、f=c-p-1 答案：B 二、判断题 1、共析转变是指由一个固相同时生成两个新相的相变过程。（） 答案：对 2、新相生成时，若扩散速率小于相变速率则不能生成平衡相。（） 答案：错

3、马氏体相变的典型特点是切变共格与表面浮凸。（） 答案：对 4、马氏体相变阻力很大，需要较大的过冷度才能进行。（） 答案：对 5、新相生成时一定伴随原子扩散。（） 答案：错 6、缺陷处能量较高，可以为相变提供驱动力，有利于新相的生成与长大。（） 答案：对 7、两相界面如果为共格相界时，新相更容易形成球状晶粒。（） 答案：错 三、名词解释 1、扩散系数： 答案：指当浓度为一个单位时,单位时间内通过单位面积的气体量。 2、形状记忆效应： 答案：一定形状的材料在一定温度下制成一定形状，改变温度后加外力使其发生塑性变形，然后再反向改变温度，当温度超过该种材料的某一临界点时，无须外应力的作用又恢复原来的形状。 3、扩散型相变： 答案：特点是相变过程中有原子扩散，切相变过程受原子扩散控制。 4、热弹性马氏体： 答案：始终保持与母相共格，可随温度上升、降低而缩小、长大的马氏体。 5、C曲线： 答案：共析转变的TTT（时间-转变量-温度）曲线，每一变化均为快-慢-快都是C形，因此又称为“C曲线” 6、玻璃化温度（Tg）： 答案：过冷液体冷却到某一温度Tg时，生成非晶态结构，Tg称为玻璃化温度。 四、填空题 1、扩散相变的典型代表是( )相变。 答案：珠光体 2、新相与母相之间一定伴随着( )改变。 答案：晶态结构 3、固态相变的阻力是新相的界面能和( )。 答案：应变能 4、当( )时，相变不能按平衡相图转变，生成亚稳相。 答案：扩散速率小于相变速率 5、当含碳量小于0.77%时，共析转变先共析相为( )。 答案：铁素体（或F） 6、热弹性马氏体始终与母相保持共格关系，可随着温度的升高而( )。

材料物理导论 试卷及参考答案-试卷及参考答案-Test4 B

河北大学课程考核试卷 —学年第学期级应用物理物理专业（类） 考核科目材料物理导论课程类别考核类型考试考核方式开卷卷别 B （注：考生务必将答案写在答题纸上，写在本试卷上的无效） 1.Choice (30 points, 3 points for each question) 1). Point defects in metal make resistance: A. increase B. decrease C. invariant 2). Generally speaking, the direction of dislocation movement is: A. similar to the direction of crystal slip; B. the vertical direction of dislocation line; C. the parallel direction of dislocation line; 3). There are usually solute atoms or impurity atoms in metal, whose existence: A. always increase lattice constant; B. always decrease lattice constant; C. may increase or decrease lattice constant 4). Which is the driving force of atom diffusion in solid metal: A. Concentration gradient; B. Chemical potential gradient; C.Diffusion activation energy 5). Work hardening is a useful strengthening method, but its drawback is: A. suitable for bi-material only; B. not suitable when material heated at high temperature; C. suitable for single crystal only B-4-1

东南大学-材料物理性能复习题(2008)

