材料物理导论-思考题4
材料物理导论-思考题3
第二章 材料的热学1. 讨论为什么高温下非密排结构晶体是稳定相，而低温时，密排结构晶体却为稳定相？1.高温下原子活动能力较强，为了满足高温下原子平衡跳动的需要，原子间距要大，所以为非密排结构；低温时，原子活动性弱，原子间距小，在最低能态的条件下，原子尽量以密排方式。
2. 如图，比较铜和铁的热传导系数随温度的变化情况，讨论为什么铜在1084℃、铁在912℃会出现跳跃？2.铜在1084℃、铁在912℃会出现相变，晶体结构有变化。
铜的热传导系数出现跳跃是因为在此温度下铜由固态变成了液态，发生了相变，由于吸热使得单位时间内通过单位垂直面积的热量骤减，故热传导系数骤减；而铁在912℃由α-Fe 转变成γ-Fe ，晶体结构发生改变，热传导系数骤增，出现跳跃。
3. 进一步讨论晶体结构是如何影响热膨胀系数的？举例说明。
3、物体的体积或长度随着温度的升高而增大的现象称为热膨胀（thermal expansion ）用先膨胀系数、体膨胀系数表示。
线（体）膨胀系数指温度升高1K 时，物体的长度（体积）的相对增加。
由于晶体结构类型变化伴随着材料比体积发生引起线膨胀系数发生不连续变化。
例如，有序—无序转变时，伴随着膨胀系数的变化，在膨胀曲线上出现拐折，其中Au —Cu50%（质量分数）的有序合金加热至300℃时，有序机构开始破坏，450℃完全变为无序结构。
在这个温度区间，膨胀系数增加很快，在450℃处，膨胀曲线上出现明显的拐折，拐折点对应于有序—无序转变温度。
从曲线可以看出，有序结构具有较小的膨胀系数，这是CuFe 温度，℃/热传导系数 ℃/mm 0.40.2题2图 热传导系数与温度关系由于有序结构使合金原子间结合力增强的结果。
4. 根据题4图，如果变化相同的 T ，说明哪种材料的热膨胀系数更大，哪种材料的熔点更高，为什么？4、B 的热膨胀系数更大，A 的熔点更高。
材料的热膨胀与点阵中质点的位能有关，而质点的位能是由质点间的结合力特性所决定。
材料物理导论答案
= ih ψ∇ψ ∗ −ψ ∗∇ψ 2m
=
ih 2m
ir
(−2ikr ) r3
=
hk mr 2
i r
16. 一粒子在一维势阱中运动，势阱为
U (x)
=
⎪⎧U ⎨
o
> 0,
x
>
a
求束缚态(0
<
E
<
U0)的能级所满足的方程。
⎪⎩0, x ≤ a
解：粒子满足波函数：
⎧ ⎪− ⎪
h2 2m
d
2ϕ1 (x0 dx 2
第一章 材料的力学
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
拉伸前后圆杆相关参数表
体积 V/mm3 直径 d/mm 圆面积 S/mm2
解：据题即求如图 E1,E2,η2 和η3 四参数。如图所示有
ε
= ε1
+ε2
+ε3
=
σ0 E1
+
σ0 E2
(1 − e−t /τ
)+
σ0 η3
t
其中ε1 立即回复，ε2 逐渐回复，ε3 不能回复。
⇒
⎪⎧ε1 ⎪ ⎪ ⎨ε 3 ⎪
= =
σ0 E1
σ0 η3
= 0.05 − (3 + e10−10 ) /100 = t = 1.0 ×104 ⋅ 36000 = (3 +
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
材料物理导论习题答案-1
第四章：晶体缺陷 部分作业答案1、 证明位错线不能终止在晶体内部。
解 设有一位错线从表面深入晶体，终点A 在晶体内，如图所示绕位错作一柏氏回路1L ，获得柏氏矢量b 。
现把回路移动到2L 位置，按柏氏回路性质，柏氏回路在完整晶体中移动，它所得的柏氏矢量不会改变，仍为b 。
但从另一角度看，内是完整晶体，它对应的柏氏矢量应为0。
这二者是相悖的，所以这是不可能的。
