材料物理性能题库
《材料物理性能》题库
一、填空
1．相对无序的固溶体合金，有序化后，固溶体合金的电阻率将。
2．马基申定则指出，金属材料的电阻来源于两个部分，其中一个部分对应于声子散射与电子散射，此部分是与温度的金属基本电阻，另一部分来源于与化学缺陷和物理缺陷而与温度的残余电阻。
3．某材料的能带结构是允带内的能级未被填满，则该材料属于。
4．离子晶体的导电性主要是离子电导，离子电导可分为两大类，其中第一类源于离子点阵中基本离子的运动，称为或，第二类是结合力比较弱的离子运动造成的，这些离子主要是，因而称为。在低温下，离子晶体的电导主要由决定。
5．绝缘体又叫电介质，按其内部正负电荷的分布状况又可分为，，与。
6．半导体的导电性随温度变化的规律与金属，。在讨论时要考虑两种散射机制，即与。
7．超导体的三个基本特性包括、与。金属的电阻
8．在弹性范围内，单向拉应力会使金属的电阻率；单向压应力会使率。
9．某合金是等轴晶粒组成的两相机械混合物，并且两相的电导率相近。其中一相电导率为σ1，所占体积分数为φ，另一相电导率为σ2，则该合金的电导率σ= 。
10．用双臂电桥法测定金属电阻率时，测量精度不仅与电阻的测量有关，还与试样的的测量精度有关，因而必须考虑的影响所造成的误差。
11．适合测量绝缘体电阻的方法是。
12．适合测量半导体电阻的方法是。
13．原子磁矩包括、与三个部分。
14．材料的顺磁性来源于。
15．抗磁体和顺磁体都属于弱磁体，可以使用测量磁化率。
16．随着温度的增加，铁磁体的饱和磁化强度。
17．弹性的铁磁性反常是由于铁磁体中的存在引起所造成的。
18．奈尔点是指。
19．磁畴畴壁的厚度是由交换能与的平衡决定的。
20．在弹性范围内，当应力方向与铁磁性金属磁致伸缩为同向时，则应力对磁化有作用，反之起作用。
21．从微观上分析，光与固体材料的相互作用，实际上是光子与固体材料中的原子、离子与电子的相互作用，这种作用有两个重要的结果是与。
22．美丽的彩虹是光的现象。
23．散射前后，光的波长（或光子能量）不发生变化的散射称为。
24．散射前后，光的波长（或光子能量）发生变化的散射称为。
25．发光材料的发射光谱是指。
26．晶体结构的各向异性不仅能产生折射率的各向异性，即现象，也能产生吸收率的各向异性，即。
27．影响介质折射率大小的因素有以下四个方面：；；；以及。
28．致密的陶瓷砖也能承受热处理炉内壁的高温，为何要用多孔的耐火砖？这是因为多孔耐火砖的要好于致密的同类陶瓷材料。
二、判断
1离子晶体的导电性主要是离子电导，离子电导可分为两大类，其中第一类是离子固有电导与本征电导，只要在高温下，本征电导才比较显著。第二类是杂质电导。
2随着温度上升，本征半导体与金属材料的电阻率的变化情况是一样的。
3绝缘体又叫电介质，按其内部正负电荷的分布状况又可分为中性电介质、偶极电介质与共价型电介质。
4电子极化所需时间短于空间电荷极化。
5原子磁矩包括电子轨道磁矩，电子自旋磁矩与原子核磁矩。
6抗磁体与顺磁体均属于弱磁体，可以采用磁天平方法测量磁化率。
7蓝天之所以呈现蓝色，是因为大气对太阳光的瑞利散射。
8发光二极管的发光，是热力学平衡辐射。
9在材料对光的吸收现象中，材料的吸收系数与光波长无关，对可见光透明的玻璃，对于红外线与紫外线同样是透明的。
10固体的导热包括电子导热、声子导热与电子-声子混合型导热。
11固体材料的原子间结合力越强，熔点越高，弹性模量越大。
12半导体的禁带宽度大于绝缘体的禁带宽度。
13冷加工变形一定会使金属的电阻率增大。
14反铁磁体的磁化率与温度无关。
15铁磁体的磁畴数量以及分布是由静磁能与退磁能的平衡决定。
16白云之所以是白色，是因为云朵对太阳光的瑞利散射。
17日光灯与发光二极管的发光都是热力学平衡辐射。
18固体材料的原子间结合力越强，热膨胀系数越大。
19饱和磁化的铁磁体在发生弹性变形时，会发生弹性的铁磁性反常现象。
20随着温度上升，本征半导体与金属材料的电阻率的变化情况是一样的。
21冷变形加工一定会引起金属材料电阻率的上升。
22在金属与半导体中掺入杂质，对电阻造成的影响是相同的。
23白炽灯的发光是热力学平衡辐射。
24绝缘体材料石英对红外、可见光、紫外线的吸收系数都很线小。
25弹性的铁磁性反常来源于铁磁体中的磁致伸缩效应。
三、选择
1．半导体的禁带宽度__________绝缘体的禁带宽度。
A．大于B．小于C．等于D．不能确定
2．从低温区开始，随着温度的上升，N型半导体的电阻率随温度的变化规律是________。A．一直增大B．一直减小
C．先增大，再减小，再增大D．先减小，再增大，再减小3．在评价电介质的主要电学性能指标中，属于导电性性能指标的是_________。
A．介电常数B．耐电强度C．损耗因素D．体电阻率与表面电阻率4．不考虑过渡族金属的反常情况，在徳拜温度以上，金属的电阻率随温度的上升而____ ______。
A．减小B．增大C．先增大后减小D．不能确定
5．在金属和本征半导体中掺入杂质时，电阻率的变化情况，以下表述正确的是__________。A．电阻率都会增大
B．电阻率都会减小
C．金属掺入杂质后，电阻率增大；本征半导体掺入杂质后，电阻率减小
D．金属掺入杂质后，电阻率减小；本征半导体掺入杂质后，电阻率增大
6．关于影响金属导电性的因素，以下表述中正确的是__________。
A．弹性范围内的单向拉应力会使金属电阻率减小，单向压应力会使金属电阻率增大B．冷加工变形不一定会使金属电阻率增大
C．任何情况下，多相合金的导电性与只与各组成相的导电性以及相对含量有关，与合金的组织形貌无关
D．当两种金属原子组成化合物时，其导电性要比纯组元的导电性好很多
7．对于顺磁体与抗磁体，下面表述正确的是__________。
A．正常顺磁体的磁化率随温度变化而变化，反常顺磁体的磁化率与温度无关
B．不论是正常顺磁体，还是反常顺磁体，其磁化率都随温度变化而变化
C．正常抗磁体的磁化率随温度变化而变化，反常抗磁体的磁化率与温度无关
D．不论是正常抗磁体，还是反常抗磁体，其磁化率都不随温度变化，与温度无关
8．对于亚铁磁体的磁化率，下面表述正确的是__________。
A．与温度无关
B．从0K开始，随温度上升而增大
C．从0K开始，随温度上升而减小
D．不能确定与温度有何种关系
9．铁磁材料中，人们通常将矫顽力H c大而磁化率χ小的材料称为__________。
A．硬磁材料B．软磁材料C．矩磁材料D．不能确定10．铁磁体的磁畴数量以及分布主要由____________与____________的平衡决定。
