材料物理课程复习题终极
《材料物理科学》课程复习题
1简述材料的分类和新材料的特点、要求和发展方向。
工程上分：金属材料，无机非金属材料，有机高分子材料及复合材料
按状态分：单晶，多晶，非晶，准晶和液晶
按化学角度分：无机材料与有机材料
按应用分：信息材料，能源材料，生物材料，建筑材料，航空航天材料等
按用途分：结构材料和功能材料
商品化程度分：传统材料和先进材料
新材料的特点要求：
结构和性能相结合,智能化,减少污染,可再生性,节省能源,长寿命
新材料发展方向（讲义4-5页）
纳米材料,先进多相复合材料,高温超导材料,智能材料,生物医学材料
2简述材料的成分结构和性能的关系。(不全)
材料的性质取决于材料的结构。
材料的结构，是指材料的组元及其排列和运动方式。它包括形貌，化学成分，相组成，晶体结构和缺陷等内涵
3简述计算机模拟在材料物理学科中的作用。
计算机模拟是一种根据实际体系设计，在计算机上进行的模型实验。通常将模拟结果与实际体系的实验数据进行比较。可以检验出模型的准确性，也可以检验由模型导出的解析理论所作的近似是否成功。此外，在模型上获得的微观信息，常常比在实际体系上所作的实验更为详细。往往是在通常实验条件下很难获得的信息。此外，计算机模拟对于理论的发展也有重要的意义，它能为现实模型和实验中无法实现的探索模型作详细的预测，并提供方法。如材料在极端压力或高温下经历相变的四维体系等计算机模拟由于有计算机图形学的帮助，不但能使模拟易于观察和易于理解，而且可进一步与计算机技术中刚开创的虚拟现实的新领域相结合。在虚拟现实中，计算机模拟的不结果不仅可用计算机图形学表达，而且也能用五官来感受。
用计算机辅助设计和模拟的专家系统进行材料设计，可以摆脱实验先行的研究方法，用较少的实验，较短的研制过程，就能获得较为理想的材料。材料科学走计算机辅助设计和计算机模拟之路，从理论和实际两个方面向人们提供了材料研究由必然到自由的可能。
4简述材料物理中各种键合的特点。
5魏德曼--弗朗兹定律说明了什么？
K／σ＝3(k／e)2T
式中k是玻尔兹曼常数, e是电子电荷，T是温度；解释了金属的高电导(σ)和热导(K)特性；也解释了金属的光学特性。这个理论的不足之处是从电子的总能量过高地估计了电子的比热。电导和热导的两种输运过程,如果T变化,会引起两种输运的变化
6简述电子化合物的特点？
如果考虑K空间的电子状态(称做电子结构),则可以从晶体结构的稳定性考察传导性能等金属各种性质。在最简单的情形下，合金的电子结构特征用每个原子的平均价电了数(n)的函数表示。尤其是Cu和Cu合金中，由n产生稳定的晶体结构有规则地变化，即n=1的纯铜是面心立方相，而Cu—Zn合金中，Zn的浓度增加，当n达到1。38时，保持面心立方结构(α-黄铜)，n超过1。38则成为体心立方（β）相，即β—黄铜，当n在1。58 ~1。66之间，则成为稍微复杂结构的γ—黄铜，n在1。78 ~ 1。87之间晶体取密排六方结构，不仅Zn元素如此，加入其他合金元素，这个经验规律也成立，称为休模—饶塞里规律。把服从这一规律的合金称做电子化合物。
7请罗列出材料中缺陷类型和特征。
晶体缺陷大致分为两类：化学缺陷和点阵缺陷
(1)化学缺馅：置换型固溶洽原子，间隙型固溶原子，析出物
(2)点阵缺陷：A 点缺陷：原子空位，间隙原子
B 位错：刃型位错，螺型位错，混合位错
C 面缺陷：层错，相界，晶界
D 体缺陷：空腔，气泡
点缺陷的特征：点缺陷是晶体在热平衡状态下存在的唯一点阵缺陷。能量越小点缺陷存在的越多。
位错的特征：位借是晶体中存在的唯一线缺陷，对晶体塑性变形起重要作用。位错周围产生长程应变场，应变能非常大，在晶体内部位错位置移动，晶体的外形才变化。
8就你的理解，给出相变的定义。
一定条件下（温度，电，磁力等外场）由一种凝聚态向另外一种凝聚态转变的过程
9简述相变的分类。
按热力学分类分为一级相变,二级相变。
按相变方式分为成核长大型和连续型相变。
按质点迁移特征分为扩散型和非扩散型。非扩散相变中具有代表性的是马氏体相变，它是原子相互之间不改变其位置关系，而是由协调运动发生的相变。相反，扩散相变是原子被热激活离开原来的阵点位置，向邻接的位置移动，即把扩散过程作媒介发生的相变。共析反应，磁铁分解等各种析出反应(相分离过程)和有序无序转变都是这种相变的例子。其它的转变如同素异构转变，许多情况下可以是扩散转变。
10叙述一级相变与二级相变在物理图象特征及差异。
一次相变自由能一阶导数不连续，有潜热放出，体积变化，为非连续相变，新相产生明显。
二次相变自由能一阶导数连续，二阶导数不连续，比热容，可压缩性，热膨胀系数等发生变化，为动态变化趋势，一种趋势掩盖另一种趋势。
11有序-无序转变与相分离说明了什么？
不同原子无规则地占有晶格，两种原子或离子相互间呈随机分布，没有一定秩序，称为无序;占据方式有规则的，各种原子或离子都有使其周围为异种原子或离子排列的趋势，称为有序。温度变化引起有序相转变到无序相(或者与之相反)的相变现象，称为有序无序转变。而相分离是由单一相分为两个或以上相的现象。在公式Tc = - ZV／2k中,如果V>0,说明会出现相分离倾向,即同类原子作用时更稳定,出现同类相吸,异类相斥现象,而当V<0,会出现有序化倾向,即异类作用时更稳定,出现异类相吸,同类相斥现象。
12简述平均场的实质。
所谓平均场理论,就是把所有其他粒子对一个粒子所有作用力看作是由一个平均场所产生的,即把粒子看作在其他粒子形成的平均场运动。平均场理论本质上是热力学唯象理论。
13什么是非平衡过程，材料制备过程中有哪些获得非平衡组织的方法？
一种材料发生相变，或者结构变化，需要改变它的温度或者施加应力，外力。如果相变或结构变化在热力学上从一种稳定状态向另一种稳定状态迁移时保持热平衡，则为平衡过程，否则称为非平衡过程。
利用液体急冷法，气相急冷法(真空蒸发沉积，化学蒸发沉积，溅射法)，机械合金化等方法，可以制备各非晶状态等非平衡相，亚稳平衡相。
14说明晶体、非晶体、液晶和准晶的特点。
晶体:有规则的外形,短,长程有序,各向异性,有固定的熔点。
非晶体:各向同性,没有规则的外形和固定的熔点,长程无序,短程有序。
液晶:有流动性,具有晶体的某些各向异性,往往具有一维或二维取向有长程有序。
准晶:有旋转对称无平移对称,难以塑性变形,硬而脆。
15说明组织与结构的差异以及怎样通过控制它们来改善材料的性能。
