材料科学工程基础计算题
《材料科学与工程基础》习题和思考题及答案
《材料科学与工程基础》习题和思考题及答案第二章2-1.按照能级写出N、O、Si、Fe、Cu、Br原子的电子排布（用方框图表示）。
2-2.的镁原子有13个中子，11.17%的镁原子有14个中子，试计算镁原子的原子量。
2-3.试计算N壳层内的最大电子数。
若K、L、M、N壳层中所有能级都被电子填满时，该原子的原子序数是多少？2-4.计算O壳层内的最大电子数。
并定出K、L、M、N、O壳层中所有能级都被电子填满时该原子的原子序数。
2-5.将离子键、共价键和金属键按有方向性和无方向性分类，简单说明理由。
2-6.按照杂化轨道理论，说明下列的键合形式：（1）CO2的分子键合（2）甲烷CH4的分子键合（3）乙烯C2H4的分子键合（4）水H2O的分子键合（5）苯环的分子键合（6）羰基中C、O间的原子键合2-7.影响离子化合物和共价化合物配位数的因素有那些？2-8.试解释表2-3-1中，原子键型与物性的关系？2-9.0℃时，水和冰的密度分别是1.0005 g/cm3和0.95g/cm3，如何解释这一现象？2-10.当CN=6时，K+离子的半径为0.133nm(a)当CN=4时，半径是多少？(b)CN=8时，半径是多少？2-11.(a)利用附录的资料算出一个金原子的质量？(b)每mm3的金有多少个原子？(c)根据金的密度，某颗含有1021个原子的金粒，体积是多少？(d)假设金原子是球形(r Au=0.1441nm),并忽略金原子之间的空隙，则1021个原子占多少体积？(e)这些金原子体积占总体积的多少百分比？2-12.一个CaO的立方体晶胞含有4个Ca2+离子和4个O2-离子，每边的边长是0.478nm，则CaO的密度是多少？2-13.硬球模式广泛的适用于金属原子和离子，但是为何不适用于分子？2-14.计算（a）面心立方金属的原子致密度；（b）面心立方化合物NaCl的离子致密度（离子半径r Na+=0.097，r Cl-=0.181）；（C）由计算结果，可以引出什么结论？2-15.铁的单位晶胞为立方体，晶格常数a=0.287nm，请由铁的密度算出每个单位晶胞所含的原子个数。
材料科学基础试题及答案
材料科学基础试题及答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1. 材料科学中，材料的基本组成单元是（）。
A. 分子B. 原子C. 离子D. 电子答案：B2. 金属的塑性变形主要是通过（）来实现的。
A. 弹性变形B. 位错运动C. 相变D. 断裂答案：B3. 在材料科学中，硬度的定义是（）。
A. 材料抵抗变形的能力B. 材料抵抗磨损的能力C. 材料抵抗压缩的能力D. 材料抵抗拉伸的能力答案：B4. 材料的热处理过程中，淬火的主要目的是（）。
A. 提高硬度B. 增加韧性C. 减少变形D. 提高导电性答案：A5. 以下哪种材料不属于复合材料？A. 碳纤维增强塑料B. 钢筋混凝土C. 不锈钢D. 玻璃钢答案：C二、填空题（每空1分，共20分）1. 材料的强度是指材料在受到______作用时，抵抗______的能力。
答案：外力；破坏2. 材料的断裂韧性是指材料在______条件下，抵抗______的能力。
答案：裂纹存在；断裂3. 材料的疲劳是指材料在______作用下，经过______循环后发生断裂的现象。
答案：交变应力；多次4. 材料的导热性是指材料在______条件下，抵抗______的能力。
答案：温度梯度；热量传递5. 材料的电导率是指材料在单位电场强度下，单位时间内通过单位面积的______。
答案：电荷量三、简答题（每题10分，共30分）1. 简述材料的弹性模量和屈服强度的区别。
答案：弹性模量是指材料在弹性范围内，应力与应变的比值，反映了材料抵抗形变的能力。
屈服强度是指材料在受到外力作用下，从弹性变形过渡到塑性变形时的应力值，反映了材料抵抗塑性变形的能力。
2. 描述材料的疲劳破坏过程。
答案：材料的疲劳破坏过程通常包括三个阶段：裂纹的萌生、裂纹的扩展和最终断裂。
在交变应力作用下，材料内部的微裂纹逐渐扩展，当裂纹扩展到一定程度，材料无法承受继续增加的应力时，就会发生断裂。
3. 什么是材料的热处理？请列举几种常见的热处理方法。
材料科学基础试题及答案
材料科学基础试题及答案一、名词解释（每题5分，共25分）1. 晶体缺陷2. 扩散3. 塑性变形4. 应力5. 比热容二、选择题（每题2分，共20分）1. 下列哪种材料属于金属材料？A. 玻璃B. 塑料C. 陶瓷D. 铜2. 下列哪种材料属于陶瓷材料？A. 铁B. 铝C. 硅酸盐D. 聚合物3. 下列哪种材料属于高分子材料？A. 玻璃B. 钢铁C. 聚乙烯D. 陶瓷4. 下列哪种材料属于半导体材料？A. 铜B. 铝C. 硅D. 铁5. 下列哪种材料属于绝缘体？A. 铜B. 铝C. 硅D. 玻璃三、简答题（每题10分，共30分）1. 请简述晶体结构的基本类型及其特点。