材料物理性能复习题 第一章 1、C v 、C p 和c 的定义。C pm 和C vm 的关系，实际测量得到的是何种量？Cvm 与温度（包括ΘD ）的关系。自由电子对金属热容的贡献。合金热容的计算。 2、哪些相变属于一级相变和二级相变？其热容等的变化有何特点？ 3、撒克斯法测量热容的原理。何谓DTA 和DSC ？DTA 测量对标样有何要求？如何根据DTA 曲线及热容变化曲线判断相变的发生及热效应（吸热或放热）？ 4、线膨胀系数和体膨胀系数的表达式及两者的关系。证明c b a v αααα++=（采用与教材不同的方法） 5、金属热膨胀的物理本质。热膨胀和热容与温度（包括ΘD ）的关系有何类似之处？为何金属熔点越高其膨胀系数越小？为何化合物和有序固溶体的膨胀系数比固溶体低？奥氏体转变为铁素体时体积的变化及机理。膨胀测量时对标样有何要求？ 6、比容的定义（单位重量的体积，为密度的倒数）。奥氏体、珠光体、马氏体和渗碳体的比容相对大小。 7、钢在共析转变时热膨胀曲线的特点及机理。如何根据冷却膨胀曲线计算转变产物的相对量？ 8、傅里叶定律和热导率、热量迁移率。导温系数的表达式及物理意义。 9、金属、半导体和绝缘体导热的物理机制。魏德曼－弗兰兹定律。 10、何谓抗热冲击断裂性和抗热冲击损伤性？热应力是如何产生的，与哪些因素有关？提高材料的抗热冲击断裂性可采取哪些措施？ 第二章 1、电阻、电阻率、电导率及电阻温度系数的定义及相互关系。 2、电阻的物理意义。为何温度升高、冷塑性变形和形成固溶体使金属的电阻率增加，形成有序固溶体使电阻率下降？马基申定律的表达式及各项意义。为何纯金属的电阻温度系数较其合金大？如何获得电阻温度系数很低的精密电阻合金？ 3、对层片状组织，证明教材中的关系式（2.25）和（2.26）。 4、双电桥较单电桥有何优点？用电位差计测量电阻的原理。用电阻分析法测定铝铜合金时效和固溶体的溶解度的原理。 5、何谓本征半导体？其载流子为何？证明关系式J=qnv 和ρ＝E/J （J 和E 分别为电流密度和电场强度）。 6、为何掺杂后半导体的导电性大大增强？为何有电子型和空穴型两种半导体。N 型和P 型半导体中的多子和少子。为何PN 结有单向导电性？ 7、温差电势和接触电势的物理本质，热电偶的原理。 8、何谓压电效应？电偶极矩的概念。压电性产生的机理。 9、何谓霍尔效应和霍尔系数？推导出教材中的关系式（2.83）～（2.85）。如何根据霍尔效应判断半导体中载流子是电子还是空穴？ 第三章 1、M 、P m 的关系。M 、H 的关系。μ0，μ，χ的概念。B 、H 的关系。磁化曲线

材料物理期末考题1

一、选择题： 1、材料的硬度取决于（c） A、显微结构 B、裂纹 C、化学组成和物质结构 D、杂质 2、下列不属于激光工作物质的是（a） A、CaWO3:Nd3+ B、Y3A l5O12:Nd3+ C、Y3A l5O12:Ce3+ D、La2O2S:Nd3+ 3、下列关于磁性材料的说法中，不正确的是（d） A、所有材料都有抗磁性，因为它很弱，只有当其它类型的磁性完全消失的时候才能被观察 B、抗磁体和顺磁体对于磁性材料应用来说都视为无磁性 C、材料是否真有铁磁性取决于原子是否具有由未成对电子以及原子在晶格中的排列方式 D、亚铁磁性在宏观性能上与铁磁性类似，区别在于亚铁磁性材料的饱和磁化强度比铁磁性的高。 4、下列元素中常用作稀土发光材料激活剂的是（a） A、Eu3+ B、Y3+ C、Lu3+ D、La3+ 5、下列哪种材料不能用作吸声材料（d） A、涂料 B、泡沫材料 C、陶瓷 D、金属 6、一硅酸铝玻璃的性能为α=4.6*10-6/K σf=7*10-6N/m2E=4.7*10-6N/m2μ=0.5 其第一热冲击断裂因子R1为（c） A、234.6K B、242.8K C、162K D、183K 7、光信号在玻璃光纤中传输时存在传输损耗，下列哪种情况不属于传输损耗（d） A、光纤材料的本证损耗 B、光纤材料的杂质吸收 C、光纤材料的结构缺陷 D、光纤材料的长度 8、当不同壁面反射而达到听者的声音所经过的路程大于直达声（c）米，则到达的反射将形成回声。 A、12 B、15 C、17 D、20 9、下面举例的磁性中属于强磁性的是（b） A、顺磁性 B、亚铁磁性 C、反铁磁性 D、抗磁性 10、下列属于抗磁性材料的是（d） A、Fe B、Ni C、Dy D、Zn 二、填空题 1、压电功能材料一般利用压电材料的压电功能、热释电功能、电致伸缩功能或光电功能 2、半导体材料的导电率取决于材料中的载流子浓度和电子迁移率 3、自发磁化的物理本质是电子间的静电交换相互作用，材料具有铁磁性的充分必要条件为：（1）必要条件材料原子中具有未充满的电子壳层，即原子磁矩和（2）充分条件交换积分 A>0 4、V族杂质在硅锗中电离，故放出电子产生导电导子形成正电中心，称为施主，释放电子的过程称为施主电离。依靠导带电子导电的半导体称为n型半导体 5、混响是指声源在房间内停止发声后，残余声能仍在房间内往复发射而保留一段时间 6、荧光材料由基质和激活离子组成，前者的主要作用是为后者提供一个合适的晶格场。 7、电子电导的特征是具有霍尔效应 8、应变用来表征材料受力时内部各质点之间的相对位移，对于各向同性材料，有三种基本的应变类型，分别是拉伸应变、剪切应变和压缩应变 9、裂纹有三种扩展方式：张开型、错开型和撕开型 三、判断题 1、金属材料其价电子数越高，则参与导电的电子数越多，电阻率越低。（F）

