湖南工学院材料物理性能简答题
填空题20个×2’简答题6个×5’作图解释5’+10’计算15’
1.试简述对薛定谔方程
．．．．．的理解。P5
答：一质量为m并在势能为U（x,y,z）的势场中运动的微观粒子，其运动的稳定状态必然与波函数φ（x,y,z)相联系。这个方程的每一解φ（x,y,z)表示粒子运动可能有的稳定态，与这个解相对应的常数E，就是粒子在这种稳态下具有的能量。求解方程时，不仅要根据具体问题写出势函数U，而且为了使φ（x,y,z)是合理的，还必须要求φ是单值、有限、连续、归一化的函数。由于这些条件的限制，只有当薛定谔方程式中能量E具有某些特定值时才有解。这些特定的值叫本征值，而相应的波函数叫做本征函数。
2.什么是霍尔效应？P5
答：取一金属导体，放在与它通过的电流方向相垂直的磁场内，则在横跨样品的两面产生一个与电流和磁场都垂直的电流，这种现象称为霍尔效应。
3.什么叫单电子近似、禁带和允带、能带理论？P13
答：假定固体中的原子核不动，并设想每个电子是在固定的原子核的势场及其他电子的平均势场中运动。这样就把问题简化为单电子问题，这种方法称为单电子近似。用这种方法求出的电子在晶体中的能量状态，将在能级的准连续谱上法会现能隙，即为禁带和允带。因此，用单电子近似处理晶体中电子能谱的理论，称为能带理论。
4.什么叫光学波（光学支格波）和声学波（声频支格波）？P23
答：双原子复式格子的两种格波的振动频率，ω1支格波的频率总比ω2支格波的低。ω2支格波可以用红外光来激发，所以也叫光学支格波（简称光学波）。ω1支格波可以用超声波来激发，也叫声频支格波（简称声学波）。
5.简述爱因斯坦模型
．．．．．．的缺点及原因。P45
答：C v值按指数随温度而变化，而不是从实验中得出的按T3变化的规律。这就使得在低温区域，按爱因斯坦模型计算出的C v与实验值相比，下降太多。这主要是由于爱因斯坦模型的基本假设有问题，实际固体中，各原子的振动不是彼此独立地以同样频率振动，原子振动间有耦合作用，温度低时这一效应尤其显著。此外，爱因斯坦也没有考虑低频率振动，忽略低频率振动之间频率的差别是此模型在低温不准的原因。
6.简述固体材料的热膨胀机理
．．．．．。P49
答:材料的膨胀是由于原子间距增大的结果，而原子间距是指晶格结点上原子振动的平衡位置间的距离。材料温度一定时，原子虽然振动，但它平衡位置保持不变，材料就不会因温度升高而发生膨胀；而温度升高时，会导致原子间距增大。我们可以用如图2–6双原子模型进行示意，设有两个原子，其中一个在b点固定不动，另一个以a点为中心振动，振幅位置如虚线1和2所示。当温度由T1升高到T2时，振幅增大且振动的平衡位置a也向右偏移，从而导致原子间距增大，材料发生膨胀。（图在课本第49页）
7.什么是超导现象
．．．．．．．．．是什么？P109
．．．．，金属产生电阻的原因
答：量子力学证明，在0K下，电子波在理想的完整晶体中的传播将不受阻碍，形成无阻传播，所以电阻为零，这就是所谓的超导现象。当晶体点阵完整性遭到破坏时，电子波将受到散射。在实际金属内部中不仅存在着缺陷和杂质，而且温度不为0K，由于温度引起离子热
振动以及缺陷和杂质的存在，都会使点阵周期性遭到破坏，对电子波造成散射，这是金属产
．．．
生电阻的原因。
．．．．．．．
8.简述冷加工变形引起金属电阻率增大
．．．．．．．．．．．．．．的原因。P121
答：可认为是由于冷加工变形使晶体点阵畸变和晶体缺陷增加，特别是空位浓度的增加，造成点阵电场的不均匀而加剧对电子散射的结果。此外，冷加工变形使原子间距改变，也会对电阻率产生一定的影响。若对冷加工变形的金属进行退火，使它产生恢复和再结晶，则电阻下降。
9.什么是双碱效应，什么是压碱效应？P131
答：双碱效应是指当玻璃中碱金属离子总浓度大（占玻璃组成25%–30%）时，碱金属离子总浓度相同的情况下，含两种碱金属离子比含一种碱金属离子的玻璃电导率要小。
压碱效应是指含碱玻璃中加入二价金属氧化物，特别是重金属氧化物，使玻璃的电导率降低。
10.吸收现象
．．．．产生的原因。P132
答：主要是因为在外电场作用下，瓷体内自由电荷重新分布的结果。当不加电场时，因热扩散，正负离子在瓷体内均匀分布，各点的密度、能级大致一致。但在电场作用下，正负离子分别向负、正极移动，引起介质内各点离子密度变化，并保持在高势垒状态。在介质内部，离子减少，在电极附近离子增加，或在某地方积聚，这样形成自由电荷的积累，称空间电荷，也叫容积电荷。空间电荷的形成和电位分布改变了外电场在瓷体内的电位分布，因此引起电流变化。
11.什么是本征半导体
．．．．．，并归纳其电学特性
．．．．。P135
答：本征半导体是指纯净的无结构缺陷的半导体单晶。