2. 请简述塑性变形与弹性变形的区别。
3. 请简述材料的热传导原理。
四、计算题（每题15分，共30分）1. 计算一个碳化硅晶体的体积。
已知碳化硅的晶胞参数：a=4.05 Å，b=4.05 Å，c=8.85 Å，α=β=γ=90°。
2. 计算在恒定温度下，将一个100 cm³的铜块加热100℃所需的热量。
已知铜的比热容为0.39J/(g·℃)，铜的密度为8.96 g/cm³。
五、论述题（每题20分，共40分）1. 论述材料科学在现代科技发展中的重要性。
2. 论述材料制备方法及其对材料性能的影响。
答案：一、名词解释（每题5分，共25分）1. 晶体缺陷：晶体在生长过程中，由于外界环境的影响，导致其内部结构出现不完整或不符合理想周期性排列的现象。
2. 扩散：物质由高浓度区域向低浓度区域自发地移动的过程。
3. 塑性变形：材料在受到外力作用下，能够产生永久变形而不恢复原状的性质。
4. 应力：单位面积上作用于材料上的力。
5. 比热容：单位质量的物质温度升高1℃所吸收的热量。
二、选择题（每题2分，共20分）1. D2. C3. C4. C5. D三、简答题（每题10分，共30分）1. 晶体结构的基本类型及其特点：晶体结构的基本类型有立方晶系、四方晶系、六方晶系和单斜晶系。
材料科学与工程基础期末试题
材料科学与工程基础期末试题一、选择题（每题2分，共10分）1. 材料的力学性能主要包括哪些方面？A. 硬度和韧性B. 强度和塑性C. 韧性和导电性D. 硬度和导热性2. 下列哪种材料属于金属材料？A. 橡胶B. 陶瓷C. 合金D. 塑料3. 材料的微观结构对其宏观性能有何影响？A. 无影响B. 微观结构决定宏观性能C. 宏观性能决定微观结构D. 两者相互独立4. 以下哪种材料具有较好的热稳定性？A. 聚氯乙烯B. 聚苯乙烯C. 聚碳酸酯D. 聚乙烯5. 材料的疲劳是指材料在何种条件下的性能退化？A. 长期受力B. 瞬间受力C. 周期性受力D. 高温条件下二、填空题（每空1分，共10分）1. 材料的硬度是指材料抵抗________的能力。
2. 金属材料的塑性变形主要通过________来实现。
3. 陶瓷材料通常具有________和________的性质。
4. 聚合物材料的分子结构对其________和________有重要影响。
5. 复合材料是由两种或两种以上不同________和________组合而成的材料。
三、简答题（每题10分，共30分）1. 请简述材料的分类及其特点。
2. 描述金属材料的腐蚀机理，并提出防止腐蚀的措施。
3. 解释半导体材料在现代科技中的重要性。
四、计算题（每题20分，共40分）1. 一根直径为10mm的钢棒，在一端受到1000N的拉力，假设钢的杨氏模量为200GPa，求钢棒的伸长量。
2. 一块厚度为5mm，面积为100cm²的铝板，在100℃的环境下放置1小时后，其长度增加了0.2mm。
假设铝的线膨胀系数为23.6×10^-6/℃，计算铝板在室温（20℃）到100℃之间的平均线性膨胀系数。
五、论述题（30分）选择一种你感兴趣的新型材料，论述其结构特征、性能优势以及可能的应用领域。
《材料科学与工程基础》习题和思考题及答案
《材料科学与工程基础》习题和思考题及答案第二章2-1.按照能级写出N、O、Si、Fe、Cu、Br原子的电子排布（用方框图表示）。
2-2.的镁原子有13个中子，11.17%的镁原子有14个中子，试计算镁原子的原子量。
2-3.试计算N壳层内的最大电子数。
若K、L、M、N壳层中所有能级都被电子填满时，该原子的原子序数是多少？2-4.计算O壳层内的最大电子数。
并定出K、L、M、N、O壳层中所有能级都被电子填满时该原子的原子序数。
2-5.将离子键、共价键和金属键按有方向性和无方向性分类，简单说明理由。
2-6.按照杂化轨道理论，说明下列的键合形式：（1）CO2的分子键合（2）甲烷CH4的分子键合（3）乙烯C2H4的分子键合（4）水H2O的分子键合（5）苯环的分子键合（6）羰基中C、O间的原子键合2-7.影响离子化合物和共价化合物配位数的因素有那些？2-8.试解释表2-3-1中，原子键型与物性的关系？2-9.0℃时，水和冰的密度分别是1.0005 g/cm3和0.95g/cm3，如何解释这一现象？2-10.当CN=6时，K+离子的半径为0.133nm(a)当CN=4时，半径是多少？(b)CN=8时，半径是多少？2-11.(a)利用附录的资料算出一个金原子的质量？(b)每mm3的金有多少个原子？(c)根据金的密度，某颗含有1021个原子的金粒，体积是多少？(d)假设金原子是球形(r Au=0.1441nm),并忽略金原子之间的空隙，则1021个原子占多少体积？(e)这些金原子体积占总体积的多少百分比？2-12.一个CaO的立方体晶胞含有4个Ca2+离子和4个O2-离子，每边的边长是0.478nm，则CaO的密度是多少？2-13.硬球模式广泛的适用于金属原子和离子，但是为何不适用于分子？2-14.计算（a）面心立方金属的原子致密度；（b）面心立方化合物NaCl的离子致密度（离子半径r Na+=0.097，r Cl-=0.181）；（C）由计算结果，可以引出什么结论？2-15.铁的单位晶胞为立方体，晶格常数a=0.287nm，请由铁的密度算出每个单位晶胞所含的原子个数。