A．交换能、磁晶各向异性能
B．静磁能、畴壁能
C．退磁能、畴壁能
D．磁晶各向异性能、退磁能
11．关于铁磁性的测量问题，下面论述中错误的是____________。
A．磁转矩仪可以用来测定铁磁材料的饱和磁化强度
B．在冲击法中，利用闭路环形试样测定磁化曲线与磁滞回线的方法，可以用于测定硬磁材料
C．磁天平法可以用于测量铁磁性
D．示波器法可以用于测量铁磁材料的动态磁化特性
12．云朵为何是白色的？这是因为云朵对太阳光的_________。
A．廷德尔散射B．瑞利散射C．吸收D．折射
13．宝石之王碧玺（学名电气石），制成1毫米厚度的碧玺薄片，白光透过之后变成了黄绿色，这是因为碧玺的_________造成的。
A．透射特性B．双折射C．二向色性D．折射
14．发光材料的_____ ____是指材料发射某一种特定谱线（或谱带）的发光强度随激发光波长而变化的曲线。
A．发射光谱B．激发光谱C．吸收光谱D．激射光谱15．实现光放大的必要条件是____________。
A．电激发或者光激发B．光学谐振腔
C．合适的材料D．粒子数反转
16．____________不是固体激光器出射激光的必要条件。
A．粒子数反转B．光放大超过光吸收
C．光学谐振腔D．激活介质被加热到足够温度17．关于材料的热容，以下描述中正确的是_________。
A．因电子热容贡献，金属的热容在接近0K的极低温度下不符合徳拜T3律
B．经典热容理论能够解释固体摩尔定容热容C V, m在低温下随温度降低而减小的试验事实C．关于合金热容的奈曼-考普定律同样适用于铁磁合金
D．爱因斯坦量子热容理论比徳拜量子热容理论更符合试验结果
18．致密的陶瓷砖也能承受热处理炉内壁的高温，为何要用多孔的耐火砖？这是因为多孔耐火砖_________。
A．熔点高B．热稳定好C．韧性好D．弹性模量高19．关于影响材料弹性模量的因素，以下表述中正确的是_________。
A．温度升高，材料的弹性模量上升
B．温度升高，材料的弹性模量下降
C．相变对材料的弹性模量没有影响
D．所有固溶体合金的弹性模量与溶质浓度均呈直线或者近似直线的关系，没有任何例外20．关于材料的弹性与滞弹性，以下描述中错误的是_________
A．实际弹性体，在弹性范围内，其应变不仅与应力有关，而且与时间有关
B．未磁化或者未饱和磁化的铁磁材料在发生弹性变形时，会产生弹性的铁磁性反常C．去除应力后，应变会立即消失
D．在应力循环中，滞弹性会导致外界能量的损耗
21．温度升高时，本征半导体的载流子浓度将会_________。
A．增大B．减小C．不变D．不能确定
22．关于导电性的测量，下面论述正确的是__________。
A．用双臂电桥法测定金属电阻率时，只需要考虑测量电阻的精度，不用考虑试样尺寸B．电位差计测量方法的优点是导线和引线的电阻不影响电位差计的电势U x与U N的测量C．直流四探针法不能用于半导体电阻的测量
D．冲击检流计法不能用于绝缘体电阻的测量
23．绝缘体一般是指电阻率大于__________的材料。
A．109Ω·m B．1010Ω·m C．1011Ω·m D．1012Ω·m 24．随着交流电交变频率的增大，电介质的介电损耗_________。
A．单调增大B．单调减小C．先增大后减小D．先减小后增大25．金属材料发生应力疲劳时，其电阻率会__________。
A．减小B．增大C．先增大后减小D．不能确定
26．Ar（氩）原子的所有壳层都被电子填满，因此氩气属于__________。
A．顺磁体B．抗磁体C．铁磁体D．不能确定
27．关于于抗磁体，下面表述正确的是__________。
A．正常抗磁体的磁化率随温度变化而变化，反常抗磁体的磁化率与温度无关
B．不论是正常抗磁体，还是反常抗磁体，其磁化率都随温度变化而变化
C．正常抗磁体的磁化率与温度无关，反常抗磁体的磁化率随温度变化而变化
D．不论是正常抗磁体，还是反常抗磁体，其磁化率都不随温度变化，与温度无关
28．对于铁磁体的饱和磁化强度，下面表述正确的是__________。
A．与温度无关B．随温度上升而增大
C．随温度上升而减小D．不能确定与温度有何种关系
29．对于反铁磁体的磁化率，下面表述正确的是______。
A．与温度无关
B．从0K开始，随温度上升而增大
C．从0K开始，随温度上升而减小
D．从0K开始，随温度上升先增大，后减小
30．铁磁材料中，人们通常将矫顽力H c很小而磁化率χ很大的材料称为__________。A．永磁材料B．硬磁材料C．软磁材料D．矩磁材料31．关于影响铁磁性与亚铁磁性的因素，下面论述中错误的是____________。
A．温度越高，铁磁体的饱和磁化强度M s越低
B．温度越高，亚铁磁体的饱和磁化强度M s越低
C．冷加工变形将使铁磁体的磁导率μm下降，矫顽力H c上升
D．在铁磁金属中溶入顺磁或者抗磁金属形成置换固溶体时，饱和磁化强度M s一定会降低32．晶粒细化对铁磁性材料的影响是__________。
A．矫顽力与磁滞损耗变小，磁导率变大
B．矫顽力与磁滞损耗变大，磁导率变小
C．矫顽力、磁滞损耗与磁导率都变小
D．矫顽力、磁滞损耗与磁导率都变大
33．在以下测量铁磁体磁特性的方法中，____________是动态磁特性的测量方法。
A．冲击法B．热磁仪测量法
C．示波器法D．振动样品磁强计法
34．Ni是____________。
A．铁磁体B．亚铁磁体C．反铁磁体D．顺磁体35．在接近饱和的磁化状态下，铁磁体各磁畴的磁矩方向在外加磁场方向和晶体易磁化方向之间，此时，磁畴磁矩方向是由____________与____________的平衡决定。
A．交换能、磁晶各向异性能
B．静磁能、退磁能
C．退磁能、畴壁能
D．静磁能、磁晶各向异性能
36．关于铁磁性的测量问题，下面论述中正确的是____________。
A．磁转矩仪不能用于测定铁磁材料的饱和磁化强度
B．在冲击法中，利用闭路环形试样测定磁化曲线与磁滞回线的方法，既可以用于测定软磁材料，又可以用于测定硬磁材料
C．磁天平法可以用于测量铁磁性
D．示波器法不能用于测量铁磁材料的动态磁化特性
37．光与物质相互作用有_________三种过程。
A．受激吸收、自发辐射、受激辐射
B．自发吸收、受激吸收、自发辐射
C．自发吸收、自发辐射、受激辐射
D．自发吸收、受激吸收、受激辐射
38．某光纤的纤芯折射率为n1，包层折射率为n2（n1> n2）。则光从空气进入芯部形成全反射的临界角φ=____________。（空气折射率近似为1）
A．B．
C ．21arcsin n n ?? ???