材料物理导论总结

第一章：材料的力学 形变：材料在外力作用下发生形状和尺寸的变化，称为形变 力学性能（机械性能）：材料承受外力作用，抵抗形变的能力及其破坏规律，称为材料的力学性能或机械性能 应力：材料单位面积上所受的附加内力称应力。 法向应力应该大小相等，正负号相同，同一平面上的两个剪切应力互相垂直。法向应力导致材料的伸长或缩短，剪切应力引起材料的切向畸变。应变：用来表征材料受力时内部各质点之间的相对位移。对于各向同性材料，有三种基本的应变类型。拉伸应变，剪切应变，压缩应变。 拉伸应变：材料受到垂直于截面积的大小相等，方向相反并作用在同一直线上的两个拉伸应力时材料发生的形变。 剪切应变：材料受到平行于截面积的大小相等，方向相反的两剪切应力时发生的形变。 压缩应变：材料周围受到均匀应力P时，体积从起始时的V0变化为V1的形变。 弹性模量：是材料发生单位应变时的应力，表征材料抵抗形变能力的大小，E越大，越不易变形，表征材料的刚度越大。是原子间结合强度的标志之一。 黏性形变：是指黏性物体在剪切应力作用下发生不可逆的流动形变，该形变随时间的增大而增大。剪切应力小时，黏度与应力无关，随温度的上升而下降。 牛顿流体：服从牛顿黏性定律的物体称为牛顿流体。在足够大的剪切应力下或温度足够高时，无机材料中的陶瓷晶界，玻璃和高分子材料的非晶部分均会产声黏性形变，因此高温下的氧化物流体，低分子溶液或高分子稀溶液大多属于牛顿流体，而高分子浓溶液或高分子熔体不符合牛顿黏性定律，为非牛顿流体。 塑性：材料在外应力去除后仍能保持部分应变的特性称为塑性。 晶体塑性形变两种类型：滑移和孪晶。 延展性：材料发生塑性形变而不断裂的能力称为延展性。 μ（泊松比），定义为在拉伸试验中，材料横向单位面积的减少与纵向单位长度的增加率之比。 滑移是指在剪切应力作用下晶体的一部分相对于另一部分发生平移滑动，在显微镜下可观察到晶体表面出现宏观条纹，并构成滑移带。滑移一般发生在原子密度大和晶向指数小的晶面和晶向上。材料的滑移系统往往不止一个，滑移系统越多，则发生滑移的可能性越大。

《材料物理性能》课后习题答案

《材料物理性能》 第一章材料的力学性能 1-1一圆杆的直径为2.5 mm 、长度为25cm 并受到4500N 的轴向拉力，若直径拉细至 2.4mm ，且拉伸变形后圆杆的体积不变,求在此拉力下的真应力、真应变、名义应力和名义应变，并比较讨论这些计算结果。 解： 由计算结果可知：真应力大于名义应力，真应变小于名义应变。 1-5一陶瓷含体积百分比为95%的Al 2O 3 (E = 380 GPa)和5%的玻璃相(E = 84 GPa)，试计算其上限和下限弹性模量。若该陶瓷含有5 %的气孔，再估算其上限和下限弹性模量。 解：令E 1=380GPa,E 2=84GPa,V 1=0.95,V 2=0.05。则有 当该陶瓷含有5%的气孔时，将P=0.05代入经验计算公式E=E 0(1-1.9P+0.9P 2) 可得，其上、下限弹性模量分别变为331.3 GPa 和293.1 GPa 。 1-6试分别画出应力松弛和应变蠕变与时间的关系示意图，并算出t = 0,t = ∞ 和 0816 .04.25.2ln ln ln 22 001====A A l l T ε真应变) (91710909.44500 60MPa A F =?==-σ名义应力0851 .010 0=-=?=A A l l ε名义应变) (99510524.445006MPa A F T =?== -σ真应力) (2.36505.08495.03802211GPa V E V E E H =?+?=+=上限弹性模量) (1.323)84 05.038095.0()(1 12211GPa E V E V E L =+=+=--下限弹性模量