材料科学基础试题及答案
材料科学基础试题及答案一、选择题（每题2分，共20分）1. 材料科学主要研究的是材料的哪些方面？A. 材料的加工方法B. 材料的微观结构C. 材料的性能D. 所有以上选项答案：D2. 金属材料的强度主要取决于其什么？A. 化学成分B. 微观结构C. 宏观尺寸D. 外部环境答案：B3. 以下哪个不是材料的力学性能？A. 硬度B. 韧性C. 导热性D. 弹性答案：C4. 陶瓷材料通常具有哪些特性？A. 高熔点B. 低热导率C. 低电导率D. 所有以上选项答案：D5. 聚合物材料的哪些特性使其在许多应用中受到青睐？A. 可塑性B. 轻质C. 良好的化学稳定性D. 所有以上选项答案：D二、填空题（每空1分，共10分）6. 材料的微观结构包括_______、_______和_______。
答案：晶粒、晶界、相界7. 材料的热处理过程通常包括_______、_______和_______。
答案：加热、保温、冷却8. 金属的塑性变形主要通过_______机制进行。
答案：位错滑移9. 材料的断裂韧性是指材料在_______条件下抵抗断裂的能力。
答案：受到冲击或应力集中10. 复合材料是由两种或两种以上不同_______的材料组合而成。
答案：性质三、简答题（每题10分，共30分）11. 简述金属的疲劳现象及其影响因素。
答案：金属疲劳是指金属在反复加载和卸载过程中，即使应力水平低于材料的屈服强度，也可能发生断裂的现象。
影响金属疲劳的因素包括应力幅度、加载频率、材料的微观结构、环境条件等。
12. 解释什么是相图，并说明其在材料科学中的重要性。
答案：相图是表示不同组分在特定条件下的相平衡状态的图形。
它在材料科学中的重要性体现在帮助科学家和工程师理解材料的相变行为，预测材料的性能，以及指导材料的加工和应用。
13. 描述聚合物材料的玻璃化转变温度（Tg）及其对聚合物性能的影响。
答案：玻璃化转变温度是聚合物从玻璃态转变为橡胶态的温度。
“材料科学与工程基础”第二章习题 答案题目整合版要点
“材料科学与工程基础”第二章习题1. 铁的单位晶胞为立方体，晶格常数a=0.287nm ，请由铁的密度算出每个单位晶胞所含的原子数。
ρ铁＝7.8g/cm3 1mol 铁＝6.022×1023 个=55.85g所以， 7.8g/1(cm)3=(55.85/6.022×1023)X /(0.287×10-7)3cm3X ＝1.99≈2（个）2.在立方晶系单胞中，请画出：（a ）[100]方向和[211]方向，并求出他们的交角； （b ）（011）晶面和（111）晶面，并求出他们得夹角。
（c ）一平面与晶体两轴的截距a=0.5,b=0.75,并且与z 轴平行,求此晶面的密勒指数。
（a ）[2 1 1]和[1 0 0]之夹角θ＝arctg2=35.26。
或cos θ==， 35.26θ=（b ）cos θ==35.26θ= （c ） a=0.5 b=0.75 z = ∞倒数 2 4/3 0 取互质整数（3 2 0）3、请算出能进入fcc 银的填隙位置而不拥挤的最大原子半径。
室温下的原子半径R ＝1.444A 。
（见教材177页） 点阵常数a=4.086A最大间隙半径R’=（a-2R ）/2=0.598A4、碳在r-Fe （fcc ）中的最大固溶度为2.11﹪(重量百分数),已知碳占据r-Fe 中的八面体间隙,试计算出八面体间隙被C 原子占据的百分数。
在fcc 晶格的铁中，铁原子和八面体间隙比为1：1，铁的原子量为55.85，碳的原子量为12.01所以 （2.11×12.01）/(97.89×55.85)＝0.1002 即 碳占据八面体的10％。
5、由纤维和树脂组成的纤维增强复合材料，设纤维直径的尺寸是相同的。
请由计算最密堆棒的堆垛因子来确定能放入复合材料的纤维的最大体积分数。
见下图，纤维的最密堆积的圆棒，取一最小的单元，得，单元内包含一个圆（纤维）的面积。
考研材料科学基础试题及答案