D ．21arccos n n ?? ??? 39．钻石之所以璀璨夺目，是因为_________，从而切割钻石时，可使进入的光线全反射并经色散后向其顶部射出，因而看起来光彩四射。
A ．钻石折射率很小，故钻石对空气的临界角很大，可以形成全反射
B ．钻石折射率很大，故钻石对空气的临界角很小，容易形成全反射
C ．钻石具有双折射特性
D ．钻石具有二向色性
40．皑皑白雪为何是白色的？这是因为白雪对太阳光的_________。
A ．廷德尔散射
B ．瑞利散射
C ．吸收
D ．折射
41．关于固体激光器出射激光的必要条件，以下论述中正确的是_________。
A ．只要形成光放大即可，无需考虑吸收与损耗
B ．激活介质必须形成粒子数反转
C ．可以不要光学谐振腔
D ．激活介质必须要被加热到足够温度
42．关于材料的热膨胀，以下描述中正确的是_________。
A ．膨胀系数随温度的变化规律与热容随温度的变化规律截然不同
B ．金属熔点越高，膨胀系数越大
C ．金属发生同素异构转变时，由于晶体结构类型的变化伴随着金属比体积发生突变，引起线膨胀系数发生不连续变化
D ．在元素周期表中，膨胀系数随元素的原子序数呈现明显的周期性变化，其中碱金属的线膨胀系数最小，过渡族元素的线膨胀系数较大
43． _________不是金属的热电效应。
A ．塞贝克效应
B ．洛伦兹效应
C ．帕尔贴效应
D ．汤姆逊效应
44．如何提高陶瓷材料的抗热冲击断裂性能？以下措施中错误的是________。
A ．提高材料强度
B ．提高材料的热导率
C ．提高材料的热膨胀系数
D ．减小表面热传递系数
45．关于材料的滞弹性与内耗，以下描述中错误的是_________
A ．实际固体材料，即使是在弹性范围内振动，也并不是完全弹性的
B ．滞弹性会引起滞弹性内耗，其能量损耗的大小与应力-应变回线的面积有关
C ．去除应力后，应变也不立即消失，而是先消失一部分
D ．金属中只存在滞弹性内耗，不存在静滞后型的内耗
46．以下关于交流动态磁滞回线的论述，错误的是___________。
A ．交流动态磁滞回线的形状与磁场变化的频率以及波形有关
B ．交流动态磁滞回线的形状与磁场强度有关
C ．当外加磁场交变频率上升时，呈现椭圆回线的磁场强度范围会扩大
D ．当外加磁场交变频率上升时，各磁场强度下，回线的矩形比将降低
47．关于材料的热膨胀，以下描述正确的是_________。
A ．在元素周期表中，同一周期中过渡族元素的线膨胀系数大，碱金属的线膨胀系数小
B ．膨胀系数随温度变化的规律与热容随温度变化的规律截然不同
C ．结合能越大，材料熔点越高，热膨胀系数越小
D．离子晶体的热膨胀系数大于分子晶体
48．现代航天飞行器往往需要存储液态氢燃料，因而需要热导率很低的材料。航天飞机和宇宙飞船再入大气层时的防热材料也必须满足热导率很低这一要求。这种低热导材料_________。
A．是金属，金属主要以电子热导为主，声子热导为辅
B．是非金属材料，基本没有电子热导
C．在低温下就以光子热导为主
D．只要高熔点，热稳定性好即可
49．随着温度的升高，材料的弹性模量会_________。
A．增大B．减小C．不变D．不能确定50．关于材料的滞弹性，以下描述中错误的是_________。
A．实际固体材料，即使是在弹性范围内振动，也并不是完全弹性的
B．实际弹性体，在弹性范围内，其应变不仅与应力有关，而且与时间有关
C．去除应力后，应变也不立即消失，而是先消失一部分
D．在应力循环中，滞弹性不会导致外界能量的损耗
四、解答/计算（全部是作业题）
1．电介质的极化形式有哪些？每一种极化形式有何特点？
答：电介质的极化形式包括电子式极化、离子式极化、偶极子极化与空间电荷极化。这些极化形式的特点如下：
电子式极化：在电场作用下，构成介质原子的电子云中心与原子核发生相对位移，形成感应电偶极矩而使介质极化的现象称为电子式极化。电子式极化形成过程很快，仅需10-14~10-16s。这种极化是完全弹性的，即外电场消失会立即恢复原状，且不消耗任何能量。
离子式极化：在离子晶体中，除离子中的电子要产生位移极化外，处于点阵结点上的正负离子也要在电场作用下发生相对位移而引起极化，这就是离子是极化，又称离子位移极化。（1分）这种极化根据离子位移的大小以及取消外电场后能否恢复原位又分为：（1）离子弹性位移极化，这种极化过程也很快，约10-12~10-13s，也是不消耗能量，这种极化因离子间束缚力很强，离子位移有限，一旦撤去外电场后又会恢复原状。（2）热离子极化，在离子晶体中，往往有一定数量的束缚力较弱的离子，它们在热能影响下会做无规则的跳跃迁移，无外电场时，这种迁移沿各个方向的概率相同，故无宏观电矩；在加外电场后，由于正负离子沿外电场正向或者逆向迁移的概率增大，因此形成了正负离子的分离而产生介质极化，这种极化建立过程较长，约10-2~10-5s，有极化滞后现象。
偶极子极化：在极性分子晶体中，偶极分子无外电场时，就有一定的电偶极矩p。无外电场时，因为热运动，各分子偶极矩取向是完全随机的，宏观电偶极矩为零。但因有外电场时，由于偶极子要受到转矩的作用，有沿电场方向排列的趋势而形成极化。这种极化所需时间较长为10-2~10-10s。且极化是非弹性的。即撤去外电场后，偶极子不能恢复原状。在极化过程中要消耗能量。
空间电荷极化。在一部分电介质中存在可移动的离子，在外电场作用下，正离子将沿负电极方向移动并积累，负离子将沿正离子方向移动并积累，这种正负离子分离所形成的极化就是空间电荷极化。这种极化所需时间最长，约10-2s。
2．试说明马基申定则的内容。从该定则可以看出，在低温和高温时，金属的电阻率分别主
要由什么决定？
答：金属材料的电阻来源于三种散射：电子散射、声子散射，和电子在杂质与缺陷上的散射。其中电子散射和声子散射与温度有关，而电子在杂质与缺陷上的散射与温度无关，这也是0K 下金属材料有残余电阻的实质因此可以将金属材料的电阻率写成两个部分：与温度有关的金属基本电阻和与温度无关的又杂质与缺陷引起的电阻，这就是马基申定则，即
(T)'ρρρ=+
式中，(T)ρ为与温度有关的金属基本电阻，'ρ为决定于化学缺陷（包括杂质原子）和物理缺陷而与温度无关的残余电阻。由马基申定则可以看出，在高温时金属的电阻取决于金属基本电阻(T)ρ，而低温时取决于残余电阻'ρ。
3．试分别说明抗磁体、顺磁体、铁磁体、亚铁磁体、反铁磁体的磁化率与温度的关系。它们的磁矩分布有何特点？
答：（1）抗磁体的磁化率是一个很小的负数，其绝对值约10-6数量级。根据磁化率与温度的关系又可分为：a ）经典抗磁体，它的磁化率不随温度变化； b ）反常抗磁体，它的磁化率随温度变化而变化。抗磁体的磁矩分布特点是：原子的电子壳层已经填满，电子轨道磁矩与自旋磁矩之和为零，这时在没有外磁场的情况下，原子不具有磁性，在外加磁场条件下，总磁矩为零的满壳层原子也会体现出磁矩，这是因为外加磁场感应的轨道磁矩增量对磁性的贡献。
（2）顺磁体，磁化率为正值，其绝对值约10-3~10-6数量级。根据磁化率与温度的关系又可分为：a ）正常顺磁体，它的磁化率与温度的关系满足居里-外斯定律； b ）反常顺磁体，它的磁化率与温度无关。顺磁体的磁矩分布特点是：顺磁性来源于原子的固有磁矩，不加外磁场时，因为热运动，原子磁矩呈现混乱分布，宏观原子磁矩之和为零。当加上外磁场时，外磁场要使原子磁矩转向外磁场方向，结果使得总磁矩大于零而表现出正向磁化。
（3）铁磁体，磁化率为很大的正数，且磁化强度M 与磁感应强度B 与外加磁场强度H 呈非线性变化。当温度高于某临界温度（居里点）时，铁磁体变为顺磁体。当温度升高时，原子间距加大，降低了交换作用，同时热运动不断破坏原子磁矩的规则取向，因而磁化率下降，直到高于居里点完全破坏，铁磁性就不存在了。铁磁体的磁矩分布特点是：存在交换作用导致的自发磁化，原子磁矩有序排列在同一方向。
（4）亚铁磁体，磁化率没有铁磁体那么大，但是磁性与铁磁体类似，随温度升高，磁化率下降，当温度高于某临界温度（居里点）时，亚铁磁体变成顺磁体。亚铁磁性物质由两种磁矩大小不同的离子组成，相同磁性的离子磁矩同向排列，不同磁性的离子磁矩反向排列。由于两种离子的磁矩不相等，反向平行的磁矩就不能恰好抵消，二者之差表现为宏观磁性，这就是亚铁磁性。
（5）反铁磁体，磁化率为一个很小的正数，在低于某个温度时，它的磁化率随温度的上升而增大，当高于某个温度时，其行为又像顺磁体，随温度升高，磁化率又会减小。（0.5分）反铁磁体的磁矩分布特点是：原子磁矩取向是反向平行排列，相邻原子磁矩相等，原子磁矩相互抵消，自发磁化强度等于零。
4．名词解释：色散；双折射；二向色性；瑞利散射；激活介质；激光。
答：（1）色散：材料的折射率随入射光频率的减小（或波长的增大）而减小的性质，称为折
射率的色散。
（2）双折射：一束光通过各向异型的介质表面时，折射光会分成两束沿不同方向传播，这种一束光折射后分成两束光的现象称为双折射。
（3）二向色性：晶体结构的各向异性不仅能引起折射率的各向异性，也引起吸收率的各向异性，这就是二向色性。
（4）瑞利散射：当散射中心的线度远小于入射光波长的时候，散射强度与波长的4次方成反比，这就是瑞利散射。
（5）激活介质：实现粒子数反转的介质对光有放大作用，称为“激活介质”，它是能够产生光的受激辐射并起放大作用的物质体系。
（6）激光：在外来光子的激发下诱发电子能态的转变，从而发射与外来光子频率、相位、传输方向以及偏振态均相同的相干光波。
5．使用某材料屏蔽X 射线，该材料对X 射线的吸收系数为1cm -1，如果要使99%的X 射线不能穿过它，试计算该材料的厚度至少是多少？（对数表ln90=4.49；ln100=4.61；ln110=4.7） 答：设X 射线起始强度为I 0，透过厚度为l 的材料之后的强度为I ，材料的吸收系数为α，根据朗伯特定律，有
0l I I e α-=
因此有
01ln I l I α=
根据题意，α = 1cm -1，在达到要求的最小厚度条件下，00(199%)100I I I =-=
，代入上式即可得到所需的最小厚度
l min =4.61 cm.