组织是在显微镜下看到的对象,而结构是指晶体原子组态的微观对象,跟原子排列组态有关,主要是通过淬火,回火,退火,时效等热处理方法来改善材料的性质。
16简述回复与再结晶的区别，二次再结晶有何特点。
将加工后的材料加热，由于位错等晶体缺陷的消失和重新排列产生稳定化，称
之为回复。从消除缺陷意义上说，再结晶也是一种回复，但再结晶是晶界移动引起
晶体缺陷被急剧吸收的过程。
回复是位错缓慢减少的连续过程，与此相对应的，再结晶是由于晶界移动，回复还没充分进行之前，位错被一举消除的不连续过程。
再结晶具有和加工组织不同的晶粒位向，而在回复过程中的加工组织里生成几乎没有缺陷的新晶粒。二次再结晶晶粒组织大，容易观察。
二次再结晶是—种一次再结晶后的晶粒长大，它的驱动力是再结晶组织中存在的晶界能。和晶粒正常长大不同，二次再结晶指周围少数较大晶粒选择性地急剧增大。
17简述影响材料变形能力的关键因素。
滑移系的多少：滑移系多的材料变形能力好，反之变形能力不好。派尔斯势的大小：如h/b越小，派尔斯势就越大，所以就难滑移，材料很难变形。
应力应变场
杂质原子
析出相
18什么是硬球模型?对于非晶体，表征其特征的微观分析手段是什么？
全称为无序密堆积硬球模型，把原子看作是具有一定直径的不可压缩的刚球，“无序”，在这种堆积中不存在晶格那样的长程有序，“密堆”则是指这样一种排列中不存在足以容纳一个硬球那样大的空隙。
可用X射线、电子或中子衍射等方法，来测定材料的径向分布函数(RDF)或原子对相关函数(PCF)。
19简述第一类和第二类超导体的特点和差异。
图中I的情形称为第1类超导体，像II那种具有下临界磁场强度Hc1和上临界磁场强度Hc2两个临界磁场的情形称做第II类超导体。
对于第一类超导体,当磁场增强到一定程度，超导将被破坏，变成正常传导状态，即在临界磁场以上迈斯纳效应消失，抗磁性完全消失，在临界磁场Hc时抗磁性急剧消失变成正常传导。而对于第二类超导体,Hc1时试样中磁通开始进入涡旋线状态，超导状态开始部分地破坏，因此反磁性开始减少，但仍处于电阻为零的超导状态。磁场进一步增大变成Hc2，则整个试样完全变成正常传导状态，试样的电阻变成有限值,Hc1和Hc2之间的磁场是试样内部正常传导和超导两种状态混合存在，称为混合状态。
对于第一类超导体,临界磁场Hc的值随温度升高而减少; 对于第二类超导体,电流流过引起涡流运动并发生能量损失使超导性破坏。
20简述抗磁性、顺磁性、铁磁性、反铁磁性、亚铁磁性、螺旋铁磁性的特点。
以磁化率χ为磁体分类的基准，Χ>0的物质被磁场吸引，Χ< 0的物质被磁场排斥。铝之类的物质，Χ> 0称为顺磁性，铜之类的物质Χ< 0，称为反磁性或者抗磁性。所有原子自旋同向排列的状态称为铁磁性，与此相反，原子自旋相互反向排列的状态称为反铁磁性。反铁磁体中不发生自发磁化，而且反向原子自旋的大小不同时，称为亚铁磁性。除此之外，有的物质，原子自旋之间有两个以上磁的相互作用，呈现相互倾斜成一定角度的自旋排列，称为螺旋磁性。对反铁磁体和亚铁磁体施加一个强磁场，则有的物质颠倒反向自旋，变成铁磁体，这种现象称为变磁性。
21 说明结构有序与磁有序（或电激化有序）的区别。
结构有序是指原子的占据方式是有规则的,晶体点阵为有序点阵。
磁有序是指磁矩排列的有序，而不是通常意义上的原子排列有序或者无序
22简述软磁材料与硬磁材料在磁性参量方面的要求和这两类材料的用途。
软磁材料:在软磁材料中因磁场小，磁化必须急剧升高，起始磁导率必须大。分为弱电用变压器、磁头所要求的高磁导率材料和电力用变压器电源变压器，电磁铁磁极所要求的高磁通密度材料。后者在施加大磁场状态下进行变电，因此要求残余磁通密度大，矫顽力小。磁滞回线的面积表示变压器每个周期的能量损失(称为铁损)。为使铁损减少，矫顽力必须小。剩磁和矫顽力都很小。
用途:硅钢片,低碳物,制作电机,变压器,电磁铁等电器的铁心。
硬磁:Hc具有大值、高矫顽力,除去外场后仍然保持高的的剩余磁化强度。用途:常用来制造各种永磁体,扬声器的磁钢和电子电路中的记忆元件,硬盘。
23什么是局域磁性？什么是巡游磁性？
铁磁性材料基本上都有若干未满的d壳层电子，而且由于d壳层电子比较局域化，所以每个原子的磁性就比较强，所以相邻原子容易互相感觉到其他原子的磁性，从而取得相同取向形成介观到宏观磁畴（在居里温度以下）；在外场下，这些磁畴排列有序，显示出宏观强磁性，铁，钴，镍等均属此类。这就是局域磁性。
而其他一些金属，比如铝，铜，碱金属之类，由于没有局域未成对电子，这些电子巡游在整个晶体里。巡游电子的既具有抗磁性，又具有顺磁性。计算表明，巡游电子的顺磁性是抗磁性的3倍，所以净效应为顺磁性。像铝，铜，钠这样的金属，是可以被磁铁吸引的，只是常温下很弱不容易觉察，但在低温下这个效应会大大加强。这就是巡游磁性。
24简述磁畴存在的原因，软硬磁材料对磁畴和畴界有何要求？（不明）
磁畴存在的原因：为了使外部不产生N，S磁极，即降低由于自发磁化所产生的静磁能。
软磁要求畴界容易移动。
硬磁要求畴界很难移动。
25。比较fcc,bcc何hcp三种
晶体结构的磁各向异性。画一个
磁滞回线（包括磁化曲线），并
标出有关磁性参数。
对晶体结构为bcc的α-Fe来
说，在(100)方向上施加一个磁场
时最容易被磁化，与此相反，在(111)
方向上最难被磁化。晶体结构为fcc
的镍则和α-Fe相反。它们分别称为
易磁化方向和难磁化方向,室温下为
hcp的钴，c轴是易磁化方向，c面内
是难磁化方向。
26简述因瓦合金热膨胀系数为
零或极小的物理实质。
热膨胀引起的晶格延伸和磁性消
失引起的晶格收缩达到平衡。
27简述吸附的原因和分类。
吸附的根本原因是界面处晶体结构有严重畸变或有残留的未配对键。吸附使这种畸变减小或使键饱和降低系统的自由能。
吸附分为物理吸附和化学吸附两类。发生物理吸附时，衬底表面与被吸附原子之间主要是范德华色散力的作用，它是一种电矩间的相互作用，此时不发生原子间的电荷转移。化学吸附又分为离子吸附和共价吸附。发生离子吸附时，吸附的原子或分子会捕获或释放出载流子或空穴。共价吸附是表面与吸附物之间产生局部键合，电子被局部定域在衬底表面。共价吸附时，没有自由载流子转移，不形成空间电荷区。
28简述薄膜材料的形成过程，什么是分子束外延？什么是超晶格？
薄膜形成过程：一般分为凝结过程，岛形成与结合生长过程。
大多数薄膜都是以岛状形式形成和长大，即在基体表面上吸附原子凝结后，在表面上扩散迁移形成晶核，晶核再结合其它吸附原子逐渐长大形成小岛，岛再结合其他气相原子便形成薄膜，因此薄膜形成是由形核开始的。