考研材料科学基础试题及答案一、选择题1. 材料科学中，下列哪项不是材料的基本性能？A. 力学性能B. 热学性能C. 光学性能D. 化学性能2. 材料的微观结构对其宏观性能有重要影响，以下哪个不是微观结构的组成部分？A. 晶格缺陷B. 晶界C. 相界D. 表面张力3. 材料的塑性变形主要通过以下哪种机制进行？A. 弹性变形B. 位错运动C. 相变D. 热膨胀二、简答题1. 简述材料的相变对材料性能的影响。
2. 描述材料的疲劳现象，并解释其产生的原因。
1. 已知某材料的杨氏模量为210 GPa，泊松比为0.3，求其剪切模量。
四、论述题1. 论述材料的微观结构与宏观性能之间的关系。
参考答案一、选择题1. 答案：D2. 答案：D3. 答案：B二、简答题1. 相变是材料在不同温度和压力下，由一种相态转变为另一种相态的过程。
相变对材料性能的影响主要表现在：- 相变可以改变材料的晶体结构，从而影响其硬度、强度和塑性。
- 相变过程中体积变化可以导致材料的热膨胀或收缩。
- 某些相变如马氏体相变，可以显著提高材料的硬度，但可能降低其韧性。
2. 材料的疲劳是指在反复加载和卸载的过程中，材料逐渐产生损伤并最终导致断裂的现象。
疲劳产生的原因是：- 材料内部的应力集中，使得局部应力超过材料的疲劳极限。
- 材料的循环加载导致位错运动，产生位错堆积，形成微裂纹。
- 微裂纹在循环应力作用下逐渐扩展，最终导致材料断裂。
1. 剪切模量G可以通过杨氏模量E和泊松比ν计算得出，公式为：\[ G = \frac{E}{2(1+\nu)} \]代入已知数值：\[ G = \frac{210 \times 10^9 \text{ Pa}}{2(1+0.3)} \]\[ G = 77.5 \times 10^9 \text{ Pa} \]四、论述题1. 材料的微观结构是指材料在原子、分子或晶体尺度上的特征，包括晶格类型、晶粒尺寸、晶格缺陷、相界等。
材料科学基础经典习题及答案
第一章材料科学基础1.作图表示立方晶体的()()()421,210,123晶面及[][][]346,112,021晶向。
2.在六方晶体中，绘出以下常见晶向[][][][][]0121,0211,0110,0112,0001等。
3.写出立方晶体中晶面族{100}，{110}，{111}，{112}等所包括的等价晶面。
4.镁的原子堆积密度和所有hcp 金属一样，为0.74。
试求镁单位晶胞的体积。
已知Mg 的密度3Mg/m 74.1=m g ρ，相对原子质量为24.31，原子半径r=0.161nm 。
5.当=6时+Na 离子半径为0.097nm ，试问：1) 当=4时，其半径为多少？2) 当=8时，其半径为多少？6. 试问：在铜（fcc,a=0.361nm ）的<100>方向及铁(bcc,a=0.286nm)的<100>方向,原子的线密度为多少？7.镍为面心立方结构，其原子半径为nm 1246.0=Ni r 。
试确定在镍的（100），（110）及（111）平面上12mm 中各有多少个原子。
8. 石英()2SiO 的密度为2.653Mg/m 。
试问： 1) 13m 中有多少个硅原子（与氧原子）？2) 当硅与氧的半径分别为0.038nm 与0.114nm 时，其堆积密度为多少（假设原子是球形的）？9.在800℃时1010个原子中有一个原子具有足够能量可在固体移动，而在900℃时910个原子中则只有一个原子，试求其激活能（J/原子）。
10.若将一块铁加热至850℃，然后快速冷却到20℃。
试计算处理前后空位数应增加多少倍（设铁中形成一摩尔空位所需要的能量为104600J ）。
11.设图1-18所示的立方晶体的滑移面ABCD 平行于晶体的上、下底面。
若该滑移面上有一正方形位错环，如果位错环的各段分别与滑移面各边平行，其柏氏矢量b ∥AB 。
1) 有人认为“此位错环运动移出晶体后，滑移面上产生的滑移台阶应为4个b ,试问这种看法是否正确？为什么？2)指出位错环上各段位错线的类型，并画出位错运动出晶体后，滑移方向及滑移量。
材料科学基础试题及答案
材料科学基础试题及答案一、选择题1. 材料科学中，下列哪个不是材料的基本性能？A. 力学性能B. 热学性能C. 光学性能D. 化学性能答案：C2. 金属材料的塑性变形主要通过哪种机制进行？A. 位错运动B. 原子扩散C. 相变D. 晶界滑动答案：A3. 陶瓷材料通常具有哪些特性？A. 高韧性B. 高导电性C. 高熔点D. 高塑性答案：C二、填空题1. 材料科学是一门研究材料的________、________、________以及材料与环境相互作用的科学。
答案：组成、结构、性能2. 根据材料的组成和结构，材料可以分为________、________、________和复合材料。
答案：金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料三、简答题1. 简述材料科学中的“相”的概念。
答案：在材料科学中，“相”指的是材料中具有相同化学成分和结构的均匀部分。