2、 一个位错环能否各部分都是螺位错，能否各部分都是刃位错，为什么？ 解 螺位错的柏氏矢量与位错线平行，一根位错只有一个柏氏矢量，而一个位错环不可能与一个方向处处平行，所以一个位错环不能各部分都是螺位错。
刃位错的柏氏矢量与位错线垂直，如果柏氏矢量垂直位错环所在的平面，则位错环处处都是刃位错。
这种位错的滑移面是位错环与柏氏矢量方向组成的棱柱面，这种位错又称棱柱位错。
3、 面心立方系单晶体受拉伸形变，拉伸轴是[001]，求对b =a[011-]/2及t 平行于[211-]的位错在滑移和攀移方向所受的力。
已知点阵常数a=0.36nm 。
解 （1）单位长度位错线在滑移面上所受的力g F 是外加应力场在滑移面滑移方向的分切应力τ与柏氏矢量b 的乘积：b F g τ=。
在单位拉伸（应力为σ）的情况，ϕλστcos cos =。
因b=a[011-]/2及t 平行于[211-]，滑移面是柏氏矢量和位错共面的面，所以滑移面是（111）。
因此，λ是]011[]001[--的夹角，ϕ是]111[]01-的夹角。
根据第一题的计算知2/1cos =λ,3/1cos =ϕ；故σστ408.06/==。
而b 的模为m m a 1091055.22/21036.02/2--⨯=⨯⨯=，最后得m N m N b F g /1004.1/1055.2408.01010σστ--⨯=⨯⨯==式中，σ的单位为Pa 。
（2）单位长度位错线在攀移方向上所受的力C F 是外加应力场在刃位错半原子面的正应力C σ与柏氏矢量b 的乘积：b F c c σ-=。
材料导论复习思考题及答案——北京化工大学
复习题（1）HDPE、LDPE分子结构、聚集态结构的差别是什么，应用领域有那些特点？1 分子结构：HDPE：只有少量的短支链LDPE：存在大量的长支链和短支链LLDPE：短支链数目与LDPE详单，但没有长支链。
UHMWPE：为线性，与HDPE相同2聚集态结构： HDPE：分子链非常柔顺，结构单元对称规整，非常容易结晶，结晶度很高，80~95%，支化程度小，规整型高，结晶度高LDPE：分子链柔性小，结晶困难，55~65%（提高分子量对结晶度提高） LLDPE：结晶度70%UHMWPE：分子间缠结非常强烈，和HDPE一样，结晶度70~80%3性能：a聚乙烯的基本性质：无臭无味无毒乳白色蜡状固体名半透明或不透明透水率小但透气性大易燃，是最易燃的燃料之一 b聚乙烯力学性能一般拉伸强度比较低强度不高抗蠕性变差抗冲击性能较好c结晶度，密度、拉伸强度、硬度、抗蠕变性： LDPE<LLPE<HDPE 抗冲击性HDPE<LLDPE<LDPE 耐环境应力开裂性 HDPE<LLDPE<LDPE d热性能： PE耐热性能低 HDT：HDPE>LLDPE>LDPE&MFI（熔融指数）提高（分子量下降），HDT降低。
PE的耐热性在塑料里比较高膨胀系数大：HDPE<LLDPE<LDPE 导热性：HDPE>LLDPE>LDPE耐寒性：分子量大，耐寒性好。
MIF升高 e耐化学药性优异f电性能：优异的电绝缘性（>1016Ωm）可做高频高压绝缘材料g加工性能：吸水率低，加工前不必干燥分子量和支化度度熔体速率有很大的影响，分子量提高，MFI下降，分子量相同，支化程度上升，MFI上升熔体流动LDPE>HDPE挤出成型：LDPE 要求慢速冷却：HDPE要求快速冷却 UHMWPE:力学性能优良，良好的塑性工程塑料结晶度比HDPE低，70~80%密度比HDPE低熔体的粘度很高工程塑料中抗冲击强度最高即使在低温下也可以保持韧性和很高的耐磨性4应用：LDPE HDPE LLDPE:不承载复合或在使用温度不高下承载较小的负荷的塑料制品。
材料物理性能测试思考题答案
有效电子数：不是所有的自由电子都能参与导电，在外电场的作用下，只有能量接近费密能的少部分电子，方有可能被激发到空能级上去而参与导电。