形核首先经历吸附与凝结过程，原子相互碰撞结合成原子对或小原子团并凝结在基体表面上；这种原子团和其他吸附原子碰撞结合或释放出一个单原子，这个过程反复进行，使原子团中的原子数超过某一临界值，成为临界核，临界核继续与其他原子碰撞结合，只向长大方向发展形成稳定的原子团，称为稳定核；稳定核再捕获其他吸附原子，或者入射原子束中的气相原子直接碰撞在稳定核上被粘附，使稳定核进一步长大成为小岛。通过上述讨论可知，薄膜形成经历了吸附，凝结，临界核形成与长大，稳定核形成长大，最后成为小岛的物理过程。
实际上形核长大只是薄膜形成的开始，薄膜形成的过程是指形成稳定核之后的过程；同样，薄膜生长模式是指薄膜形成的宏观方式。在稳定膜形成之后，岛状薄膜的形成过程，分为岛状、联并、沟道和连续膜四个阶段。岛状阶段是指在核长大变成小岛的过程中，平行基体表而方向的长大速度明显大于垂直方向的长大速度，说明基体表面上吸附原子的扩散迁移碰撞结合是主要的。联并阶段是指岛在不断长大过程中，岛间距离逐渐缩小，最后相邻小岛相互联接合并成一个大岛。沟道阶段是在岛联并后，新岛继续长大，当岛的分布达到临界值时，小岛相互聚结形成网状结构。网状结构中不规则地分布着5—20nm宽的沟渠。连续膜阶段是在沟渠和孔洞消失之后，入射的气相原子直接吸附在薄膜上，通过联并作用形成不同结构的薄膜。
分子束外延：是一种在晶体基片上生长高质量的晶体薄膜的新技术。在超高真空条件下，由装有各种所需组分的炉子加热而产生的蒸气，经小孔准直后形成的分子束或原子束，直接喷射到适当温度的单晶基片上，同时控制分子束对衬底扫描，就可使分子或原子按晶体排列一层层地“长”在基片上形成薄膜。该技术的优点是：使用的衬底温度低，膜层生长速率慢，束流强度易于精确控制，膜层组分和掺杂浓度可随源的变化而迅速调整。用这种技术已能制备薄到几十个原子层的单晶薄膜，以及交替生长不同组分、不同掺杂的薄膜而形成的超薄层量子阱微结构材料。
超晶格：由两种或以上不同、厚度d极小的薄层材料交替生长在一起而得到的一种多周期结构材料。薄层厚度d远大于材料的晶格常数a，但接近或小于电子的自由程。
29简述热蒸镀（真空蒸发）膜与离子溅射膜的区别和优缺点。
粒子具有的动能不同：蒸镀膜所沉积的粒子有较低的动能，而溅射出来的粒子有很高的动能，比蒸发高1～2个数量级。
粒子飞向基体表面的分布规律不同：对于小面积蒸发源，气相原子飞向基体表面时按余弦定律分布。对于阴极溅射，靶是多晶材料且入射氩离子较大时符合余弦分布规律，但对单晶靶材，则产生择优溅射效应，不同晶面的溅射强度不同。
粒子电性不同：蒸发出来的气相原子几乎都是不带电的中性粒子，但溅射出来的粒子，除中性原子或原子团外，还可能有正离子、负离子、二次电子和光子等多种粒子。
真空度不同：蒸发镀时，真空度较高，气体分子平均自由程大于蒸发源到基体间的距离，气相原子在飞向基体的过程中，气相原子间或与残余气体分子间碰撞机会很少，它们基本上保持原有的能量，能量分布及直线飞行轨迹。阴极溅射时真空度较低，气体分子平均自由程小于靶材和基体之间的距离，溅射原子飞行过程中，相互间碰撞，原子及其他残余气体分子相互碰撞，改变了溅射原子方向，到达基体表面的粒子可来自基体正前方整个半球面空间的所有方向，因此较容易制备厚度均匀的薄膜。
粘合力不同：蒸发镀所形成的膜容易从基体剥落，而阴极溅射所形成的膜由于形成了过渡层，能很好的跟基体结合，不易剥落。
优缺点：
蒸镀膜：薄膜成分与蒸发合金组分有偏离，薄膜含杂质少，基体和薄膜温度变化不大。
溅射膜：薄膜成分与靶材一致，含较多杂质，基体和薄膜温度变化很大。
30试举例说明扩散、随机行走和自回避随机行走现象。
扩散是一种迁移的过程,有定向迁移和随机迁移两种。随机迁移也是随机行走的一种。随机行走是一种无定向迁移,如布朗运动。自回避随机行走是一种有记忆性的行走,运动时会避开以前走过的位置,如高分子聚合物的原子排列。
31就有序--无序转变中的位置无序（化学无序）、拓扑无序、方向无序、电子和核自旋状态的无序（代位无序）和振动无序进行一般说明或图示。
无序结构有拓扑(几何)和化学键无序两种。如图1。1。1所示的玻璃中原子排列(排布)从几何(拓扑)角度上看，晶格的概念，即周期性与对称性是没有了，但从近邻范围来看，最近邻的原子数是比较确定的(配位数不变)，这是一种拓扑无序。
非晶态缺乏长程有序，所以原子间的化学键长、键角和键的极性等不会一样，这就是键的无序
无序系统中还有一种叫代位无序，这主要发生在晶态材料中，这时晶格的概念仍然保留，但等同晶格位置上原子类别或自旋状态却不同。对于原子磁距(自旋)取向无序(随机冻结)的系统称“自旋”玻璃。一般的所谓非晶态固体指的大都是结构无序
32简述量子小尺寸效应、尺寸效应和宏观隧道效应。
小尺寸效应:随着颗粒尺寸的量变，在一定条件下会引起颗粒性质的质变。由于颗粒尺寸变小所引起的宏观物理性质的变化称为小尺寸效应。对超微颗粒而言，尺寸变小，同时其比表面积亦显著增加，从而产生如下一系列新奇的性质。
尺寸效应:由无数的原子构成固体时，单独原子的能级就并合成能带，由于电子数目很多，能带中能级的间距很小，因此可以看作是连续的，从能带理论出发成功地解释了大块金属、半导体、绝缘体之间的联系与区别，对介于原子、分子与大块固体之间的超微颗粒而言，大块材料中连续的能带将分裂为分立的能级；能级间的间距随颗粒尺寸减小而增大。当热能、电场能或者磁场能比平均的能级间距还小时，就会呈现一系列与宏观物体截然不同的反常特性，称之为量子尺寸效应。
宏观隧道效应：是基本的量子现象之一，即当微观粒子的总能量小于势垒高度时，该粒子仍能穿越这一势垒。近年来，人们发现一些宏观量，例如微颗粒的磁化强度，量子相干器件中的磁通量等亦有隧道效应，称为宏观的隧道效应。
33说明纳米技术中的巨磁阻与通常磁阻在概念上的区别。
当相邻铁磁层的磁矩反平行排列时，在一个铁磁层中受散射较弱的电子进入另一铁磁层后必定遭受较强的散射，故从整体上说，所有电子都遭受较强的散射，整体电阻率较高――磁阻。
当相邻铁磁层的磁矩在磁场的作用下趋于平行时，有一种自旋状态的电子在所有铁磁层中受到的散射较弱，相当于这类电子构成了短路状态，整体电阻率较低——巨磁阻效应(GMR)
34简述复合材料技术中的线性效应、非线性效应和乘积效应。
线性效应是指复合材料的性质与增强组元(功能组元)的含量有线性关系。线性效应的内容有：平均效应、平行效应、相补效应、相抵效应等。