相可以是固体、液体或气体，并且可以在宏观上观察到。
材料的相可以决定其物理和化学性质。
2. 什么是材料的微观结构？它对材料性能有何影响？答案：材料的微观结构是指材料内部的原子、分子或晶粒的排列方式和分布状态。
微观结构对材料的力学性能、热学性能、电学性能等具有决定性影响，例如晶粒大小、晶界、位错密度等都会显著影响材料的强度、韧性和导电性。
四、计算题1. 已知某金属材料的屈服强度为300 MPa，弹性模量为200 GPa，求其在屈服点的应变。
答案：首先，根据胡克定律，σ = Eε，其中σ是应力，E是弹性模量，ε是应变。
将已知数值代入公式，可得ε = σ/E = 300 MPa / 200 GPa = 0.0015。
2. 若某材料的热膨胀系数为10^-6 K^-1，当温度从20°C升高到100°C时，计算该材料长度的变化百分比。
答案：材料长度的变化量ΔL可以通过公式ΔL = L0αΔT计算，其中L0是原始长度，α是热膨胀系数，ΔT是温度变化。
假设原始长度L0为1m，温度变化ΔT = 100°C - 20°C = 80°C，代入公式得ΔL = 1m * 10^-6 K^-1 * 80 = 8 * 10^-5 m。
材料科学基础计算题答案
计算题答案1、解： NaCl 晶体的晶胞有4个“分子”，晶胞边长0(0.0990.181)2a (nm) 所以，单位晶胞的体积 3327(0.0990.181)210V（m 3） 单位晶胞质量 32314(2335.5)106.02210m （kg ） 理论密度＝m/V ＝2617 （kg/m 3）2、解： "23F 23FeO Fe Fe O e O Fe V O •−−−→++ [Fe (1-3a)Fe 2a ]O 2a/（1-3a ）=0.1 a = 0.044 x=1-a =0.956 C=a/N =0.044/1.956=2.25%3223所以Al 3+在玻璃中起网络变性离子的作用R 1=（10.6+12.9×3+76.5×2）/76.5=2.64X 1 =2×2.64-4=1.28Y 1=4-1.28=2.72对于玻璃II ：Na 2O/ Al 2O 3=20.4/6.2>1所以Al 3+在玻璃中起网络形成离子的作用R 2=（20.4+6.2×3+73.4×2）/（73.4+6.2×2）=2.17X 2 =2×2.17-4=0.34Y 2=4-0.34=3.66因而Y 1<Y 2 R 1>R 2即玻璃II 桥氧分数大于玻璃I ，但O/Si 比小于玻璃I ，可以判定在高温下玻璃I 熔体黏度小于玻璃II 。
4、解：r M 2＋/ r O 2－=0.069/0.132=0.523 r Si 4＋/ r O 2－=0.034/0.132=0.258（1）M 2＋填入八面体空隙，Si 4＋填入四面体空隙（2）M 2SiO 4，O 2－作面心立方堆积，产生8个四面体空隙和4个八面体空隙。
剩7/8个四面体空隙，1/2个八面体空隙（3）1个Si 4＋和3个M 2＋形成配位5、解、E=2.4ev=2.4×1.602×10-19=3.842×10-19J T 1=298K T 2=1073K298K: n/N=exp(-3.842×10-19/2×298×1.38×10-23)=1.92×10-51（重算一下） 1073k: n/N=exp(-3.842×10-19/2×1073×1.38×10-23)=8×10-9（重算一下） 在NaCl 中加入2×10-6 CaCl 2，缺陷反应式为：•−−−→++22NaCl 'Na Na Cl CaCl Ca V Cl产生--⎡⎤=⨯>⨯⎣⎦69210810'Na V杂质缺陷占优势。
材料科学工程基础计算题解读
1热工基础习题解答第二章：传热学2-1某窑炉炉墙由耐火粘土砖、硅藻土砖与红砖砌成，硅藻土砖与红砖的厚度分别为40mm 和250mm，导热系数分别为0.13和0.39W/m℃，如果不用硅藻土层，但又希望炉墙的散热维持原状，则红砖必须加厚到多少毫米？（1）解得即红砖的厚度应增加到370mm 才能维持原散热热流密度不变。
2-2某厂蒸汽管道为Ø175×5的钢管，外面包了一层95mm厚的石棉保温层，管壁和石棉的导热系数分别为50、0.1w/m.℃，管道内表面的温度为300℃，保温层外表面温度为50℃。
试求每米管长的散热损失。
在计算中能否略去钢管的热阻，为什么？解：石棉保温层和钢管在每米长度方向上产生的热阻分别为：2-3试求通过如图3-108所示的复合壁的热流量。
假设热流是一维的；已知各材料的导热系数为：λA=1.2、λB=0.6、λC=0.3、λD=0.8w/m･℃。
2-4平壁表面温度tw1=450℃，采用石棉作为保温层的热绝缘材料，导热系数λ=0.094+0.000125t，保温层外表面温度tw2=50℃，若要求热损失不超过340w/m2℃，则保温层的厚度应为多少？解：平壁的平均温度为：即保温层的厚度应至少为147mm。