6．试述光与物质作用的三个过程。
答；光与物质相互作用的三个过程包括受激吸收、自发辐射与受激辐射。受激吸收就是固体吸收一个光子的过程，光子能量h ν=E 2-E 1，固体中一个电子的能级由E 1跃迁到E 2；自发辐射就是固体发射一个光子的过程，光子能量h ν=E 2-E 1，固体中一个电子的能级由E 2跃迁到E 1；（2分）受激辐射过程是，当一个能量满足h ν=E 2-E 1的光子趋近于高能级E 2的原子时，有可能诱导高能级原子发射一个和自己性质完全相同的光子（同时该高能级原子的电子由E 2跃迁到E 1），此受激辐射的光子与入射的光子具有相同的频率，方向和偏振状态。受激辐射是一种相干过程，一个入射光子被放大为两个光子，若此过程继续，则入射光子数目成等比级数的放大。由此可以看出，受激辐射是受激吸收的逆过程，它的发生使高能级的原子数减少。
7．在金属与本征半导体中掺入杂质，会对电阻率带来的什么样的影响？为什么会有这种影响？
答：在金属中掺入杂质，会使电阻率增大；而在本征半导体中掺入杂质，会使电阻率减小。这是因为杂质对于金属而言属于化学缺陷，杂质的引入会加大电子在杂质与缺陷上的散射程度，因而引起电阻率的增大。）而对于本征半导体而言，掺杂都会使得载流子浓度急剧增加，载流子浓度增大远远超过了杂质引入导致的散射增强，因而总体效果是电阻率减小。
8．试说明铁磁体的技术磁化过程。
答：铁磁体的技术磁化过程大体分为三个阶段。第一阶段对应于刚开始所施加外磁场尚比较弱时，在弱磁场作用下，对与自发磁化方向成锐角的磁畴，因为静磁能低的有利地位就会发生扩展，而呈钝角的磁畴则缩小，这个过程是磁畴壁的迁移来完成的，材料表现出微弱的磁性，这一阶段磁畴壁的移动是可逆的，如此时撤去外磁场，则磁畴结构与宏观磁化都恢复到起始状态。这就是第一阶段的畴壁可逆迁移区。如果此时继续增强外磁场，则畴壁将发生瞬时的跳跃。换言之，某些与外加磁场成钝角的磁畴瞬间转向与磁场成锐角的易磁化方向，这个过程的壁移是以不可逆的跳跃式进行，称为巴克豪森跳跃。假如在此时减弱外磁场，则铁磁体的磁状态将偏离原先的磁化曲线，呈不可逆过程的特征。这就是第二阶段的磁畴不可逆迁移区。继续增强外磁场，当所有磁畴都转向与磁场成锐角的易磁化方向后成为单畴。因为易磁化方向与外加磁场不一致，如果再增强外磁场，磁矩将逐渐转向外磁场方向，因为这一过程磁场要为增加磁晶各向异性能做功，故转动很困难，磁化的增加比较微弱，当磁畴的磁化强度矢量与外磁场方向完全一致（或基本一致）时，磁化达到饱和，即磁饱和状态。这就是第三阶段的畴转磁化区。
9．影响介质折射率的因素有哪些？这些因素是如何影响折射率的？
答：影响介质折射率的因素有构成材料元素的离子半径；材料的结构、晶型与非晶态；材料所受内应力与同质异构体四方面。具体的影响情况如下：
构成材料元素的离子半径。介质的折射率随介质的介电常数的增大而增大，而当介质材料的离子半径增大时，介电常数增加，因而折射率随之增大。因此，常用大离子得到高折射率的材料。
材料的结构、晶型与非晶态。折射率除与离子半径有关以外，还与离子的排列密切程度相关。对于非晶体与立方晶系等各向同性的材料，当光通过时，光速不因传播方向改变而发生改变，因此只有一个折射率。而除立方晶系以外的其他晶型，光进入时，一般都要分为振动方向相互垂直，传播速度不等的两个波，它们分别构成两条折射光线，这就是双折射现象。
材料所受的内应力。由内应力的透明材料，垂直于受拉主应力方向的折射率大，平行于受拉主应力方向的折射率小。
同素异构体。存在着同素异构转变的材料中，一般高温时存在的晶型折射率低，而低温时的晶型折射率高。
10．试说明弹性的铁磁性反常现象（ΔE 效应）的物理本质，以及恒弹性合金的原理。 答：弹性的铁磁性反常现象（ΔE 效应）是由于铁磁体中磁致伸缩的存在引起的附加应变所造成的。未经磁化或者未被磁化至饱和的铁磁材料，在外力作用下发生弹性变形时，将引起磁畴的磁矩转动，因而产生相应的磁致伸缩。在拉伸时，具有正磁致伸缩系数的材料，磁畴将转向垂直于拉伸方向，在拉伸方向产生附加伸长，因此，一个未磁化（或未磁化到饱和）的铁磁材料，在拉伸时的伸长是由两部分组成的：拉应力所产生的伸长0
l l ??? ???与磁致伸缩导致的伸长m
l l ??? ???。这样，铁磁材料的弹性模量应该是
0f m E l l l l σ
=??????+ ? ?????