非线性效应指的是复合材料的性质与增强组元的含量无直接关系，复合后可能产生一些新的性质。非线性效应有：乘积效应、诱导效应、共振效应和系统效应等。
乘积效应是指把一种具有X/Y转换功能的材料与另一种具有Y/Z转换功能的材料进行复合后，会产生(X/Y)×X(Y/Z)=X/Z的功能。
35什么是梯度功能材料？
梯度功能材料是“一种功能在空间和时间上连续变化的材料”。梯度功能材料不仅是用于下一代航天飞机的机体和发动机的耐热材料，还能广泛应用于电子、医疗、仿生、光学、化学和建筑等方面。可以用物理,化学合成法,粒子排列法,等离子蒸镀法,自蔓延高温合成法。
二证明题
永磁材料的退磁曲线（第二象限）上的某点对应的磁能积（M*H）最大，该点被称为永磁材料的最佳工作点。如右下图，假设退磁曲线为双曲线。用平行M和H轴的二条平行线的交点O’与原点O 相连接, 则OO’连线与退磁曲线交点即是材料的对应最大磁能级的最佳工作点。试证明之。
三论述题
请同学们运用在本课程中所学知识并结果您们所完成的材料物理专业新开的14个实验，任选其中一个或多个实验，构成一个材料应用的综合案例。
四论述题
谈谈您学习该门课程后的感受。您认为哪些章节的内容为必须，并值得强化和深入；哪些章节的内容需删减？最后就我的讲课方法提出建议，哪些值得保留，哪些需要改进？
（注：素材和资料部分来自网络，供参考。请预览后才下载，期待你的好评与关注！）
材料物理化学实验赵
实验要求 1.班长按学号将每班分成八组； 2.一个班进行实验完毕后换另一个班； 3.班长与实验指导教师保持联系，按照要求规定的时间、地点 和班级进行实验； 4.预习所做的实验内容； 5.实验材料首页的“原始数据记录”要求每小组打印一份，手 写记录相关数据，实验做完经指导老师签字后方可离开； 6.实验报告按照“材料物理化学实验报告格式”模板进行书写 （要求打印模板、手写），要求贴上原始数据记录单，小组内成员可以复印本小组的“原始数据记录”进行粘贴； 7.听从指导老师安排，按要求操作设备； 8.注意实验安全，保持实验室卫生。
材料物理化学-原始数据记录 实验名称： 实验时间：；室温：； 同组学生：； 实验数据记录： 指导教师签名： 日期：年月日备注：1、上课时准备好本记录纸，实验中按要求记录，完成后指导教师进行签名。 2、本记录要求附在实验报告中，复印即可。
实验一凝聚态物质燃烧焓的测定 一、实验目的： 1、使用弹式量热计测定萘的燃烧焓。 2、了解量热计的原理和构造，掌握其使用方法。 二、实验原理： 在25℃，101 时，1 可燃物完全燃烧生成稳定的氧化物时所放出的热量，叫做该物质的燃烧热，单位为（△φm）。在适当的条件下，许多有机物都能迅速地完全进行氧化反应，这就为准确测定它们的燃烧热创造了有利条件。通常测定物质的燃烧热，是用氧弹量热计。测量的基本原理是能量守恒定律。一定量被测物质样品在氧弹中完全燃烧时，所释放的热量使氧弹本身及其周围的介质和量热计有关附件的温度升高，测量介质在燃烧前后温度的变化值ΔT就能计算出该样品的燃烧热（介质的比热容是已知的）。若使被测物质能迅速而完全地燃烧，就需要强有力的氧化剂。在实验中经常使用压力为1.5-2 的氧气作为氧化剂。用氧弹式量热计（见实验装置部分）进行试验时，氧弹放置在装有一定量水的金属水桶中，水桶外是空气隔热层，再外面是温度恒定的夹套。样品在体积固定的氧弹中燃烧放出的热、引火丝燃烧放出的热和由氧气中微量的氮气中微量氮气氧化成硝酸的生成热，大部分被水桶中的水吸收；另一部分则被氧弹、水桶、搅拌器及温度计等吸收。在假设量热计与环境没有热交换的情况下，可写出如下的热量平衡式： ×a - q×b + 5.98c = K△t （1）（近似平衡） —被测物质的定容热值，J·1； a —被测物质的质量，g； q —引火丝的热值，J·1（铁丝为-6.7 ·1）； b —烧掉的引火丝的质量，g； 5.98 —硝酸生成热，当用0.100 ·1滴定生成的硝酸时，每1 碱相当于5.98J 热量； c —滴定生成硝酸时，耗用0.100 ·1的毫升数； K —量热计常数（水当量，14.55 ）；
热力学统计物理试题及其完整答案版
《热力学统计物理》试题参考解答及评分标准 一、1. B, 2. B, 3. A, 4. D, 5. B, 6. A, 7. C, 8. C, 9. A, 10. A. 评分标准：本题共20分， 每个答案2分。 二、 1. 状态， 2. 态， 系统从外界吸收， 3. p -, 4. ω )21(+ n , ,2,1,0=n , 5. l e a l l βεαω--=, 6. 0, 7. T V F )(??-, 8. 负温度状态, 9. n p T G ,)(??-， 10. n p S H ,)(??。 评分标准：本题共20分， 每个答案2分。 三、 1. 正确。 理由：pdV SdT dF --=。 2. 错误。 理由：T V F p ??? ????-=。 3. 错误。 理由：自由粒子为不受外力的作用而作自由运动的粒子。 4. 错误。 理由：组成玻色系统和费米系统的粒子是不可分辨的，而组成玻耳兹曼系统的 粒子是可以分辨的。 评分标准：每小题2.5分。其中判断1分，理由1.5分。 四、1．证: 由正则分布Es s e Z βρ-=1，得 s s E Z βρ--=ln ln . （1） 将上式代入广义熵的表示式，得 ]ln [ln ][ln ββ β??-=+=Z Z k U Z k . （2） 上式即正则系综中系统熵的表示式。 或者，由正则分布中熵的表示式出发 ][ln s s s E Z k βρ+=∑, （3） 利用（1）式，由上式得熵的普遍表示式 ∑-=s s s k S ρρln . (4) 评分标准：（1），（2）式各5分。 2. 证明：理想气体的热容量为n C ，则?dT C Q n =。由热力学第一定律得 pdV dT C dT C V n +=, 0)(=--pdV dT C C V n . (1) 将理想气体状态方程RT pV =微分，有
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》 课程教学大纲