2-5浇注大型混凝土砌块时，由于水泥的水化热使砌块中心温度升高而导致开裂，因此，砌块不能太大。
现欲浇注混凝土墙，水泥释放水化热为100w/m3，混凝土导热系数为1.5W/m℃，假设两壁温度为20℃，限制墙中心温度不得超过50℃。
试问墙厚不得超过多少米？解：由于墙的两侧温度相等，所以墙内的温度分布为2-6一电炉炉膛长×宽×高=250×150×100mm,炉衬为230mm厚的轻质粘土砖（密度为800kg/m3)。
已知内壁平均温度为900℃，炉体外表面温度为80℃。
试求此电炉的散热量。
解：通过该电炉的散热量可以表示为：将该电炉视为中空长方体，则其核算面积为：2-7有两根用同样材料制成的等长度水平横管，具有相同的表面温度，在空气中自然散热，第一根管子的直径是第二根管子直径的10倍，如果这两根管子的（GrPr)值均在103~109之间，且可用准数方程式Nub=0.53Grb。
《材料科学与工程基础》习题和思考题及答案
《材料科学与工程基础》习题和思考题及答案第二章2-1.按照能级写出N、O、Si、Fe、Cu、Br原子的电子排布（用方框图表示）。
2-2.的镁原子有13个中子，11.17%的镁原子有14个中子，试计算镁原子的原子量。
2-3.试计算N壳层内的最大电子数。
若K、L、M、N壳层中所有能级都被电子填满时，该原子的原子序数是多少？2-4.计算O壳层内的最大电子数。
并定出K、L、M、N、O壳层中所有能级都被电子填满时该原子的原子序数。
2-5.将离子键、共价键和金属键按有方向性和无方向性分类，简单说明理由。
2-6.按照杂化轨道理论，说明下列的键合形式：（1）CO2的分子键合（2）甲烷CH4的分子键合（3）乙烯C2H4的分子键合（4）水H2O的分子键合（5）苯环的分子键合（6）羰基中C、O间的原子键合2-7.影响离子化合物和共价化合物配位数的因素有那些？2-8.试解释表2-3-1中，原子键型与物性的关系？2-9.0℃时，水和冰的密度分别是1.0005 g/cm3和0.95g/cm3，如何解释这一现象？2-10.当CN=6时，K+离子的半径为0.133nm(a)当CN=4时，半径是多少？(b)CN=8时，半径是多少？2-11.(a)利用附录的资料算出一个金原子的质量？(b)每mm3的金有多少个原子？(c)根据金的密度，某颗含有1021个原子的金粒，体积是多少？(d)假设金原子是球形(r Au=0.1441nm),并忽略金原子之间的空隙，则1021个原子占多少体积？(e)这些金原子体积占总体积的多少百分比？2-12.一个CaO的立方体晶胞含有4个Ca2+离子和4个O2-离子，每边的边长是0.478nm，则CaO的密度是多少？2-13.硬球模式广泛的适用于金属原子和离子，但是为何不适用于分子？2-14.计算（a）面心立方金属的原子致密度；（b）面心立方化合物NaCl的离子致密度（离子半径r Na+=0.097，r Cl-=0.181）；（C）由计算结果，可以引出什么结论？2-15.铁的单位晶胞为立方体，晶格常数a=0.287nm，请由铁的密度算出每个单位晶胞所含的原子个数。
材料科学基础题库计算题
材料科学基础题库计算题以下是一个材料科学基础题库计算题的示例：1. 问题：一块长方形铁片的宽度为10 cm，高度为30 cm，厚度为2 cm。
如果铁的密度是7.8 g/cm³，计算铁片的质量。
解答：铁片的体积可以通过长度、宽度和厚度的乘积来计算，即体积=10 cm × 30 cm × 2 cm = 600 cm³。
质量可以通过密度和体积的乘积来计算，即质量=7.8 g/cm³ × 600 cm³ = 4680 g。
2. 问题：一个圆柱体的底面半径为5 cm，高度为15 cm。
如果圆柱体的密度是2 g/cm³，计算圆柱体的质量。
解答：圆柱体的体积可以通过底面积和高度的乘积来计算，即体积=π × (5 cm)² × 15 cm = 375π cm³。
质量可以通过密度和体积的乘积来计算，即质量=2 g/cm³ × 375π cm³ ≈ 2355.4 g。
3. 问题：一个球形铜块的直径为10 cm。
如果铜的密度是8.9 g/cm³，计算铜块的质量。
解答：球形铜块的体积可以通过半径的立方和π的乘积来计算，即体积=4/3 × π × (5 cm)³ ≈ 523.6 cm³。
质量可以通过密度和体积的乘积来计算，即质量=8.9 g/cm³ × 523.6 cm³ ≈ 4659.0 g。
4. 问题：一颗锆石珠宝的质量为30 g，密度为6 g/cm³。
假设这颗珠宝完全由锆石组成，计算珠宝的体积。
解答：体积可以通过质量与密度的比值来计算，即体积=质量/密度 = 30 g / 6 g/cm³ = 5 cm³。
5. 问题：一个圆形银硬币的直径为4 cm，厚度为0.2 cm。