材料物理复习题

1. 简述物理气相沉积薄膜的物理过程 一般，单个气相原子的动能（22 1 mv E k = ）大于基体中一个原子的动能（kT 23 ），若发生碰撞，入射原子能快速交出多余的能量，则易被吸附。吸附过程包括物理吸附和化学吸附，物理吸附依靠德华力，作用围约为0.4nm ；化学吸附依靠吸附原子和基体表面原子间形成的化学键，作用围小（0.1~0.3nm ），吸附能较大，解吸较前者困难。单个气相原子吸附在基体上后，由几个被吸附的单个原子相互结合形成各种大小不一的小原子团（凝结相），小原子团长大为晶核，晶核继续长大，形成不连续薄膜，进而得到连续薄膜。 2. 简述: 临界核概念; 微滴理论; 原子理论; 表面结构驰豫和重构 ①要形成薄膜，需有特殊的小原子团产生，这种小原子团不分解出单原子或双原子等，是稳定的，称为稳定核。临界核比最小稳定核少一个原子，由薄膜材料和基片种类决定。 ②将吸附在基片表面的原子团视为微小的凝聚滴（如图），由热力学理论知，形成这个微滴时总自由能的变化为：?G=a 3r 3g v +a 1r 2σ0+a 2r 2σ1-a 2r 2σ2 只有 r >r*→ ?G ↓→才稳定 v v v d G a r g a r a r a r dr a a a r a g a a a G a g σσσσσσσσσ23102122102122310212222 3 32220234 27** ?=++-=-+-∴= +-?=3 （） 微滴的临界半径（） 总自由能变化最大值

在基片单位表面上吸附的原子数（原子密度）为： 成核速率为 当原子数>100个以上的微滴，其表面能和自由能可以用块状材料的相应数值。 ③当小于100个以下，甚至几个原子的微滴时，需用原子理论。 成核速率∝临界核密度×每个核的捕获围×吸附原子向临界核的总速度 由统计理论，临界核密度: s v v v v a r a r G r r f G r f g G f r g r d G r G f dr g πθπθπθπθθθ πσπθσπθπθσσπθσ2 1222232 20 033203 002cos 2cos sin sin 23cos cos 4()4 4 ()3 1 ()3 20, 16()/3**=?==?=-+∴?= =?=∴?=+?=?=-?=假设微滴为球帽形 （1-）面积（1-） 面积（）=4形成该微滴后，体系总的自由能变化 4（） v g 2 f G θθσσθσθσσσσσ2010()00cos 0*==??==+=∴↑≥?22201 当时，完全润湿，，即形成稳定核无需克服能量位垒，由，可知，则最大。 基片表面上有台阶、微裂缝等，有助于（+）促进成核p P R R E kT v τ0 1 ( )exp(/)==1n x P P I n An v I Zn An v Z E E G v I Zn a R r v kT πθ111 000 (2sin )exp() **** ∝?=---∴=-2 比例系数，约为10微滴的表面能和体积的自由能变化用块材数值不？ ()()10100111101000exp /i 0exp /exp /基片单位面积上的吸附点数 基片单位面积上吸附的单原子密度临界核的结合能 -临界核中的原子数目 不计入吸附能的单原子位能. 令，则：（）i i i i i i i i i i n n n E iE kT n n n E E n n E n n E iE kT n E kT n n * *????=- ?????----??????==-= ? ??? ????