《材料物理》课程教学大纲 一、课程名称（中英文） 中文名称：材料物理 英文名称：Physics of Materials 二、课程代码及性质 课程代码:0801142 课程性质:专业基础课、专业必修课 三、学时与学分 总学时：40（理论学时：40学时；实践学时：0学时） 学分：2.5 四、先修课程 大学物理、材料科学基础 五、授课对象 本课程面向材料科学与工程专业、功能材料专业学生开设。 六、课程教学目的（对学生知识、能力、素质培养的贡献和作用） 本课程的教学目的: 1、掌握材料物理（能带论、晶格振动、材料磁性）的基本理论,具备解决和分析问题的能力； 2、掌握功能材料的物理（电学、热学、磁学、光学）现象与本质规律，培养学生开发新型功能材料的能力； 3、了解功能材料的发展趋势和动态,培养学生学习新知识的能力。
七、教学重点与难点： 教学重点： 影响材料物理性质的基本理论。晶体结合、能带论、晶格振动与热学性质、
材料的磁性 教学难点： 能带论、材料的磁性、材料的介电性、超导电性 八、教学方法与手段： 教学方法： (1)以课堂讲授为主,阐述该课程的基本内容,保证主要教学内容的完成; (2)从材料的物理性质及物理现象为引导、探讨产生光、电、磁的材料物理本质，掌握重要的理论。。 教学手段： (1)运用现代教学工具,在课堂上通过PPT讲授方式,实现图文并茂,形象直观; (2)强调研究思路的创新过程，注重理论与实践相结合。每一个基本理论学习介绍后再增加介绍其带来新功能材料与器件的研究突破，引导学生的学习兴趣。 九、教学内容与学时安排 （1）总体安排 教学内容与学时的总体安排，如表2所示。 （2）具体内容 各章节的具体内容如下： 绪论（2h） 第一章晶体结构（4h） 1.1 晶格的周期性 1.2晶格的对称性 1.3 倒格子 1.4 准晶 第二章晶体结合 (4h) 2.1晶体结合的普遍描述 2.2 晶体结合的基本类型及特性
材料物理专业
材料物理专业 材料物理专业培养较系统地掌握材料科学的基本理论与技术，具备材料物理相关的基本知识和基本技能，能在材料科学与工程及与其相关的领域从事研究、教学、科技开发及相关管理工作的材料物理高级专门人才。小编今天推荐给大家的是材料物理专业，仅供参考，希望对大家有用。关注网获得更多内容。 材料物理是从物理学原理出发提供材料结构、特性与性能的一门新兴交叉学科，主要面向新能源与新信息等新功能材料探索。 材料物理专业提供物理学、材料科学、材料化学和材料物理的基本理论、基本知识和基本技能的系统学习，材料探索、制备与合成的思维与技能等方面的基本训练，以及材料加工、材料结构与性能测定及材料应用等方面的专业训练。 旨在帮助学生掌握材料物理及其相关的基础知识、基本原理和实验技能，具备运用物理学和材料物理的基础理论、基本知识和实验技能进行材料探索和技术开发的基本能力，能发展成为在材料科学与工程及其相关交叉学科(材料、物理、化学、生物、医学等)继续深造或在相应领域从事材料物理研究、教学、应用开发等方面的创新性人才。
由于当今以服务于高科技，现代工业和国防为主的现代材料或新材料的需求量越来越大，新材料的研制与开发速度也越来越快，因而涌出的新概念、新理论、新技术、新方法、新工艺、新产品和新问题越来越需要材料学家和物理学家等共同努力来归纳、整理、总结及创新。 由此产生的材料物理专业无疑是多学科知识交叉、渗透的结果。它给现代材料的研究、开发和应用以及相关科学的发展带来了新的空间。为新材料的可持续发展提供完善而系统的理论指导和技术保障。因此，材料物理专业的就业前景十分广阔。 该专业学生主要学习材料科学方面的基本理论、基本知识和基本技能，受到科学思维与科学实验方面的基本训练，具有运用物理学和材料物理的基础理论、基本知识和实验技能进行材料研究和技术开发的基本能力。 1.掌握数学、物理、化学等方面的基本理论和基本知识; 2.掌握材料制备(或合成)、材料加工、材料结构与性能测定及材料应用等方面的基础知识、基本原理和基本实验技能; 3.了解相近专业的一般原理和知识; 4.熟悉国家关于材料科学与工程研究、科技开发及相关
热力学与统计物理题
《热力学与统计物理》练习题 一 简答题 1．单元复相系的平衡条件； 2．熵增原理 3．能量均分定理 4．热力学第一定律； 5．节流过程 6．热力学第二定律的克氏表述 计算题 1. 1 mol 理想气体，在C 0 27的恒温下体积发生膨胀，由20大气压准静态地变到1大气压。求气体所作的功和所吸的热。 2．求证 （a ）0??? ????U V S 3．试证明在相变中物质摩尔内能的变化为 (1)p dT u L T dp ?=- 如果一相是气相，可看作理想气体，另一相是凝聚相，试将公式简化。 4. 1 mol 范氏气体，在准静态等温过程中体积由1V 膨胀至2V ，求气体在过程中所作的功。 5．试证明，在相同的压力降落下，气体在准静态绝热膨胀中的温度降落大于在节流过程中的 温度降落。 6．蒸汽与液相达到平衡。设蒸汽可看作理想气体，液相的比容比气相的比容小得多，可以略而不计。以 dv dT 表在维持两相平衡的条件下，蒸汽体积随温度的变化率。试证明蒸汽的两相平衡膨胀系数为
111dv L v dT T RT ???? =- ? ????? 7. 在C 0 25下，压力在0至1000atm 之间，测得水的体积为： 3623118.0660.715100.04610V p p cm mol ---=-?+??, 如果保持温度不变，将1 mol 的水从1 atm 加压至1000 atm ，求外界所作的功。 8．试讨论以平衡辐射为工作物质的卡诺循环，计算其效率。 9．在三相点附近，固态氨的饱和蒸汽压（单位为大气压）方程为 3754 ln 18.70p T =- 液态的蒸汽压方程为 3063 ln 15.16p T =- 试求三相点的温度和压力，氨的气化热和升华热，在三相点的熔解热 10. 在C 0 0和1atm 下，空气的密度为300129.0-?cm g 。空气的定压比热 11238.0--??=K g cal C p ，41.1=γ。今有327cm 的空气， (i)若维持体积不变，将空气由C 0 0加热至C 0 20，试计算所需的热量。 (ii)若维持压力不变，将空气由C 0 0加热至C 0 20，试计算所需的热量。 11．满足C pV n =的过程称为多方过程，其中常数n 为多方指数。试证，理想气体在多方过程中的热容量n C 为 V n C n n C 1 --= γ 其中/p V C C γ= 12．写出以i T,V,n 为自变量的热力学基本等式，并证明：
国内大学材料物理专业排名