材料科学基础经典习题及答案考试试题
2020届材料科学基础经典习题（后附详细答案）1.在Al-Mg 合金中，X M （=0.05，计算该合金中Mg 的质量分数（W M ）（已 知Mg 的相对原子质量为24.31，Al 为26.98）。
2. 已知Al-Cu 相图中，K = 0.16 , m ^3.2。
若铸件的凝固速率 R= 3X 10-4 cm/s ，温度梯度 G= 30C /cm ,扩散系数 D = 3X 10-5cm i /s ，求能 保持平面状界面生长的合金中 W U 的极值。
3. 证明固溶体合金凝固时，因成分过冷而产生的最大过冷度为:GD mw cu (1 K)R1 InR GK最大过冷度离液一固界面的距离为:K ―― 平衡分配系数；G ―― 温度梯度；D ――扩散系数；R 凝固速率。
Tmaxmw C 0cu (1 K) K C 0D, mw cu (1 K)R InR GDK式中m液相线斜率；w C 0cu合金成分;w Cu expC L c 0说明：液体中熔质分布曲线可表示为:4. Mg-Ni 系的一个共晶反应为:设w /Ni = C 为亚共晶合金，w/Ni =C 2为过共晶合金，这两种合金中的先共 晶相的质量分数相等，但C 合金中的a 总量为C 2合金中a 总量的2.5 倍，试计算C 和C 2的成分。
5. 在图4—30所示相图中，请指出： (1) 水平线上反应的性质； (2) 各区域的组织组成物； (3) 分析合金I , II 的冷却过程；(4)合金工，II 室温时组织组成物的相对量表达式6. 根据下列条件画出一个二元系相图，A 和B 的熔点分别是1000C和700C ，含W B =0.25的合金正好在500C 完全凝固，它的平衡组织 由73.3%的先共晶。
和26.7%勺(a + B )共晶组成。
而W B = 0.50的合金 在500C 时的组织由40%勺先共晶a 和60%勺(a + B )共晶组成，并且此 合金的a 总量为50%570 CLWNi0235（纯 Mg ）Mg z NiWNi0.546m 1 驹 A 从二疋和圉7. 图4-31为Pb-Sb相图。
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材料科学工程基础计算题
1热工基础习题解答
第二章：传热学
2-1某窑炉炉墙由耐火粘土砖、硅藻土砖与红砖砌成，硅藻土砖与红砖的厚度分别为40mm和250mm，导热系数分别为0.13和0.39W/m℃，如果不用硅藻土层，但又希望炉墙的散热维持原状，则红砖必须加厚到多少毫米？
（1）
解得
即红砖的厚度应增加到370mm 才能维持原散热热流密度不变。
2-2某厂蒸汽管道为Ø175×5的钢管，外面包了
一层95mm厚的石棉保温层，管壁和石棉的导热系数分别为50、0.1w/m.℃，管道内表面的温度为300℃，保温层外表面温度为50 ℃。
试求每米管长的散热损失。
在计算中能否略去钢管的热阻，为什么？
解：石棉保温层和钢管在每米长度方向上产生的热阻分别为：
2-3试求通过如图3-108所示的复合壁的热流量。
假设热流是一维的；已知各材料的导热系数为：λA=1.2、λB=0.6、λC=0.3、λD=0.8w/m･℃。
2-4平壁表面温度tw1=450℃，采用石棉作为保温层的热绝缘材料，导热系数λ=0.094+0.000125t，保温层外表面温度tw2=50℃，若要求热损失不超过340w/m2℃，则保温层的厚度应为多少？
解：平壁的平均温度为：
即保温层的厚度应至少为147mm。
2-5浇注大型混凝土砌块时，由于水泥的水化热使砌块中心温度升高而导致开裂，因此，砌块不能太大。
现欲浇注混凝土墙，水泥释放水化热为100w/m3，混凝土导热系数为1.5W/m℃，假设两壁温度为20℃，限制墙中心温度不得超过50℃。
试问墙厚不得超过多少米？
解：由于墙的两侧温度相等，所以墙内的温度分布为
2-6一电炉炉膛长×宽×高=250×150×100mm,炉衬为230mm厚的轻质粘土砖（密度为
800kg/m3)。
已知内壁平均温度为900℃，炉体外表面温度为80℃。
试求此电炉的散热量。
解：通过该电炉的散热量可以表示为：
将该电炉视为中空长方体，则其核算面积为：
2-7有两根用同样材料制成的等长度水平横管，具有相同的表面温度，在空气中自然散热，第一根管子的直径是第二根管子直径的10倍，如果这两根管子的（GrPr)值均在103~109之间，且可用准数方程式Nub=0.53Grb。
试求两根管子的对流换0.25热系数比值和热损失的比值。
解：对于与圆管进行对流换热的情形，空气的
由于横管的表面温度相同，并且空气温度相同，所以均相等，可得
2-8根据隧道窑模型实验，确定了圆柱形料垛对流换热系数的准数方程式为：Nuf=0.0146Ref0.85。