本征半导体的电学特性：○1本征激发成对地产生自由电子和空穴，所以自由电子浓度与空穴浓度相等，都是等于载流子的浓度n i。○2禁带宽度E g越大，载流子浓度n i越小。○3温度升高时载流子浓度n i增大。○4载流子浓度与原子密度相比是极小的，所以本征半导体的导电能力很微弱。
12.什么是n．型半导体
．．．．。P135
答：在本征半导体中掺入五价元素的杂质就可以使晶体中自由电子的浓度极大的增加，这是因为五价元素的原子有五个价电子，当它替换晶格中的一个四价元素的原子时，它只需四个价电子与周围的四个四价元素的原子以共价键相结合，还有一个价电子变成多余的。
13.什么是P．型半导体
．．．．。P136
答：在本征半导体中掺入三价的杂质元素，就可以使晶体中空穴浓度大大的增加。因为三价元素的原子只有三个价电子，当它替换晶格中的一个四价元素的原子时，与周围的四个四价元素的原子组成四个共价键，必然减少了一个价电子，形成一个空位置。
14.与本征半导体
．．．．．相比，杂质半导体
．．．．．（n型半导体和p型半导体）具有哪些特性
．．？P137
答：○1掺杂浓度与原子密度相比虽很微小，但是却能使载流子浓度极大地提高，因而导电能力也显著地增强。掺杂浓度越大，其导电能力也越强。○2掺杂只是使一种载流子的浓度
增加，因此杂质半导体主要靠多子导电。
15.什么是PTC
．．．现象
．．？（可能是填空题）P137
答：价控型BaTiO3半导体最大特征是在材料的正方相→立方相变点（居里点）附近，电阻
率随温度上升发生突变，增大了3–4个数量级，即所谓PTC
．．。
．．．现象
16.什么叫塞贝克（
．．．？P141
．．．．．．．）效应
．．．．Seebeck
答：当两种不同的导体组成一个闭合回路时，若在两接头处存在温度差，则回路中将有电势
及电流产生，这种现象称为塞贝克效应
．．．．．，回路中产生的电势称为热电势，电流称为热电流，上述回路称为热电偶或者温差电池。
17.什么叫温差电位差？温差电位差产生的原因？ P143
答：当一种金属的两端温度不同（即存在温度梯度）时，在引起热流的同时，也将造成自由电子的流动，而这种流动又会引起一种电位差，称为温差电位差。
产生的原因：
18.什么叫玻尔帖效应？P149
答：当电流通过两个不同金属的结点时，除因电流产生的焦耳热外，还要在两接头处额外产生放热或吸热效应，这种现象称为玻尔帖效应。玻尔帖效应可以用接触电位差来解释。19.什么叫汤姆逊效应？P149
答：当电流通过有温差的导体时，会有一横向热流流入或流出导体，其方向视电流的方向和温度梯度的方向而定，此种热电现象称为汤姆逊效应。
20.简述产生接触电位差
．．．．．的原因。P142 P143
21.什么叫磁化？P195
答：任何物质处于磁场中，均会使其所占有的空间的磁场发生变化，这是由于磁场的作用使物质表现出一定的磁性，这种现象称为磁化。通常把能磁化的物质称为磁介质，实际上包括空气在内所有的物质都能被磁化，因此广义上讲都是磁介质。
22.简述物质产生抗磁性的原因
．．．．．．．．。
答：在外磁场作用下，一个电子产生一个附加磁矩Δμ，原子的附加磁矩就是所有电子附加磁矩之和，即在外磁场作用下由于电子轨道运动产生了与外磁场方向相反的附加磁矩，这就是物质产生抗磁性的原因。
23.铁磁性物质的类型及各自的特点。
答：两种类型：一种是本征铁磁性材料，在一定的宏观尺寸范围内，原子的磁矩方向趋向一致，也称为完全铁磁性。另一种是亚铁磁性，是大小不同的原子磁矩反平行排列，二者不能完全抵消，即有净磁矩存在，具有亚铁磁性的典型物质为铁氧体系列，它们作为高技术磁性材料，已受到高度重视。
24.光学谐振腔
．．．．．的作用。
答：1.提供光的正反馈 2.限制或选择光束的方向 3.选择光的模式和振荡频率
25.什么叫色散
．．．．．。
．．？试简述色散的原因
答：材料的折射率随入射光的频率的减小（或波长的增加）而减小的性质，称为材料的色散
．．。
26.什么叫光的散射
．．．．？并说明光的散射产生的原因。
答：材料中如果有光学性能不均匀的结构，都会引起一部分光束偏离原来的传播方向而向四
面八方散开来，这种现象称为光的散射。散射的原因主要是光波遇到不均匀结构产生的次级波，与主波方向不一致，与主波合成出现干涉现象。使光偏离原来的方向。从而引起散射。 27.
作图题并解释
P196图6–1.
P149 对汤姆逊效应的解释和图形（考的可能性很大）
P110图4–4
格波数与晶体的维数和晶胞内原子数的关系表
计算题 课本87页的公式 课本81页的公式
类别 细胞内原子数
原胞数 自由度数
q 数 格波数
声学格波数
光学格波数
单原子链 1 N N N N N 双原子链 2 N 2N N N N 三维晶体
n
N
3nN
N
3N
3(n-1)N