071301：材料物理专业 培养目标、就业前景、开设该专业的学校名单、 专业排名及相关评价 转载本站中国大学专业评价资料，请注明“本资料来自好生源高考志愿填报系统” 专业级别：本科所属专业门类：材料科学类报读热度：★★★ 培养目标：本专业培养较系统地掌握材料科学的基本理论与技术，具备材料物理相关的基本知识和基本技能，能在材料科学与工程及与其相关的领域从事研究、教学、科技开发及相关管理工作的材料物理高级专门人才。 培养要求：本专业学生主要学习材料科学方面的基本理论、基本知识和基本技能，受到科学思维与科学实验方面的基本训练，具有运用物理学和材料物理的基础理论、基本知识和实验技能进行材料研究和技术开发的基本能力。 毕业生应获得的知识与能力： 1．掌握数学、物理、化学等方面的基本理论和基本知识； 2．掌握材料制备（或合成）、材料加工、材料结构与性能测定及材料应用等方面的基础知识、基本原理和基本实验技能； 3．了解相近专业的一般原理和知识； 4．熟悉国家关于材料科学与工程研究、科技开发及相关产业的政策，国内外知识产权等方面的法律法规； 5．了解材料物理的理论前沿、应用前景和最新发展动态，以及材料科学与工程产业的发展状况；6．掌握中外文资料查询、文献检索以及运用现代信息技术获取相关信息的基本方法；具有一定的实验设计，创造实验条件，归纳、整理、分析实验结果，撰写论文，参与学术交流的能力。 主要课程：基础物理、近代物理、固体物理、材料物理学等。 学业年限：四年 授予学位：理学或工学学士
职业方向：从事科研或在钢铁、有色金属、化工、军工、能源等相关企事业单位从事技术开发与管理。开设材料物理专业院校毕业生能力用人单位评价： 本专业毕业生能力被评为A+等级的学校有： 武汉大学西安交通大学中山大学北京科技大学 西北工业大学 本专业毕业生能力被评为A等级的学校有： 复旦大学南京大学四川大学中国科学技术大学 山东大学哈尔滨工业大学大连理工大学东北大学 兰州大学云南大学燕山大学武汉理工大学 华东理工大学湘潭大学西南科技大学河北工业大学 天津理工大学 本专业毕业生能力被评为B+等级的学校有： 南开大学东北师范大学哈尔滨工程大学贵州大学 华南师范大学南昌大学中国石油大学(华东)西南大学 合肥工业大学安徽大学济南大学青岛大学 上海大学南京信息工程大学浙江师范大学南京邮电大学 陕西科技大学西安理工大学武汉科技大学湖北大学 成都信息工程学院内蒙古工业大学西安石油大学江西理工大学 景德镇陶瓷学院武汉工程大学重庆交通大学江西科技师范学院 本专业毕业生能力被评为B等级的学校有： 太原理工大学上海应用技术学院哈尔滨理工大学中国民航大学 辽宁工业大学郑州轻工业学院青岛科技大学沈阳化工大学 台州学院淮北师范大学洛阳理工学院 本专业毕业生能力被评为C+等级的学校有： 九江学院宜春学院
热力学与统计物理试题及答案
热力学与统计物理试题及 答案 Revised by BLUE on the afternoon of December 12,2020.
一．选择（25分 ） 1.下列不是热学状态参量的是（ ） A.力学参量 B 。几何参量 C.电流参量 D.化学参量 2.下列关于状态函数的定义正确的是（ ) A.系统的吉布斯函数是：G=U-TS+PV B.系统的自由能是：F=U+TS C.系统的焓是：H=U-PV D.系统的熵函数是：S=U/T 3.彼此处于热平衡的两个物体必存在一个共同的物理量，这个物理量就是（ ） A.态函数 B.内能 C.温度 D.熵 4.热力学第一定律的数学表达式可写为（ ） A.W Q U U A B +=- B.W Q U U B A +=- C.W Q U U A B -=- D.W Q U U B A -=- 5.熵增加原理只适用于（ ） A.闭合系统 B.孤立系统 C.均匀系统 D.开放系统
二．填空（25分） 1.孤立系统的熵增加原理可用公式表示为（）。 2.热力学基本微分方程du=（）。 3.热力学第二定律告诉我们，自然界中与热现象有关的实际过程都是（）。 4.在S.V不变的情况下，平衡态的（）最小。 5.在T.VB不变的情形下，可以利用（）作为平衡判据。 三.简答（20分） 1.什么是平衡态平衡态具有哪些特点 2. 3.什么是开系，闭系，孤立系？ 四.证明（10分） 证明范氏气体的定容热容量只是温度的函数,与比容无关 五．计算（20分） 试求理想气体的体胀系数α，压强系数β，等温压缩系数 T K
参考答案 一.选择 1~5AACAB 二.填空 1. ds≧0 2. Tds-pdv 3. 不可逆的 4. 内能 5. 自由能判据 三．简答 1.一个孤立系统，不论其初态如何复杂，经过足够长的时间后，将会达到这样状态，系统的各种宏观性质在长时间内不发生变化，这样的状态称为热力学平衡态。特点：不限于孤立系统 弛豫时间 涨落 热动平衡 2.开系：与外界既有物质交换，又有能量交换的系统
材料物理题库
《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
热力学统计物理试题(B卷)
热力学·统计物理试题（B 卷） 适用于200×级本科物理学专业 (200×-200×学年度第×学期) 1. (10分) 证明范氏气体的定容热容量只是温度的函数,与比容无关. 2. (20分) 试证明，相变潜热随温度的变化率为 βp c dT dL =-α p c -+T L αβαβv v L T v T v p p -??? ????????? ????-???? ? ??? 如果β相是气相，α相是凝聚相，试证明上式可简化为： α βp p c c dT dL -= 3．(10分) 若将U 看作独立变数T , V , n 1,… n k 的函数，试证明： （1）V U V n U n U i i i ??+??=∑ （2）V U v n U u i i i ??+??= 4．（20分） 试证明，对于遵从玻尔兹曼分布的系统，熵函数可以表示为 ∑-=s Ps Ps Nk S ln 式中P s 是总粒子处于量子态s 的概率，1Z e N e P s s s βεβεα---= =,∑s 对粒子的所有量子态求和。 5．（20分） 铁磁体中的自旋波也是一种准粒子,遵从玻色分布,色散关系是 2Ak =ω.试证明在低温下,这种准粒子的激发所导致的热容与2/3T 成正比. 6．（20分） 在极端相对论情形下电子能量与动量的关系为cp =ε,其中c 为光速.试求自由电子气体在0K 时的费米能量,内能和简并压.