显然，因为磁致伸缩导致的附加伸长存在，铁磁材料的弹性模量会变低。
恒弹性合金的原理在于利用了弹性的铁磁性反常现象。在低于居里点的加热过程中，弹性模量的变化将由两个因素决定，由于温度升高一方面引起晶体点阵常数的增大，从而使0
l l ??? ???增大，导致弹性模量下降；同时，另一方面导致自发磁化减小，磁致伸缩现象减弱，引起附加应变m
l l ??? ???减小，从而导致弹性模量上升。如果在给定应力条件下，这两个因素引起的应变之和0m l l l l ??????+
? ?????基本为一个不随温度变化的恒量，则弹性模量可维持恒定，这就是恒弹性合金的原理。
11．从低温区开始，N 型半导体的电阻率随温度上升的变化规律是怎样的？为什么呈现出这种规律？
答：从低温区开始，随着温度的上升，N 型半导体的电阻率呈现先下降，后上升，而后又下降的变化规律。这是因为：
在低温区，施主杂质并未完全电离。随着温度的升高，电离施主增多使导带电子浓度增加。与此同时，在该温度区内点阵振动尚较微弱，散射的主要机制是杂质电离，因而载流子的迁移率随温度上升而增加。尽管电离施主数量增大在一定程度上也要限制迁移率的增加，但综合的效果依然使电阻率下降。当升高到一定温度后，杂质全部电离，称为饱和区，此时由于本征激发尚未开始，载流子浓度基本保持恒定。然而，这时点阵振动的声子散射已经起到主要作用而使迁移率下降，因而导致电阻率随温度的升高而增高。温度的进一步升高，进入本征区，由于本征激发，载流子浓度随温度而显著增加的作用已经远远超过声子散射，故又使电阻率重新下降。
12．试说明以下磁学参量的定义与概念：
矫顽力、饱和磁化强度、磁化率、磁滞损耗、磁晶各向异性、饱和磁滞伸缩系数。
答：（1）饱和磁化强度：在铁磁体的磁化曲线中，随着外加磁场强度的增加，铁磁体磁化强度M 开始增加较缓慢，然后迅速增加，再转而缓慢增加，最后磁化至饱和，此时铁磁体的磁化强度就是饱和磁化强度。
（2）矫顽力：铁磁体被磁化至饱和后，当撤去外磁场时，铁磁体内部还存在不为零的剩余磁感应强度，欲使铁磁体内部磁感应强度降为零，必须施加一个反向磁场-H c ，此反向磁场值即称为矫顽力。
（3）磁化率：物质磁化强度不仅与外加磁场有关，还与物质本身的磁化特性有关，即M H χ= 。式中χ即单位体积磁化率。
（4）磁滞损耗：磁滞回线所包围的面积代表磁化一周所做的功，称为磁滞损耗Q 。
（5）磁晶各向异性：铁磁单晶体沿不同晶轴方向上磁化到饱和所测得的磁化曲线与磁
化到饱和的难易程度不同，即某些晶向上容易磁化，某些晶向上难磁化，这种现象称为磁晶各向异性。（1分）
（6）饱和磁致伸缩系数：磁致伸缩的大小可以用磁致伸缩系数表示，线磁致伸缩系数定义为l l
λ?=。随着外磁场的增强，铁磁体的磁化强度增强，这时λ也随之增大，当磁化强度达到饱和值的时候，s λλ=。对一定材料，s λ是一个常数，称为饱和磁致伸缩系数。
13．设光纤的纤芯折射率为n 1，包层折射率为n 2 (n 1> n 2)。计算光从空气进入芯部形成全反射的临界角φ。（空气的折射率近似认为是1）
答：设纤芯-包层临界全反射角为c θ，则有
21
sin c n n θ= 设形成纤芯-包层临界全反射时，光线由空气进入纤芯的折射角为θ，则有
cos sin c θθ=
因此有
sin θ===空气的折射率近似为1。由折射定律有
1sin sin n n ?θ===因此有
arcsin ?=
14．试述金属的三个热电效应及其特征。
答：金属的三个热电效应包括塞贝克效应、珀尔贴效应与汤姆逊效应。
（1）塞贝克效应，在两种不同的金属A 与B 组成的回路中，如果两个结合点处于不同温度时，则回路中将产生电流，称为热电流，产生热电流的电动势称之为热电势。这种由于温差而导致热电现象称为塞贝克效应。当两个接触点温差不大时，所产生的热电势与温差成正比。
（2）珀尔贴效应。当电流流经两种不同金属A、B的接点时，除了电流流经电路而产生的焦耳热外，还会在接触点有额外的放热或者吸热效应，这种热电现象称为珀尔贴效应。如果电流从一个方向流经接触点时时放热，那么电流反向后就会使其吸热，在两种金属的闭合回路中，如果电流方向在接触点处与塞贝克效应产生的电流方向一致时，该接点就要吸热，这时，另一端接点处的电流与塞贝克热电流方向相反时，该节点就要放热。单位时间内，两种金属接触点吸收或者放出的珀尔贴热，与流经的电流成正比。
（3）汤姆逊效应。当电流流过有温差的金属导体时，整个导体上除了产生焦耳热外还会产生放热或者吸热现象，这种热电现象称为汤姆逊效应。单位时间内吸收或者放出的汤姆逊热，与通过的电流I成正比，与导体中的温度梯度成正比。若电流方向与温度梯度产生的热流方向一致时，为放热效应；反之，当电流方向与热流方向不一致时，则为吸热效应。
15．试述材料热传导的物理机制，金属、陶瓷和透明材料的热传导机制有何区别？
答：热传导过程就是材料内部的能量传输过程。在固体中能量传输的载体可以有自由电子、声子（点阵波）与光子（电磁辐射），因此，固体的导热分为电子导热、声子导热和光子导热。
对于纯金属而言，电子散射为其基本机制，在合金中声子导热比重将加强。而在绝缘体中几乎只存在声子导热这一种机制。通常在低温和室温条件下不用考虑光子导热，因为光子导热的贡献只是在高温下才比较明显。
金属的导热主要贡献来自于电子导热，如果点阵是完整的没有缺陷而且没有热运动引起的偏离，电子运动将不受阻碍，即自由程为无穷大，电子热导率也将为无穷大，然而因为存在杂质引起的弹性畸变、位错、晶界等缺陷，点阵原子热运动等，电子导热受到这些散射机制的影响将十分复杂，通过近似计算得知，金属中电子与声子热导率贡献之比为λe/λl ≈30，因此热导率的贡献主要来自于电子导热。
陶瓷属于绝缘体，与金属不一样在于，其热导率几乎完全来自于声子导热，基本没有电子导热的贡献。同样可以得到λ金属/λ绝缘体≈30，因为金属点阵上正离子所起的导热作用与绝缘体中的情形大致相同。
透明材料导热的不同在来自于光子导热所占的比重。对于介质中辐射传热过程，可以定性的解释为：任何温度下的物体，既能够射出一定频率的射线，同样也能吸收类似的射线。在热稳定状态，介质中任一体积元平均辐射的能量与吸收的能量相等，当介质中存在温度梯度时，相邻体积元之间，温度高的辐射的能量大，吸收的能量小；温度低的体积元正好相反，吸收大于辐射，因此产生能量传递，热量从高温区向低温区传递。透明材料对光子导热的热阻很小，光子平均自由程很大，在不算太高的温度下，光子导热就很明显，而不透明的陶瓷则正好相反，需要很高的温度光子导热才明显。
无机材料物理性能习题解答
这有答案，大家尽量出有答案的题材料物理性能 习题与解答 吴其胜 盐城工学院材料工程学院 2007，3
目录 1 材料的力学性能 (2) 2 材料的热学性能 (12) 3 材料的光学性能 (17) 4 材料的电导性能 (20) 5 材料的磁学性能 (29) 6 材料的功能转换性能 (37)
1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：根据题意可得下表 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。 1-2一试样长40cm,宽10cm,厚1cm ，受到应力为1000N 拉力，其杨氏模量为3.5×109 N/m 2，能伸长多少厘米? 解： 拉伸前后圆杆相关参数表 ) (0114.010 5.310101401000940000cm E A l F l E l l =?????=??= ?=?=?-σ ε0816.04.25 .2ln ln ln 2 2 001====A A l l T ε真应变) (91710 909.44500 60MPa A F =?==-σ名义应力0851 .0100=-=?=A A l l ε名义应变) (99510 524.44500 6 MPa A F T =?= = -σ真应力
1-3一材料在室温时的杨氏模量为3.5×108 N/m 2,泊松比为0.35，计算其剪切模量和体积模量。 解：根据 可知： 1-4试证明应力-应变曲线下的面积正比于拉伸试样所做的功。 证： 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t = τ时的纵坐标表达式。 解：Maxwell 模型可以较好地模拟应力松弛过程： V oigt 模型可以较好地模拟应变蠕变过程： )21(3)1(2μμ-=+=B G E ) (130)(103.1)35.01(210 5.3) 1(28 8 MPa Pa E G ≈?=+?= += μ剪切模量) (390)(109.3) 7.01(310 5.3) 21(38 8 MPa Pa E B ≈?=-?= -=μ体积模量. ,. ,112 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 S W VS d V ld A Fdl W W S W V Fdl V l dl A F d S l l l l l l ∝=== = ∝= = = =??? ? ? ?亦即做功或者：亦即面积εε εε εε εσεσεσ) (2.36505.08495.03802211GPa V E V E E H =?+?=+=上限弹性模量 ) (1.323)84 05.038095.0()(11 2211GPa E V E V E L =+=+=--下限弹性模量 ). 1()()(0)0() 1)(()1()(1 //0 ----= = ∞=-∞=-= e e e E t t t στεσεεεσετ τ ；；则有：其蠕变曲线方程为：. /)0()(;0)();0()0((0)e (t)-t/e στσσσσσστ ==∞==则有：：其应力松弛曲线方程为
《材料物理性能》试卷B.doc
一、是非题（I 分X1O=10分） 得分 评分人 1、 非等轴晶系的晶体，在膨胀系数低的方向热导率最大。 （） 2、 粉末和纤维材料的导热系数比烧结材料的低得多。 （） 3、 第一热应力因子/?是材料允许承受的最大温度差。 （） 4、 同一种物质，多晶体的热导率总是比单晶的小。 （） 5、 电化学老化的必要条件是介质中的离子至少有一种参加电导。（） 6、 玻璃中的电导基本上是离子电导。 （） 7、 薄玻璃杯较厚玻璃杯更易因冲开水而炸裂。 （） 8、 压应力使单晶材料的弹性模量变小。 （） 9、 多晶陶瓷材料断裂表面能比单晶大。 （） 10、 材料的断裂强度取决于裂纹的数量。 （） 二、名词解释（2分X 10=20分） 得分 评分人 题号 -------- - ? ---- * 四 五 六 七 八 九 总分 合分人 得分 材料物理性能课程结束B 试卷 考试形式 闭卷 考试用时120分钟
1、固体电解质: 2、表面传热系数： 3、P型半导体： 4、施主能级： 5、声频支： 6、稳定传热： 7、载流了的迁移率: 8、蠕变： 9、弛豫：
10、滑移系统:
三、简答题（5分X4=20分，任选4题） 得分 评分人 1、导温系数。的物理意义及其量纲? 2、显微结构对材料脆性断裂的影响? 3、写出两个抗热应力损伤因子的表达式并对其含义及作用加以说明。 4、不同材料在外力作用时有何不同的变形特征?