这种真正参加导电的自由电子数被称为有效电子数。
K 状态：一般与纯金属一样，冷加工使固溶体电阻升高，退火则降低。
但对某些成分中含有过渡族金属的合金，尽管金相分析和Ｘ射线分析的结果认为其组织仍是单相的，但在回火中发现合金电阻有反常升高，而在冷加工时发现合金的电阻明显降低，这种合金组织出现的反常状态称为K 状态。
X 射线分析发现，组元原子在晶体中不均匀分布，使原子间距的大小显着波动，所以也把K 状态称为“不均匀固溶体”。
能带：晶体中大量的原子集合在一起，而且原子之间距离很近，致使离原子核较远的壳层发生交叠，壳层交叠使电子不再局限于某个原子上，有可能转移到相邻原子的相似壳层上去，也可能从相邻原子运动到更远的原子壳层上去，从而使本来处于同一能量状态的电子产生微小的能量差异，与此相对应的能级扩展为能带。
禁带：允许被电子占据的能带称为允许带，允许带之间的范围是不允许电子占据的，此范围称为禁带。
价带：原子中最外层的电子称为价电子，与价电子能级相对应的能带称为价带。
导带：价带以上能量最低的允许带称为导带。
金属材料的基本电阻：理想金属的电阻只与电子散射和声子散射两种机制有关，可以看成为基本电阻，基本电阻在绝对零度时为零。
残余电阻(剩余电阻)：电子在杂质和缺陷上的散射发生在有缺陷的晶体中，绝对零度下金属呈现剩余电阻。
这个电阻反映了金属纯度和不完整性。
相对电阻率：ρ (300K)／ρ (4.2K) 是衡量金属纯度的重要指标。
剩余电阻率ρ’：金属在绝对零度时的电阻率。
实用中常把液氦温度(4.2K)下的电阻率视为剩余电阻率。
相对电导率：工程中用相对电导率( IACS%) 表征导体材料的导电性能。
把国际标准软纯铜(在室温20 ℃下电阻率ρ= 0 .017 24Ω·mm 2/ m)的电导率作为100% , 其他导体材料的电导率与之相比的百分数即为该导体材料的相对电导率。
材料物理习题和思考题
材料物理习题和思考题材料物理习题和思考题第⼀章材料的电⼦理论1、重要名词：⾃由电⼦近似波函数的归⼀化条件波恩－卡曼边界条件允许波长 K 空间状态密度费⽶能电⼦的费⽶－狄拉克统计分布布洛赫定理近⾃由电⼦近似能带允带禁带紧束缚近似布拉格定律布⾥渊区等能⾯费⽶⾯费⽶球电⼦密度泛函2、说明⾃由电⼦近似的基本假设。
在该假设下，⾃由电⼦在⼀维⾦属晶体中如何分布？电⼦的波长、能量各如何分布？3、何谓K 空间? K 空间中的（2，2，2）和（1，1，3）两点那个代表的能级能量⾼？4、何谓状态密度？状态密度与电⼦能量是何种关系？5、⽤公式1k exp 1F +??=T E-E f(E)解释左图的⾃由电⼦在0K 和T K时的能量分布，并说明T 改变时该能量分布如何变化。
6、说明的物理意义，并简要说明为什么在讨论左图的电⼦能量分布时不考虑和的区别？F E 0F E F E 7、近⾃由电⼦假设和⾃由电⼦假设中电⼦所处的势场有何区别？前者的主要假设是什么？8、画出⾃由电⼦近似和近⾃由电⼦近似下的E-K 曲线，并说明他们的区别，解释能带的概念。
9、从左图说明能带产⽣的原因。
10、什么是布⾥渊区？给出⼀维K 空间前三个布⾥渊区的范围，注意其特点。
将⼀维布⾥渊区的特点推⼴到⼆维、三维的情形，他们的第⼀、第⼆、第n 布⾥渊区有何种关系？11、解释左下图的⼆维晶体布⾥渊区的等能线，并说明能隙和能量交叠出现的原因。
12、画图说明⾃由电⼦近似和近⾃由电⼦近似下的状态密度的异同。
13、画图说明导体、半导体、绝缘体能带结构的异同。
14、简要说明⽤现代电⼦理论进⾏合⾦设计的主要思想。
15、简要说明电⼦密度泛函⽅法的主要思想。