材料物理导论-思考题4

第三章 材料的电学 1.说明量子自由导电理论与经典导电理论的异同。 经典导电理论：金属是由原子点阵组成的，价电子是完全自由的，可以在整个金属中自由运动自由电子的运动遵守经典力学的运动规律，遵守气体分子运动论。这些电子在一般情况下可沿所有方向运动。在电场作用下自由电子将沿电场的反方向运动，从而在金属中产生电流。电子与原子的碰撞妨碍电子的继续加速，形成电阻。 量子自由导电理论：金属离子所形成的势场各处都是均匀的，价电子是共有化的，它们不束缚于某个原子上，可以在整个金属内自由地运动，电子之间没有相互作用。电子运动服从量子力学原理 。 2. 一块n 型硅半导体，其施主浓度N D ＝1015／cm 3，本征费米能级Ei 在禁带正中，费米能级E F 在Ei 之上0.29eV 处，设施主电离能?E D ＝0.05eV ，试计算在T ＝300K 时，施主能级上的电子浓度 对于硅半导，其禁带E=E C -E V =1.12ev 又由题可知：E F -Ei=0.29ev ，?E D = E C -E D = 0.05eV 所以 E D -E F =0.5E-?E D -（E F -Ei ）=0.22ev 将 N D ＝1015／cm 3，E D -E F = 0.22ev ，T=300K ，k=1.38 x 10-23带入下式 因此施主能级上的电子浓度n D =4.06 x 1011／cm 3 3.为什么金属的电阻随温度的上升而增加，半导体却降低？ 半导体是靠载流子(空穴或电子)导电的，温度升高，载流子增多，导电性增强；金属晶体里边，温度升高原子核振动加剧，碰撞电子使之减速的概率增加，电阻率上升 4.在实际工程中往往需要金属既有良好的导电性又有高的强度，假如足够高的强度既可以通过冷加工获得，也可以由固溶强化得到，从导电率的要求看，你建议采用哪种强化方法？为什么？ 采用冷加工的方法，固溶强化会使金属的电导率大大降低，主要原因是溶质原子的溶入引起溶剂点阵的畸变，量子力学可以证明，当电子波在绝对零度下通过一个完整的晶体点阵()11exp()2D D D D D F N n N f E E E kT ==-+

无机材料物理性能考试试题及答案

无机材料物理性能考试试题及答案 一、填空（18） 1. 声子的准粒子性表现在声子的动量不确定、系统中声子的数目不守恒。 2. 在外加电场E的作用下，一个具有电偶极矩为p的点电偶极子的位能U=-p·E，该式表明当电偶极矩的取向与外电场同向时，能量为最低而反向时能量为最高。 3. TC为正的温度补偿材料具有敞旷结构，并且内部结构单位能发生较大的转动。 4. 钙钛矿型结构由 5 个简立方格子套购而成，它们分别是1个Ti 、1个Ca 和3个氧简立方格子 5. 弹性系数ks的大小实质上反映了原子间势能曲线极小值尖峭度的大小。 6. 按照格里菲斯微裂纹理论，材料的断裂强度不是取决于裂纹的数量，而是决定于裂纹的大小，即是由最危险的裂纹尺寸或临界裂纹尺寸决定材料的断裂强度。 7. 制备微晶、高密度与高纯度材料的依据是材料脆性断裂的影响因素有晶粒尺寸、气孔率、杂质等。 8. 粒子强化材料的机理在于粒子可以防止基体内的位错运动，或通过粒子的塑性形变而吸收一部分能量，达从而到强化的目的。 9. 复合体中热膨胀滞后现象产生的原因是由于不同相间或晶粒的不同方向上膨胀系数差别很大，产生很大的内应力，使坯体产生微裂纹。 10.裂纹有三种扩展方式：张开型、滑开型、撕开型 11. 格波：晶格中的所有原子以相同频率振动而形成的波，或某一个原子在平衡位置附近的振动是以波的形式在晶体中传播形成的波 二、名词解释(12) 自发极化：极化并非由外电场所引起，而是由极性晶体内部结构特点所引起，使晶体中的每