四、问答题（9分X4=36分） 得分 评分人 1、何为裂纹的亚临界生长？试用应力腐蚀理论解释裂纹的亚临界生长? 2、请对图1表示的氧化铝单晶的入-丁曲 线分析说明。o I JI O 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 T/K图1氧化铝单晶的热导率随温度的变 化
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2、材料的热学性能 2-1 计算室温（298K ）及高温（1273K ）时莫来石瓷的摩尔热容值，并请和按杜龙-伯蒂规律计算的结果比较。 （1） 当T=298K ，Cp=a+bT+cT -2=87.55+14.96 10-3298-26.68 105/2982 =87.55+4.46-30.04 =61.97 4.18 J/mol K=259.0346 J/mol K （2） 当T=1273K ，Cp=a+bT+cT -2=87.55+14.96 10-31273-26.68 105/12732 =87.55+19.04-1.65 =104.94 4.18 J/mol K=438.65 J/mol K 据杜隆-珀替定律：(3Al 2O 32SiO 4) Cp=21*24.94=523.74 J/mol K 2-2 康宁玻璃（硅酸铝玻璃）具有下列性能参数：λ=0.021J/(cm s ℃); α=4.610?6/℃;σp =7.0Kg/mm 2，E=6700Kg/mm 2，μ=0.25。求其第一及第二热冲击断裂抵抗因子。 第一冲击断裂抵抗因子：E R f αμσ)1(-==666 79.8100.75 4.61067009.810-???????=170℃ 第二冲击断裂抵抗因子：E R f αμλσ) 1(-= '=1700.021=3.57 J/(cm s) 2-3 一陶瓷件由反应烧结氮化硅制成，其热导率λ=0.184J/(cm s ℃)，最大厚度=120mm 。如果表面热传递系数h=0.05 J/(cm 2s ℃)，假定形状因子S=1，估算可安全应用的热冲击最大允许温差。 h r S R T m m 31.01? '=?=226*0.18405 .0*6*31.01 =447℃ 2-4、系统自由能的增加量TS E F -?=?，又有! ln ln ()!! N N N n n =-，若在肖特基缺 定律所得的计算值。 趋近按，可见，随着温度的升高Petit Dulong C m P -,
材料物理性能课后习题答案
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目录 1 材料的力学性能 (2) 2 材料的热学性能 (12) 3 材料的光学性能 (17) 4 材料的电导性能 (20) 5 材料的磁学性能 (29) 6 材料的功能转换性能 (37)
1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：根据题意可得下表 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。 1-2一试样长40cm,宽10cm,厚1cm，受到应力为1000N拉力，其氏模量为3.5×109 N/m2，能伸长多少厘米? 解： 拉伸前后圆杆相关参数表 ) ( 0114 .0 10 5.3 10 10 1 40 1000 9 4 0cm E A l F l E l l= ? ? ? ? ? = ? ? = ? = ? = ? - σ ε 10 909 .4 0? 0851 .0 1 = - = ? = A A l l ε 名义应变
1-3一材料在室温时的氏模量为3.5×108 N/m 2,泊松比为0.35，计算其剪切模量和体积模量。 解：根据 可知： 1-4试证明应力-应变曲线下的面积正比于拉伸试样所做的功。 证： 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t = τ时的纵坐标表达式。 解：Maxwell 模型可以较好地模拟应力松弛过程： Voigt 模型可以较好地模拟应变蠕变过程： )21(3)1(2μμ-=+=B G E ) (130)(103.1)35.01(2105.3)1(288MPa Pa E G ≈?=+?=+=μ剪切模量) (390)(109.3) 7.01(3105.3)21(388 MPa Pa E B ≈?=-?=-=μ体积模量. ,.,1 1 2 1 212 12 1 2 1 21 S W VS d V ld A Fdl W W S W V Fdl V l dl A F d S l l l l l l ∝====∝= ===???? ? ?亦即做功或者： 亦即面积εεεεεεεσεσεσ)(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). 1()()(0)0() 1)(()1()(10 //0 ----= = ∞=-∞=-=e e e E t t t στεσεεεσεττ；；则有：其蠕变曲线方程为：. /)0()(;0)();0()0((0)e (t)-t/e στσσσσσστ==∞==则有：：其应力松弛曲线方程为
无机材料物理性能试题
无机材料物理性能试题及答案
无机材料物理性能试题及答案 一、填空题（每题2分，共36分） 1、电子电导时，载流子的主要散射机构有中性杂质的散射、位错散射、电离杂质的散射、晶格振动的散射。 2、无机材料的热容与材料结构的关系不大，CaO和SiO2的混合物与CaSiO3 的 热容-温度曲线基本一致。 3、离子晶体中的电导主要为离子电导。可以分为两类：固有离子电导（本征 电导）和杂质电导。在高温下本征电导特别显著，在低温下杂质电导最为显著。 4、固体材料质点间结合力越强，热膨胀系数越小。 5、电流吸收现象主要发生在离子电导为主的陶瓷材料中。电子电导为主的陶瓷材料，因 电子迁移率很高，所以不存在空间电荷和吸收电流现象。 6、导电材料中载流子是离子、电子和空位。 7. 电子电导具有霍尔效应，离子电导具有电解效应，从而可以通过这两种效应检查材料 中载流子的类型。 8. 非晶体的导热率（不考虑光子导热的贡献）在所有温度下都比晶体的 小。在高温下，二者的导热率比较接近。 9. 固体材料的热膨胀的本质为：点阵结构中的质点间平均距离随着温度升高而增 大。 10. 电导率的一般表达式为 ∑ = ∑ = i i i i i q nμ σ σ 。其各参数n i、q i和μi的含义分别 是载流子的浓度、载流子的电荷量、载流子的迁移率。 11. 晶体结构愈复杂，晶格振动的非线性程度愈大。格波受到的 散射大，因此声子的平均自由程小，热导率低。 12、波矢和频率之间的关系为色散关系。 13、对于热射线高度透明的材料，它们的光子传导效应较大，但是在有微小气孔存在时，由于气孔与固体间折射率有很大的差异，使这些微气孔形成了散射中心，导致透明度强烈降低。 14、大多数烧结陶瓷材料的光子传导率要比单晶和玻璃小1～3数量级，其原因是前者有微量的气孔存在，从而显著地降低射线的传播，导致光子自由程显著减小。 15、当光照射到光滑材料表面时，发生镜面反射；当光照射到粗糙的材料表面时，发生漫反射。 16、作为乳浊剂必须满足：具有与基体显著不同的折射率，能够形成小颗粒。 用高反射率，厚釉层和高的散射系数，可以得到良好的乳浊效果。 17、材料的折射随着入射光的频率的减少（或波长的增加）而减少的性质，称为折射率的色散。
无机材料物理性能题库(2)综述
名词解释 1.应变：用来描述物体内部各质点之间的相对位移。 2.弹性模量：表征材料抵抗变形的能力。 3.剪切应变：物体内部一体积元上的二个面元之间的夹角变化。 4.滑移：晶体受力时，晶体的一部分相对另一部分发生平移滑动，就叫滑移. 5.屈服应力：当外力超过物理弹性极限，达到某一点后，在外力几乎不增加的情况下，变形骤然加快，此点为屈服点，达到屈服点的应力叫屈服应力。 6.塑性：使固体产生变形的力，在超过该固体的屈服应力后，出现能使该固体长期保持其变形后的形状或尺寸，即非可逆性。 7.塑性形变：在超过材料的屈服应力作用下，产生变形，外力移去后不能恢复的形变。 8.粘弹性：一些非晶体和多晶体在比较小的应力时,可以同时变现出弹性和粘性，称为粘弹性. 9.滞弹性：弹性行为与时间有关，表征材料的形变在应力移去后能够恢复但不能立即恢复的能力。 10.弛豫:施加恒定应变，则应力将随时间而减小，弹性模量也随时间而降低。 11.蠕变——当对粘弹性体施加恒定应力，其应变随时间而增加，弹性模量也随时间而减小。 12.应力场强度因子：反映裂纹尖端弹性应力场强弱的物理量称为应力强度因子。它和裂纹尺寸、构件几何特征以及载荷有关。 13.断裂韧性：反映材料抗断性能的参数。 14.冲击韧性：指材料在冲击载荷下吸收塑性变形功和断裂功的能力。 15.亚临界裂纹扩展：在低于材料断裂韧性的外加应力场强度作用下所发生的裂纹缓慢扩展称为亚临界裂纹扩展。 16.裂纹偏转增韧：在扩展裂纹剪短应力场中的增强体会导致裂纹发生偏转，从而干扰应力场，导致机体的应力强度降低，起到阻碍裂纹扩展的作用。 17.弥散增韧：在基体中渗入具有一定颗粒尺寸的微细粉料达到增韧的效果，称为弥散增韧。 18.相变增韧：利用多晶多相陶瓷中某些相成份在不同温度的相变，从而达到增韧的效果，称为相变增韧。 19.热容：分子热运动的能量随着温度而变化的一个物理量，定义为物体温度升高1K所需要的能量。 20.比热容：将1g质量的物体温度升高1K所需要增加的热量，简称比热。 21.热膨胀：物体的体积或长度随温度升高而增大的现象。 热传导：当固体材料一端的温度笔另一端高时，热量会从热端自动地传向冷端。22.热导率：在物体内部垂直于导热方向取两个相距1米，面积为1平方米的平行平面，若两个平面的温度相差1K，则在1秒内从一个平面传导至另一个平面的热量就规定为该物质的热导率。 23.热稳定性:指材料承受温度的急剧变化而不致破坏的能力，又称为抗热震性。 24.抗热冲击断裂性：材料抵抗温度急剧变化时瞬时断裂的性能。 25.抗热冲击损伤性：材料抵抗热冲击循环作用下缓慢破坏的性能。 26.热应力：材料热膨胀或收缩引起的内应力。 27.声频支振动：振动的质点中包含频率甚低的格波时，质点彼此间的位相差不