附标准答案 1. (10分) 解证：范氏气体()RT b v v a p =-??? ? ? +2
由式(2.2.7)? T v U ??? ????=T V T p ??? ????-p =T 2 v a p b v R =-- (5分) T v U ??? ????=2v a ?)(),(0T f v a U v T U +-= =V C V T U ??? ????=)(T f ' ；与v 无关。 (5分) 2．(20分) 证明：显然属于一级相变; ()())(αβS S T L -=; 其中())(,T p T S S =， 在p ～T 相平衡曲线上. ()[]??? ? ??????+??? ?????+-=dT dp p S T T S T S S dT dL αβ 其中：=??? ?????T S () P T S ???? ????β()P T S ???? ????-α =???? ??????dT dp p S [()P T S ???? ????β()P T S ? ??? ????-α]dT dp ? (5分) 又有：T C P =P T S ??? ????；()())(αβS S T L -= 由麦氏关系(2.2.4): -=???? ????T p S P T V ??? ???? （5分） 上几式联立(并将一级相变的克拉伯珑方程代入)得： βp c dT dL =-α p c -+T L αβαβv v L T v T v p p -??? ????????? ????-???? ? ??? (5分) 若β相是气相，α相是凝聚相；() αV ～0；()p T V ???? ???α～0； β相按理想气体处理。pV=RT ?α βp p c c dT dL -= (5分) 3．（10分） 证明：（1） ),,,(),,,(11k k n n V T U n n V T U ΛΛλλλλ=
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）：
构建应用型创新人才培养的材料物理专业实验模块
构建应用型创新人才培养的材料物理专业实验模块 本文对适应应用型创新人才培养的材料物理专业实验模块进行了分析，希望通过模块的构建，可以让实验环节的层次逐渐升级，可以有效的培养学生的动手能力以及创新能力，是一种有效的培养创新人才的模式。 目前社会上对创新人才的需求越来越多，国家也很重视创新，基于这个背景下，高校也对教学进行了改革，注重实践教学，并且以培养应用型创新人才作为学校的主要目标之一，高校也构建了“三实一创”的专业教学体系。材料物理也利用其自身的优势，以此为理念构建专业实验模块，要培养出理论和实践同样优秀、具备创新意识的人才。 1、材料物理专业實验模块的构建 学校是人才培养要结合市场经济对人才的需求，还要能够凸显出专业的特色，以此来综合制定培养的目标，要使得学生具备就业的能力，提高学生的实践能力和创新能力，让学生在面临就业时可以更加具有竞争力。为此，学校应该进行教学改革，改变以往的教学体系，教学中增加实验教学的比重，增设和理论课程相对独立的实验教学模块课程，在对原有的实验进行整合的基础上，新加入了材料科学基础实验模块、工业等离子体以及材料物理专业这三个实验模块。材料科学基础是通过将以往的材料科学基础、磁性材料、测试方法等教材中的实验进行有效的整合，改变其中不适应的部分，比如验证性实验的数量就进行了削减，而加大了综合性、设计性实验的教学内容，多增加了这些实验的数量，这些内容都是为了让学生真正认识到材料的性能以及学会该如何应用，这一单独的模块是为了要学生能够学会基本材料类这类型实验的具体实验操作和技能。根据当前我国的能源使用情况，可以看出新能源的发展潜力无疑是巨大的，国家也非常重视这一类能源。而等离子技术则是新能源生产的最有效的方法，学校在这方面可以利用自己的优势，大力发展离子技术以及应用方面的研究和教学。学校也就本专业的就业情况进行了实地的调研，并且分析了结果，因此为了增强学生的竞争力，就需要加大教学的力度，构建这方面的实验模块，注重这一技术在材料与工程领域中的作用，在等离子相关的内容上增加实验，比如真空技术、改性技术、细微加工等，开设的模块要具有其各自的特色。除此之外，还需要依据专业的定位，能够以就业为目标，设置材料物理专业实验模块。这一模块设置的时候需要能够考虑其完整性，要有设备的性能、基本维护、材料合成工艺、结构、表征、性能、应用方面都要涉及到，注重过程的完整性，在工程实践的过程中，如果在的单一的实验中去解决具体的问题，则可以提升教学的效果，体现出其的实验性。后面工业等离子体以及学科专业实验则是关于教师的科研的，要以此为平台，这种实验模块中，可以更加体现出学生的主体性，学生可以自由的设计实验以及操作实验，这种自由的设计和操作可以有效的让学生树立创新的意识，进而提高自己的实验操作能力以及创新的能力。这三个模块的教学应该多增加一些课时，形成逐层递进的多模块实验教学体系。 2、实验模块教学的具体实施方法
统计物理试题
一．简要回答下列问题 a) 等几率原理 b) 能量均分定理 c) 玻色--爱因斯坦凝聚 d) 自发对称破缺 二.设有N 个定域粒子组成的系统，粒子之间相互作用很弱，可以忽略。设粒子只有三个非简并能级，能量分别为,0,εε-，系统处于平衡态，温度为T 。求： (1） 系统的配分函数和熵S 的表达式; (2) 内能U 及热容C （T ），并求其0T T →→∞与的极限 (3) 0 ()/?dT C T T ∞ =? 三.N 个二维各向同性简谐振子组成的近独立粒子系统处于平衡态（温度为T ），假设粒子遵 从Boltzmann 分布，其能量表达式是2 22221()()22 x y m p p x y m ωε=+++，量子化的本征能级是(1)n E n ω=+，其中n=0，1，2， 。。。。。 （1） 在什么条件下简谐振子能级量子化效应可以忽略？ （2） 分别在高温和低温条件下，计算系统的内能和热容量 提示：高温条件可直接利用能量均分定理; 低温条件首先要计算系统的配分函数 四.考虑二维自由电子气体系统，其能量色散关系为()22/2p x y p p m ε=+,m 为常数，设面积为S ，总的粒子数为N (1）求零温下系统的化学势(0)μ及内能U (2）不用计算，从物理分析判断低温下定容热容量与温度的关系是什么? 为什么? 五. 铁磁固体低温下的元激发称为自旋波，它可以看作是一种粒子数不守恒的玻色型元激发，其能谱为r p αε=，其中 ||p p → =, α 和 r 均为常数。 (1) 求这种元激发的态密度)(εD ； （2） 实验发现在足够低的温度下，热容2/3~T C ，试由此确定r 。
材料物理 题库
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( )。