现用空气强制冷却圆柱形料垛，空气温度为20℃，空气流速为1.28m/s，料垛直径为0.118m。
试求圆柱形料
垛对空气的对流换热系数。
解：查得空气在20C时的物性参数为：
2-9一条半圆拱式烟道，长10m，烟道内宽800mm，两侧墙高300mm，拱高400mm。
今有烟气以1800Nm3/h的流量通过该烟道，已知烟气平均温度为350℃，烟道内壁面平均温度为240 ℃，试求烟气对壁面的对流换热系数及传热量。
解：烟道的截面积和周长分别为：
2-10 60℃的水进入一内径为25.4mm的管子，水的流速为2cm/s。
试计算水的出口温度（已知管长3m，管壁温度恒定为80℃）
解：设水出口处的温度为70C，则水的定性温度为：
查得水的物性参数为：
与原假设相差不大，所以可以认为水的出口温度为72.8℃。
如果要求的精确度更高，可以再假设水的出口温度为71.4℃，继续进行计算，直
到满意为止。
2-11 两无限大平面，其表面温度分别为20℃及600℃，黑度均为0.8，在这两块平面间安放一块黑度为0.8或0.05的遮热板，试求这两无限大平行平面间的净辐射热量。
解：使用电网络单元法
2-12 已知裸气管的表面温度为440℃，直径为
0.3m，黑度为0.8，周围环境温度为10℃，在
裸气管的周围安放遮热管（黑度为0.82，直径为0.4）
（1）求裸气管的辐射散热损失。
（2）如果同时考虑对流换热损失，已知遮热管对流换热系数为35W/m2·℃,裸气管的散热损失为多少？
2-13有一平板，水平放置在太阳光下，已知太阳投射到平板上的热流量为700W/m2，周围环境温度为25℃。
如果忽略对流换热，试求下列情况下的平板表面温度：
⑴平板表面涂有白漆。
⑵平板表面涂有无光黑漆。
⑶如果将上述平板放置在工业炉的热辐射
下，当辐射热流量仍为700W /m2，环境温度仍为25℃时。
已知白漆对于太阳辐射的吸收率为0.14，白漆对于低于2000℃的热辐射的吸收率为0.90，无光黑漆对于太阳辐射的吸收率为0.96，无光黑漆对于低于2000℃的热辐射的吸收率为0.95。
解：根据克希霍夫定律,黑体和灰体的吸收率等于同温度下的黑度，
平板的散热量为：
处于热平衡时：
2-14 热空气在Φ426×9mm的钢管中流过，热空气的温度用一个装在外径为15mm的瓷保护管中的热电偶来测量，为了减小测量误差，把热电偶保护瓷管用薄铝圆筒屏蔽，屏蔽筒的黑度为0.3，面积为保护瓷管的4倍。
空气向屏蔽筒的对流换热系数为35w/m2·℃，已知钢管内壁温度为110℃，热电偶读数（即瓷管温度）为220℃，瓷管的黑度为0.8，空气向瓷管的对流换热系数为52.4w/m2·℃，设瓷管本身的热传导可忽略
不计。
试求热电偶的测量相对误差，并求出空气的实际温度。
解：设薄铝圆筒（遮热罩）F1温度t3、表面积F3，管道内热空气与热接点之间的对流换热量
管道内热空气与遮热罩两表面之间的对流换热量
热电偶接点与遮热罩之间的辐射换热量：
遮热罩与管道壁之间的辐射换热量
当热接点达到热平衡时，
即
由于F1＜＜F3，则：
同理，当遮热罩达到热平衡时，
即
代入已知数据，求得：t3=185.2℃，t1=218.2℃，热电偶测量误差：
2-15 试求锅炉壁(δ=20mm，λ=58w/m ·℃)两表面的温度和通过锅炉壁的热流量。
已知烟气温度为1000℃，水的温度为200℃，从烟气到壁面的对流辐射换热系数为116w/m2 ·℃，从壁面到水的对流换热系数为2320 w/m2 ·℃。
解：通过锅炉壁的热流量为：
2-16 一根内径为20mm，外径为30mm的钢管，
包上20mm厚的保温材料，保温材料的导热系数为0.057 w/m℃，表面黑度为0.7，保温层的内壁温度为200℃，周围环境温度为20
℃。
试计算每米管长的热损失。
解：设保温层的外表面温度为t2，则保温层向空气的辐射散热量为：
ta为空气的温度，通过保温层导热的热流量为：
t1为保温层的内壁温度
当达到稳态时，有
将已知数据代入解得：t2=70C管道每米长的散热损失为：
2-17 有一套管逆流式换热器，用水冷却油，油在内管中流动，油进出口温度分别为110℃和75℃，水在套管环隙中流动，水的流量为68kg/min，水的进出口温度分别为35℃和75℃。
已，知按内管外表面积计算的平均总传热系数为320 w/m2℃，油的比热为1.9KJ/Kg℃。
试求此换热器的换热面积。
解：该换热器的对数平均温差为：
2-18 厚0.25m的不锈钢大平板铸件，导热系数为23W/m.℃，导温系数为0.44×10-5 m2/s。
在炉内加热到767 ℃后，取出放在27 ℃的空气中冷却。
表面的换热系数为125W/m2.℃。
试计算经过85分钟之后，板中心和板表面的温度为多少。
解：属于无限大平壁一维不稳定导热问题
t w
求 t
中心
得出t w=337.8 ℃t中心=471℃。