《材料物理性能》课后习题答案
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t = τ时的纵坐标表达式。 解：Maxwell 模型可以较好地模拟应力松弛过程： V oigt 模型可以较好地模拟应变蠕变过程： ) (2.36505.08495.03802211GPa V E V E E H =?+?=+=上限弹性模量 ) (1.323)84 05.038095.0()(112211GPa E V E V E L =+=+=--下限弹性模量 ). 1()()(0)0() 1)(()1()(1 //0 ----= = ∞=-∞=-=e E E e e E t t t στεσεεεσετ τ ；；则有：其蠕变曲线方程为：. /)0()(;0)();0()0((0)e (t)-t/e στσσσσσστ ==∞==则有：：其应力松弛曲线方程为1.0 1.0 0816.04.25 .2ln ln ln 2 2 001====A A l l T ε真应变)(91710 909.44500 60MPa A F =?==-σ名义应力0851 .0100 =-=?=A A l l ε名义应变)(99510 524.445006MPa A F T =?==-σ真应力
材料无机材料物理性能考试及答案
材料无机材料物理性能考试及答案
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无机材料物理性能试卷 一．填空（１×２０＝２０分） 1．CsCl结构中，Ｃs+与Cl-分别构成＿＿＿＿格子。 ２．影响黏度的因素有＿＿＿＿、＿＿＿＿、＿＿＿＿. ３.影响蠕变的因素有温度、＿＿＿＿、＿＿＿＿、＿＿＿＿. ４．在＿＿＿＿、＿＿＿＿的情况下，室温时绝缘体转化为半导体。 ５．一般材料的＿＿＿＿远大于＿＿＿＿。 ６．裂纹尖端出高度的＿＿＿＿导致了较大的裂纹扩展力。 ７．多组分玻璃中的介质损耗主要包括三个部分：＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿。 ８．介电常数显著变化是在＿＿＿＿处。 ９．裂纹有三种扩展方式：＿＿＿＿、＿＿＿＿、＿＿＿＿。 １０．电子电导的特征是具有＿＿＿＿。 二.名词解释（4×4分=16分） 1.电解效应 2.热膨胀 3.塑性形变 4.磁畴 三.问答题（3×8分=24分） 1.简述晶体的结合类型和主要特征： 2.什么叫晶体的热缺陷？有几种类型？写出其浓度表达式?晶体中离子电导分为哪几类？ 3.无机材料的蠕变曲线分为哪几个阶段，分析各阶段的特点。 4.下图为氧化铝单晶的热导率与温度的关系图，试解释图像先增后减的原因。 四，计算题（共20分） 1.求熔融石英的结合强度，设估计的表面能为1.75J/m2；Si-O的平衡原子间距为1.6×10-8cm，弹性模量值从60 到75GPa。（10分） 2.康宁1273玻璃(硅酸铝玻璃)具有下列性能参数： =0.021J/(cm ·s ·℃)；a=4.6×10-6℃-1；σp=7.0kg/mm2，
《材料物理性能》课后习题答案
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t = τ时的纵坐标表达式。 解：Maxwell 模型可以较好地模拟应力松弛过程： ) (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. /)0()(;0)();0()0((0)e (t)-t/e στσσσσσστ==∞==则有：：其应力松弛曲线方程为0816.04.25.2ln ln ln 2 2 001====A A l l T ε真应变) (91710 909.44500 60MPa A F =?==-σ名义应力0851 .010 0=-=?=A A l l ε名义应变) (99510524.44500 6 MPa A F T =?= =-σ真应力
无机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=,V 2=。则有 当该陶瓷含有5%的气孔时，将P=代入经验计算公式E=E 0+可得，其上、下限弹性模量分别变为 GPa 和 GPa 。 1-11一圆柱形Al 2O 3晶体受轴向拉力F ，若其临界抗剪强度 τf 为135 MPa,求沿图中所示之方向的滑移系统产生滑移时需要的最小拉力值，并求滑移面的法向应力。 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
最新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 f，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。
材料物理性能部分课后习题
课后习题 第一章 1.德拜热容的成功之处是什么？ 答：德拜热容的成功之处是在低温下，德拜热容理论很好的描述了晶体热容，CV.M∝T的三次方 2.何为德拜温度？有什么物理意义？ 答：HD=hνMAX/k 德拜温度是反映晶体点阵内原子间结合力的一个物理量 德拜温度反映了原子间结合力，德拜温度越高，原子间结合力越强 3.试用双原子模型说明固体热膨胀的物理本质 答：如图，U1（T1）、U2（T2）、U3(T3）为不同温度时的能量，当原子热振动通过平衡位置r0时，全部能量转化为动能，偏离平衡位置时，动能又逐渐转化为势能；到达振幅最大值时动能降为零，势能打到最大。由势能曲线的不对称可以看到，随温度升高，势能由U1(T1）、U2（T2）向U3（T3）变化，振幅增加，振动中心就由r0'，r0''向r0'''右移，导致双原子间距增大，产生热膨胀
第二章 1.300K1×10-6Ω·m4000K时电阻率增加5% 由于晶格缺陷和杂质引起的电阻率。 解：按题意:p(300k) = 10∧-6 则: p(400k) = (10∧-6)* (1+0.05) ----(1) 在400K温度下马西森法则成立，则: p(400k) = p(镍400k) + p(杂400k) ----(2) 又: p(镍400k) = p(镍300k) * [1+ α* 100] ----(3) 其中参数: α为镍的温度系数约= 0.007 ; p(镍 300k)(室温) = 7*10∧-6 Ω.cm) 将(1)和(3)代入(2)可算出杂质引起的电阻率p(杂400k)。 2.为什么金属的电阻因温度升高而增大，而半导体的电阻却因温度的升高而减小？ 对金属材料，尽管温度对有效电子数和电子平均速率几乎没有影响，然而温度升高会使离子振动加剧，热振动振幅加大，原子的无序度增加，周期势场的涨落也加大。这些因素都使电子运动的自由称减小，散射几率增加而导致电阻率增大 而对半导体当温度升高时，满带中有少量电子有可能被激发
无机材料物理性能期末复习题
