《材料物理性能》期末考试试卷A卷及参考答案A,2019年12月

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#############材料科学与工程专业 《材料物理性能》期末考试试卷（A) （后附参考答案及评分标准）
考试时间：120分钟 考试日期：2019年12月
一、单项选择题。

（请将正确答案填入对应题号处，共 20 分，每题 2 分） 1. 关于材料热容的影响因素，下列说法中不正确的是 。

A ．热熔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
2. 晶格的热传导必须用声子的（1） 近似来解释，此时的声子
（2）理想气体， 因为声子之间 （3） 碰撞。

A ．（1）简谐 （2） 是 （3）不发生
B ．（1）非简谐 （2）是 （3）发生
C ．（1）近自由电子 （2）不是 （3）发生
D ．（1）紧束缚 （2）不是 （3）不发生
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
年级 专业 姓名 学号
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4. 附图是导体、半导体、绝缘体在热力学温度T = 0 K时的能带结构图。

其中属于
绝缘体的能带结构是。

A. (1)
B. (2)
C. (1)、(3)
D. (3)
5. 如果(1)锗用锑(五价元素)掺杂，(2)硅用铝(三价元素)掺杂，则获得的半导体分别属于下述类型：。

A．(1)、(2)均为n型半导体
B．(1)为n型半导体，(2)为p型半导体
C. (1)为p型半导体，(2)为n型半导体
D．(1)、(2)均为p型半导体
6. 根据电介质的分类，H2O属于。

A．非极性电介质B．极性电介质
C．铁电体D．铁磁体
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，其磁化率都与温度无关
8. 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
9. 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
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10. 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 二、填空题（本题10小题，每空1分，共20分）
11. 固体材料的热膨胀本质是 。

12. 热稳定性的两种类型分别是 、 。

13. 马西森定则指出，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。

14. 半导体的导电性随温度变化的规律与金属不同，呈现 规律。

在讨论时要考虑两种散射机制，即 与 。

15. 压电效应可分为 、 两类。

16. 电介质可分为 、 电介质。

17. 根据磁导率的定义，B-H 磁化曲线上任何一点的 与 的比值都称为磁导率。

18. 磁各向异性一般包括 、 、 等。

19. 散射前后，光的波长（或光子能量）不发生变化的散射称为 。

20. 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 。

三、判断题（请将正确答案填入表中相应题号处，正确的打“√”，
错误的打“×”，本题10小题，每小题1分，共10分）
21. 晶格振动的简谐近似模型无法对声子的导热做出满意解释。

（）
22. 单晶硅热导率大于多晶硅热导率。

（）
23. 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。

（）
24. 与纯铝相比，纯铜的电导率较高，而热导率较低。

（）
25. 高温超导体是指超导临界转变温度在液氮温区以上的超导体。

（）
26. 如果某材料极化过程中没有任何弛豫，则在交变电场下没有介电损耗。

（）
27. 凡是铁电体一定同时具备压电效应和热释电效应。

（）
28.原子磁距不为零的必要条件是存在未排满的电子层。

（）
29. 蓝天之所以呈现蓝色，是因为大气对太阳光的瑞利散射。

（）
30. 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。

（）
四、名词解释（本题5小题，每小题4分，共20分）
31. 光频支
32. 本征导体
33. 自发极化
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34. 抗磁性 35. 光子
五、简答/计算题（本题3小题，每小题10分，共30分） 36. 计算通过10 mm 厚的不锈钢板材的热流。

已知该板材两个断
面的温度分别是300℃和100℃，假设热流是稳定的，不锈钢板材的导热系数为51.9 W/(m·K)。

年级 专业 姓名 学号
装订线
37. 掺杂半导体分为哪几类？以纯硅为例，说明掺杂后其电导率有何变化？并解释原因。

38. 计算稀土金属Nd (原子序数为60)的原子磁矩。

注：朗德因子
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#############材料科学与工程专业 《材料物理性能》期末考试试卷（A)
参考答案及评分标准
一、单项选择题。

（请将正确答案填入对应题号处，共 20 分，每题 2 分）
二、填空题（本题10小题，每空1分，共20分） 11. 点阵结构中的质点间平均距离随温度的升高而增大 12. 抗热震断裂性、抗热震损伤性 13. 有关、无关
14. 复杂的变化规律、点阵振动的声子散射、电离杂质散射 15. 正压电效应、逆压电效应 16. 极性电介质、非极性电介质 17. B （磁感应强度）、H （磁场强度）
18. 应力各向异性、形状各向异性、磁晶各向异性 19. 弹性散射
20. 双折射、二向色性
三、判断题（本题10小题，每小题1分，共10分）
四、名词解释（本题5小题，每小题4
分，共20分。

） 31. 光频支
答：格波中频率很高的振动波，质点间的相位差很大，邻近的质点运动几乎相反时，频率往往在红外光区，称为光频支振动。

32. 本征半导体
答：材料中所有价电子都参与成键，并且所有键都处于饱和（原子外电子层填满）状态的半导体。

33. 自发极化
答：这种极化状态并非由外电场引起，而是由晶体内部结构引起的同向排列电偶极子的形成称为自发极化。

34. 抗磁性
答：某些材料受到外磁场的作用后，感生出和外磁场方向相反的磁化强度，这种材料具有的磁性称为抗磁性。

35. 光子
答：电磁场（或光场）的最小能量单元。

三、简答/计算题（本题3小题，每小题10分，共30分）
36. 计算通过10 mm厚的不锈钢板材的热流。

已知该板材两个断面的温度分别是300℃和100℃，假设热流是稳定的，不锈钢板材的导热系数为51.9 W/(m·K)。

答：利用傅里叶定律计算如下：
，有（3分）
（6分）
（1分）
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37. 掺杂半导体分为哪几类？以纯硅为例，说明掺杂后其电导率有何变化？并解释原因。

答：答：杂质半导体分n型与p型，前者是在硅或锗中掺杂第五主族的元素，后者掺杂第三主族元素（2分）。

纯硅中掺杂后，电导率提高（2分）。

以n型半导体为例，掺杂的第五主族的原子，其最外层的四个电子分别和一个最近邻的硅原子价电子结合成共价键，多余的电子不再与核紧密束缚，因此在原来本征半导体的禁带中靠近导带处形成一个杂质的电子的能级，即施主能级，0K时这一能级被电子占据，并不能用于导电。

但当温度升高后，只需要不高于10-2ev的能量，便可以把施主能级上的电子激发至导带，载流子浓度大幅增加，因此具有更高的电导率。

（6分）
38. 计算稀土金属Nd的原子磁矩。

答：对于Nd原子，有
S=4/2，L=3+2+1+0=6, J=L-S=4, ɡ =0.6(5分)
; （3分）。

（2分）
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