材料物理性能思考题

材料物理性能思考题

第一章：材料电学性能

1如何评价材料的导电能力？如何界定超导、导体、半导体和绝缘体材料？

2 经典导电理论的主要内容是什么？它如何解释欧姆定律？它有哪些局限性？

3 自由电子近似下的量子导电理论如何看待自由电子的能量和运动行为？

4 根据自由电子近似下的量子导电理论解释：准连续能级、能级的简并状态、

简并度、能态密度、k空间、等幅平面波和能级密度函数。

5 自由电子近似下的等能面为什么是球面？倒易空间的倒易节点数与不含自旋

的能态数是何关系？为什么自由电子的波矢量是一个倒易矢量？

6 自由电子在允许能级的分布遵循何种分布规律？何为费米面和费米能级？何

为有效电子？价电子与有效电子有何关系？如何根据价电子浓度确定原子的费米半径？

7 自由电子的平均能量与温度有何种关系？温度如何影响费米能级？根据自由

电子近似下的量子导电理论，试分析温度如何影响材料的导电性。

8 自由电子近似下的量子导电理论与经典导电理论在欧姆定律的微观解释方面

有何异同点？

9 何为能带理论？它与近自由电子近似和紧束缚近似下的量子导电理论有何关

系？

10 孤立原子相互靠近时，为什么会发生能级分裂和形成能带？禁带的形成规律

是什么？何为材料的能带结构？

11 在布里渊区的界面附近，费米面和能级密度函数有何变化规律？哪些条件下

会发生禁带重叠或禁带消失现象？试分析禁带的产生原因。

12 在能带理论中，自由电子的能量和运动行为与自由电子近似下有何不同？

13 自由电子的能态或能量与其运动速度和加速度有何关系？何为电子的有效质

量？其物理本质是什么？

14 试分析、阐述导体、半导体（本征、掺杂）和绝缘体的能带结构特点。

15 能带论对欧姆定律的微观解释与自由电子近似下的量子导电理论有何异同

点？

16 解释原胞、基矢、基元和布里渊区的含义

17 试指出影响材料导电性的内外因素和影响规律，并分析其原因。

18 材料电阻的测试方法由哪几种？各有何特点？

19 简述用电阻法测绘固溶度曲线的原理和方法。

第二章：材料热学性能

1 简述材料热容的定义，为什么说材料的等容热容Cv的物理本质是材料内能随

温度的变化率时常需附加无相变、无化学反应和无非体积功的条件？Cv和Cp 的本质差别是什么？对实际材料进行热分析时，若有相变发生，为什么其Cp 中还能反映相变的热效应？

2 微观上如何认识材料内能的构成？

3 简述杜隆—珀替经典热容理论模型和结果，评价其局限性。

4 解释何为晶格热振动、格波和色散关系？何为简谐近似和非简谐近似？如何

界定连续介质和非连续介质？色散关系式的个数如何确定？色散与非色散介质中格波的相速度和群速度有何差异？

5 解释何为晶格振动模式？格波的波矢数和模式数如何确定？为什么晶体中有

3PN种振动模式（或格波）？

6 对晶格热振动进行正则坐标变换的意义是什么？根据量子力学，线性谐振子

的能量表达式是什么？

7 何为声子？对一个线性谐振子，声子的种类、声子的数量及其数量的增减

各代表什么物理意义？为什么声子数量具有统计平均值？它与温度有何关系

8 解释何为格波模式密度或模式密度函数？简述模式密度函数的求取方法。

9简述与晶格热振动有关的等容热容的求解方法，并分别说明爱因斯坦理论和德拜理论的近似方法和效果特点，你对两种理论的结果有何评价？

10 自由电子对晶体等容热容有何贡献？该热容随温度如何变化？

11实际材料的等压热容通常由哪些部分组成？又受到哪些因素的影响？有什么影响规律？

12一级相变、二级相变如何界定？为什么一级相变、二级相变在相变温度点其热容曲线会出现差异？

13 解释差热分析（DTA）、差示扫描量热分析（DSC）；画出45﹟钢由室温加热到

Ac3+30～50℃,保温后再空冷到室温全过程的（DTA）曲线，分析该曲线的形成原因，标出各特征温度点，并说明其发生的相变。

14何谓材料的热膨胀？其物理本质是什么？为什么热膨胀系数能反映原子结合力的大小？为什么简谐振动近似无法说明热膨胀的物理本质？

15 哪些因素能影响材料的热膨胀特性？如何影响？为什么一级相变、二级相变

在相变温度点其热膨胀曲线会出现差异？

16 试画出亚共析、共析、过共析碳钢由室温到奥氏体化温度缓慢加热和冷却过

程的普通和示差光学膨胀曲线，分析曲线的形成原因，标出各特征温度点，并说明其发生的相变和组织转变。

17 简述由热膨胀分析方法测绘过冷奥氏体等温转变曲线的原理和方法，并说明

为什么由膨胀曲线能获得组织转变量曲线？对不完全转变又如何处理？

18 解释温度场、温度梯度、热通量、导热系数、热阻、导温系数。

19材料导热的物理本质是什么？有哪几种导热机制？微观上它们的导热系数有何不同？影响导热的因素有哪些？

第三章：材料的磁性

1复习磁场、磁场强度、磁化强度、磁感应强度（磁通量密度）、磁化率、磁导率等概念及它们的关系。

2简述环电流与磁矩的关系、电子的循轨磁矩与其角动量（动量矩）的关系、电子的自旋磁矩与其自旋角动量的关系；说明主量子数、轨道角量子数、轨道磁量子数（空间量子数）、自旋量子数、自旋磁量子数及其取值范围。

3 孤立原子的总磁矩与其核外电子的循轨磁矩和自旋磁矩是什么关系？

4 解释什么是抗磁性、顺磁性和铁磁性物质。

5 简述物质的顺磁性和抗磁性是如何产生的？它们都受到哪些因素的影响？

6 简述铁磁质磁化曲线和磁滞回线的特点，解释剩余磁感应强度和矫顽力；何

谓磁位能，它与哪些因素有关？如何降低体系的磁位能？

7 解释磁各向异性、易磁化方向和难磁化方向，简述什么是磁各向异性能和磁

化功？它们有何关系？如何降低体系的磁各向异性能？

8 解释磁致伸缩、磁致伸缩系数和磁弹性能。如何降低体系的磁弹性能？

9 简述形状各向异性、退磁场强度、退磁因子、退磁能和它们的关系？如何降

低体系的退磁能？