期末复习题参考答案 一、填空 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，热导率也就愈低。 5．电介质材料中的压电性、铁电性与热释电性是由于相应压电体、铁电体和热释电体都是不具有对称中心的晶体。 6．复介电常数由实部和虚部这两部分组成，实部与通常应用的介电常数一致，虚部表示了电介质中能量损耗的大小。 7．无机非金属材料中的载流子主要是电子和离子。 8．广义虎克定律适用于各向异性的非均匀材料。 ?（1-m）2x。9．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 10．对于中心穿透裂纹的大而薄的板，其几何形状因子Y= 。 11．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 。 12．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。 13.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。14．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。 15．当温度不太高时，固体材料中的热导形式主要是声子热导。 16．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。 17．电滞回线的存在是判定晶体为铁电体的重要根据。 18．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。 19. 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。 20.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。 21.晶体发生塑性变形的方式主要有滑移和孪生。 22.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。 23.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 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。 滞弹性：当应力作用于实际固体时，固体形变的产生与消除需要一定的时间，这种与时间有关的弹性称为滞弹性。 格波：处于格点上的原子的热振动可描述成类似于机械波传播的结果，这种波称为格波，格波的一个
材料物理性能课后习题问题详解_北航出版社_田莳主编
材料物理习题集 第一章 固体中电子能量结构和状态（量子力学基础） 1. 一电子通过5400V 电位差的电场，（1）计算它的德布罗意波长；（2）计算它的波数；（3） 计算它对Ni 晶体（111）面（面间距d =2.04×10-10 m ）的布拉格衍射角。（P5） 12 34 131 192 1111 o ' (2) 6.610 = (29.110 5400 1.610 ) =1.67102K 3.7610sin sin 2182h h p mE m d d λπ λ θλ λ θθ----=???????=?==?=解：（1）= （2）波数= （3）2 2. 有两种原子，基态电子壳层是这样填充的 ; ; s s s s s s s 226232 2 6 2 6 10 2 6 10 （1）1、22p 、33p （2）1、22p 、33p 3d 、44p 4d ，请分别写出n=3的所有电子的四个量 子数的可能组态。（非书上内容）
3. 如电子占据某一能级的几率是1/4，另一能级被占据的几率为3/4，分别计算两个能级 的能量比费米能级高出多少k T ？（P15） 1()exp[]1 1 ln[1] ()()1/4ln 3()3/4ln 3F F F F f E E E kT E E kT f E f E E E kT f E E E kT = -+?-=-=-=?=-=-?解：由将代入得将代入得 4. 已知Cu 的密度为8.5×103 kg/m 3 ，计算其E 0 F 。（P16） 2 2 03 23426 23 3 31 18(3/8)2(6.6310)8.510 =(3 6.0210/8)291063.5 =1.0910 6.83F h E n m J eV ππ---=????????=解： 由 5. 计算Na 在0K 时自由电子的平均动能。（Na 的摩尔质量M=22.99，.0ρ?33 =11310kg/m ） （P16）
材料物理性能考试重点、复习题电子教案
材料物理性能考试重点、复习题
精品资料 1.格波：在晶格中存在着角频率为ω的平面波，是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附近的振动以波的形式在晶体中传播形成的波 2.色散关系：频率和波矢的关系 3.声子：晶格振动中的独立简谐振子的能量量子 4.热容：是分子或原子热运动的能量随温度而变化的物理量，其定义是物体温度升高1K 所需要增加的能量。 5.两个关于晶体热容的经验定律：一是元素的热容定律----杜隆-珀替定律：恒压下元素的 原子热容为25J/(K*mol);另一个是化合物的热容定律-----奈曼-柯普定律：化合物分子热容等于构成此化合物各元素原子热容之和。 6.热膨胀：物体的体积或长度随温度的升高而增大的现象称为热膨胀 7.固体材料热膨胀机理：材料的热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。 8.温度对热导率的影响：在温度不太高时，材料中主要以声子热导为主,决定热导率的因 素有材料的热容C、声子的平均速度V和声子的平均自由程L,其中v通常可以看作常数,只有在温度较高时,介质的弹性模量下降导致V减小。材料声子热容C在低温下与温度T3成正比。声子平均自由程V随温度的变化类似于气体分子运动中的情况，随温度升高而降低。实验表明在低温下L值的变化不大，其上限为晶粒的线度，下限为晶格间距。在极低温度时，声子平均自由程接近或达到其上限值—晶粒的直径；声子的热容C则与T3成正比；在此范围内光子热导可以忽略不计，因此晶体的热导率与温度的三次方成正比例关系。在较低温度时，声子的平均自由程L随温度升高而减小，声子的热容C仍与T3成正比，光子热导仍然极小，可以忽略不计，此时与L相比C对声子热导率的影响更大,因此在此范围内热导率仍然随温度升高而增大,但变化率减小。 在较高温度下，声子的平均自由程L随温度升高继续减小,而声子热容C趋近于常数,材料的热导率由L随温度升高而减小决定。随着温度升高,声子的平均自由程逐渐趋近于其最小值,声子热容为常数,光子平均自由程有所增大,故此光子热导逐步提高,因此高温下热导率随温度升高而增大。一般来说,对于晶体材料，在常用温度范围内，热导率随温度的上升为下降。 9.影响热导率的因素:1）温度的影响，一般来说，晶体材料在常用温度范围内，热导率随 温度的上升而下降。2）显微结构的影响。3）化学组成的影响。4）复合材料的热导率 10.热稳定性：是指材料承受温度的急剧变化而不致破坏的能力，所以又称为抗热震性。 11.常用热分析方法：1）普通热分析法2）差热分析3）差示扫描量热法4）热重法 12.光折射：当光依次通过两种不同介质时，光的行进方向要发生改变，这种现象称为折 射 13.光的散射：材料中如果有光学性能不均匀的结构，例如含有透明小粒子、光性能不同 的晶界相、气孔或其他夹杂物，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。 14.吸收：光通过物质传播时，会引起物质的价电子跃迁或使原子振动，从而使光能的一 部分转变为热能，导致光能的衰减的现象 15.弹性散射：光的波长（或光子能量）在散射前后不发生变化的，称为弹性散射 16.按照瑞利定律，微小粒子对波长的散射不如短波有效，在可见光的短波侧λ=400nm 处，紫光的散射强度要比长波侧λ=720nm出红光的散射强度大约大10倍 17.色散：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，称为材仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除谢谢2
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
《材料物理性能》课后习题答案.doc
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：真应力OY = — = ―"°。—=995(MP Q) A 4.524 xlO-6 真应变勺=In — = In — = In^v = 0.0816 /0 A 2.42 名义应力a = — = ―4°°°_ 一= 917(MPa) A) 4.909x1()2 名义应变￡ =翌=& —1 = 0.0851 I。 A 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/\12O3(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Ei=380GPa, E2=84GPa, V^O. 95, V2=0. 05o则有 上限弹性模量=E]% +E2V2 = 380 X 0.95 +84 X 0.05 =365.2(GP Q) 下限弹性模量战=(￥ +3)T =(?料+誓尸=323.1(GP Q) E]380 84 当该陶瓷含有5%的气孔时，将P二0. 05代入经验计算公式E=E O(1-1. 9P+0. 9P2) 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 = oo和t二￡时的纵坐标表达式。 解：Maxwell模型可以较好地模拟应力松弛过程： 其应力松弛曲线方程为：b⑴=贝0光必则有:<7(0) = b(0);cr(oo) = 0;<7(r) = a(0)/e. Voigt模型可以较好地模拟应变蠕变过程： 其蠕变曲线方程为：的)=火(1 -广")=￡(00)(1 _g") E 则有：￡(0)=0； ￡(OO)= 21;冶)=%1-(尸).
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）：