材料物理科学基础 = 1 ROMAN I课程教学大纲
材料物理科学基础I课程教学大纲 课程名称：材料物理科学基础I 课程编号：02100050 英文名称：Foundation of Materials Science I 学时：56学时学分：3.5学分开课学期：第五学期 适用专业：材料物理 课程类别：必修 课程性质：专业基础课 先修课程：高等数学、大学物理、物理化学、材料力学。 教材：《材料科学基础》赵品谢辅洲主编哈尔滨工业大学出版社 一、课程的性质及任务 本课程是是材料物理专业的一门重要的专业技术基础课程。 课程的目的及任务：其目的是使学生通过本课程的学习，了解并掌握常用的工程材料基本原理、主要类型（包括金属材料、非金属材料和复合材料等）以及主要的性能特点和适用范围，从而为在实际的工程应用中合理的设计并使用各种材料奠定良好的基础。本课程的具体任务是：熟悉常用工程材料的基本原理；熟悉常用材料的成分、组织结构与性能间的关系，以及有关的加工工艺的影响；初步掌握常用工程材料的性能和应用，并初步具备选用常用材料的能力。 二、课程内容及学习方法 1、材料的结构 材料的结合方式。 晶体学基础。 材料的晶体结构。 2、晶体缺陷 点缺陷：点缺陷的类型及形成，点缺陷的运动及平衡浓度，点缺陷对性能的影响。 线缺陷：位错的基本概念，位错的运动，位错的弹性性质，实际晶体中的位错。 面缺陷：外表面，晶界与亚晶界。 3、扩散 扩散定律：菲克第一定律，菲克第二定律，扩散方程在生产中的应用举例，扩
散的驱动力及上坡扩散。 扩散机制：间隙扩散，置换扩散，扩散系数公式。 影响扩散的因素：温度，固溶体类型，晶体结构，浓度，合金元素的影响，短路扩散。 反应扩散。 4、钢的热处理原理与工艺 固态相变概论。 钢在加热时的转变：奥氏体的形成过程，奥氏体晶粒长大及其控制。 钢在冷却时的转变：冷却条件对钢性能的影响，过冷奥氏体等温转变曲线，影响过冷奥氏体等温转变的因素，过冷奥氏体连续冷却转变曲线。 珠光体转变：珠光体的组织形态、结构和性能，珠光体的形成，非共析钢先共析相的形成。 马氏体转变：钢中马氏体的晶体结构，钢中马氏体转变的主要特点，钢中马氏体的形态及亚结构，马氏体的性能，奥氏体稳定化和残余奥氏体。 贝氏体转变：贝氏体转变的基本特征，贝氏体形态，贝氏体的形成过程，贝氏体的力学性能。 淬火钢的回火转变：淬火碳钢回火时的组织转变，回火组织与性能，回火脆性。 钢的退火与正火：钢的退火及应用，钢的正火及应用。 钢的淬火与回火：钢的淬火，钢的回火。 钢的表面热处理：钢的表面淬火，钢的化学热处理。 其他热处理与表面热处理新技术。 5、工业用钢 钢的分类及编号：钢的分类，钢的编号。 合金元素在钢中的作用：合金元素在钢中的分布，合金元素对相变的影响。 工程结构钢：普通质量碳素结构钢，低合金结构钢。 机器结构钢：概述，调制钢，渗碳钢，弹簧钢，滚动轴承钢。 工具钢：刃具钢，模具钢，量具钢。 特殊性能钢：不锈钢，耐热钢，其他特殊性能的钢及合金。 6、铸铁 概述：铸铁的分类，铁碳合金双重相图和铸铁的石墨化，铸铁的组织与性能。 常用普通铸铁：灰口铸铁，可锻铸铁，球墨铸铁。 特殊性能铸铁：耐磨铸铁，耐热铸铁，耐蚀铸铁。 三、课程的教学要求 1、材料的结构 材料的结合方式，晶体学基础，材料的晶体结构。
专业实验(材料物理)-中文版
专业物理实验（材料物理） 课程代码：83070100 课程名称：专业物理实验（材料物理） 英文名称：Specialized Physics Experiments（Materials Physics） 学分：2 开课学期：第10学期 授课对象：应用物理专业本科学生先修课程：材料物理方面的基础课 课程主任：李延辉，实验师，硕士 课程简介： 《专业物理实验（材料物理）》是应用物理学专业学生的一门重要专业实践课。本课程主要包括若干与材料物理科学紧密结合的实验专题，如薄膜材料的制备和表征，各种电子器件的测试等。在本课程中，学生会首次接触并操作某些大型科研设备，如磁控溅射仪，椭偏仪，傅里叶红外变换光谱仪等。本课程所涉及的实验内容具有很强的综合性和专业性，并能够提供给学生了解和使用大型科研设备的机会。通过本课程的学习，会提高学生的科学研究和实践能力，有利于学生今后的工作和深造。 课程考核： 课程最终成绩=平时成绩*50%+实验报告成绩*50%； 平时成绩由出勤率、实验完成情况决定； 指定教材： [1]《应用物理专业实验讲义》.空间科学与物理学院,2008. 参考书目： [1] A. Wagendristel，Y. Wang, An Introduction to Physics and Technology of Thin
Films. London: World Scientific Publishing, 1994 [2] 沈伟东，刘旭，朱勇，邹桐，叶辉，顾赔夫.用透过率测试曲线确定半导体薄膜的光学常 数和厚度.半导体学报.2005，26(2)，335-340 [3] 陆婉珍，袁洪福，徐广通等．现代近红外光谱分析技术．北京：中国石化出版社，2000. [4] 刘卓健，唐振方，孙汪典, 椭偏测厚仪测量结果的计算机数据处理, 表面科学2003, (2) ,57-61
热力学统计物理精彩试题
简述题 1. 写出系统处在平衡态的自由能判据。 一个处在温度和体积不变条件下的系统，处在稳定平衡态的充要条件是，对于各种可能的有限虚变动，所引起的自由能的改变均大于零。即0F ?>。 2. 写出系统处在平衡态的吉布斯函数判据。 一个处在温度和压强不变条件下的系统，处在稳定平衡态的充要条件是，对于各种可能的有限虚变动，所引起的吉布斯函数的改变均大于零。即0G ?>。 3. 写出系统处在平衡态的熵判据。 一个处在内能和体积不变条件下的系统，处在稳定平衡态的充要条件是，对于各种可能的有限虚变动，所引起的熵变均小于零。即 0S ?< 4. 熵的统计解释。 由波耳兹曼关系ln S k =Ω 可知，系统熵的大小反映出系统在该宏观状态下所具有的可能的微观状态的多少。而可能的微观状态的多少，反映出在该宏观平衡态下系统的混乱度的大小。故，熵是系统内部混乱度的量度。 5. 为什么在常温或低温下原子内部的电子对热容量没有贡献？ 不考虑能级的精细结构时，原子内的电子激发态与基态的能量差为1~10eV ，相应的特征温度为4 5 K 10~10。在常温或低温下，电子通过热运动获得如此大的能量而跃迁到激发态的概率几乎为零，平均而言电子被冻结基态，因此对热容量没有贡献。 6. 为什么在常温或低温下双原子分子的振动对热容量贡献可以忽略？ 因为双原子分子的振动特征温度3 K θ~10v ，在常温或低温下 kT < 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）材料物理期末考题1