个晶胞内存在固有电偶极矩，这种极化机制为自发极化。 断裂能：是一种织构敏感参数,起着断裂过程的阻力作用，不仅取决于组分、结构，在很大程度上受到微观缺陷、显微结构的影响。包括热力学表面能、塑性形变能、微裂纹形成能、相变弹性能等。 电子的共有化运动：原子组成晶体后，由于电子壳层的交叠，电子不再完全局限在某一个原子上，可以由一个原子的某一电子壳层转移到相邻原子的相似壳层上去，因而电子可以在整个晶体中运动。这种运动称为电子的共有化运动。 平衡载流子和非平衡载流子：在一定温度下，半导体中由于热激发产生的载流子成为平衡载流子。由于施加外界条件(外加电压、光照)，人为地增加载流子数目，比热平衡载流子数目多的载流子称为非平衡载流子。 三、简答题（13） 1. 玻璃是无序网络结构，不可能有滑移系统，呈脆性，但在高温时又能变形，为什么？答：正是因为非长程有序，许多原子并不在势能曲线低谷；在高温下，有一些原子键比较弱，只需较小的应力就能使这些原子间的键断裂；原子跃迁附近的空隙位置，引起原子位移和重排。不需初始的屈服应力就能变形-----粘性流动。因此玻璃在高温时能变形。 2. 有关介质损耗描述的方法有哪些？其本质是否一致？ 答：损耗角正切、损耗因子、损耗角正切倒数、损耗功率、等效电导率、复介电常数的复项。多种方法对材料来说都涉及同一现象。即实际电介质的电流位相滞后理想电介质的电流位相。因此它们的本质是一致的。 3. 简述提高陶瓷材料抗热冲击断裂性能的措施。 答：(1) 提高材料的强度sf，减小弹性模量E。(2) 提高材料的热导率c 。(3) 减小材料的热膨胀系数a 。(4) 减小表面热传递系数h。(5) 减小产品的有效厚度rm。 4. 产生晶面滑移的条件是什么？并简述其原因。

材料物理性能复习题

一、名词解释 光矢量：即是光波的电场强度矢量。 双折射：当光束通过各向异性介质表面时，折射光会分成两束沿着不同的方向传播，这种由一束入射光折射后分成两束光的现象。 光轴：通过改变入射光的方向，可以发现，在晶体中存在一些特殊的方向，沿着这些方向传播的光不会发生双折射，这些特殊的方向称为晶体的光轴。 热膨胀：物质在加热或冷却时的热胀冷缩现象称为热膨胀。 朗伯特定律：l e I I α-=0，在介质中光强随传播距离呈指数形式衰减的规律即称为朗伯特定律。 热稳定性：指材料承受高温的急剧变化而不致破坏的能力，也称为抗热震性。 滞弹性：指材料在交变载荷的情况下表现为应变对应力的滞后特性即称为滞弹性。 应力感生有序：溶解在固溶体中孤立的间隙原子，置换原子，在外加应力时，这些原子所处的位置的能量即出现差异，因而原子要发生重新分布，即产生有序排列，这种由于应力引起的原子偏离无序状态分布叫应力感生有序。 穆斯堡耳效应：固体中的无反冲核共振吸收即为穆斯堡尔效应。 高分子的分子结构：指除具有低分子化合物所具有的，如同分异构、几何异构、旋光异构等结构特征之外，还有高分子量，通常由103~105个结构单元组成的众多结构特点。 高分子的聚集态结构：是指大分子堆砌、排列的形式和结构。 均方末端距：是描述高分子链的形状和大小时采用末端距的2次方的平均值，用r 2表示，称为均方末端距。 二、填空题 1、下图为聚合物的蠕变和回复曲线，可见一个聚合物材料的总形变是三种形变之和，其中 ε1为普弹形变、 ε2为高弹形变、 ε3为粘性流动。 2、从微观上分析，光子与固体材料相互作用的两种重要结果是：电子极化和电子能态转变 3、在光的非弹性散射光谱中，出现在瑞利线低频侧的散射线统称为斯托克斯线，而在瑞利线高频侧的散射线统称为反斯托克斯线。 4、掺杂在各种基质中的三价稀土离子，它们产生光学跃迁的是4f 电子。 5、红宝石是历史上首先获得的激光材料，它的发光中心是C r 3+ 离子。 6、非稳态法测量材料的热导率是根据试样温度场随时间变化的情况来测量材料热传导性能的方法。 7、弹性模量的物理本质是标志原子间结合力的大小。 8、测量弹性模量的方法有两种：一种是静态测量法，另一种是动态测量法。 9、图中表示曲线（a ）表示熔融石英玻璃（SiO 2）、曲线（b ）表示非晶态聚苯乙烯（PS ）的热导率随温度的变化。