第⼆章材料的晶态结构与缺陷1、重要名词：晶体，⾮晶态，准晶体，点阵（晶格），晶胞，点阵常数（晶格常数，晶格参数），晶系，布拉菲点阵，晶向指数，晶⾯指数，⾯⼼⽴⽅，体⼼⽴⽅，密排六⽅，同素异构现象，合⾦，固溶体，间隙式固溶体，置换式固溶体，中间相，正常价化合物，电⼦化合物，间隙相和间隙化合物，拓扑密堆相，超结构（超点阵，有序固溶体），径向分布函数，位置⽮径分布函数，陶瓷，特种陶瓷，硅氧四⾯体，岛状结构，组群状结构，链状结构，层状结构，架状结构，低维材料，吸附，物理吸附，化学吸附，解吸，凝结，临界晶核，稳定晶核，多晶体，外延⽣长，同质外延，异质外延，错配度，晶体缺陷，化学缺陷，点阵缺陷，点缺陷，线缺陷，⾯缺陷，空位和间隙原⼦，空位形成能，辐照损伤，位错，柏⽒⽮量，刃型位错，螺型位错，混合型位错，晶界，⼩⾓度晶界，⼤⾓度晶界，过冷液体模型，⼩岛模型，重合位置点阵模型，重合位置密度，孪晶，孪晶界，共格界⾯，⾮共格界⾯，外表⾯，清洁表⾯，实际表⾯，表⾯弛豫，表⾯重构，相界，2、晶体为何有各向异性？3、在晶胞中画出下列晶⾯和晶向：[111],[110], [111], [011], [120];(111), (110), (225), (101), (210)4、在图上标出下列晶向和晶⾯的指数5、计算⾯⼼⽴⽅和体⼼⽴⽅结构的致密度，画出其任意原⼦的配位原⼦，⽐较两种结构的区别。
材料物理导论
《材料物理导论》习题解答第一章材料的力学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/m2，能伸长多少厘米?3. 一材料在室温时的杨氏模量为3.5×108 N/m2,泊松比为0.35，计算其剪切模量和体积模量。
5. 一陶瓷含体积百分比为95%的Al2O3 (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。
8. 一试样受到拉应力为1.0×103 N/m2,10秒种后试样长度为原始长度的1.15倍,移去外力后试样的长度为原始长度的1.10倍,若可用单一Maxwell模型来描述,求其松弛时间τ值。
第二章材料的热学9.一硅酸铝玻璃的性能为=2.1J/(㎡▪s▪K)，α=4.6×/K,σf=N/㎡,E=N/㎡,μ=0.25.求第一和第二抗热冲击断裂因子和。
10.一热机部件由氮化硅制成，导热率为1.84J/(㎡▪s▪K)，最大厚度=0.12m,表面热传导系数为500J/(㎡▪s▪K)，请估算能承受热冲击的最大允许温差。
第三章材料的电学20.如果A原子的原子半径为B原子的两倍，那么在其他条件都相同的情况下，A原子的电子极化率大约是B原子的多少倍？25、画出典型铁电体的电滞回线示意图，并用有关机制解释引起非线性关系的原因。
解：铁电体晶体在整体上呈现自发极化，这意味着在正负端分别有一层正的和负的束缚电荷。
束缚电荷产生的电场在晶体内部与极化反向（称为退极化场），使静电能升高。
在受机械约束时，伴随着自发极化的应变还能使应变能增加。
材料物理性能的第一章思考题20110925
《材料物理性能》思考题第一章热学性能1.1 概述1、材料的热学性能包括、、和等。
2、什么是格波？3、若三维晶体由N个晶胞组成，每个晶胞中含有S个原子，则晶体中格波数为个，格波支数为个。
4、受热晶体的温度升高，实质是晶体中热激发出的声子的增加。
5、举例说明某一材料热学性能的具体应用。
1.2 热容1、什么是比热容和摩尔热容（区分：定压摩尔热容和定容摩尔热容）？3、固体热容的经验定律和经典理论只适用于高温，对低温不适用！4、由德拜模型可知，温度很低时，固体的定容摩尔热容与温度的三次方成正比（德拜T3定律）。
5、金属热容由热容和热容两部分组成。
6、自由电子对热容的贡献在极高温和极低温度下不可忽视，在常温时与晶格振动热容相比微不足道！7、一级相变对热容的影响特征是什么？8、影响无机材料热容的因素有哪些？9、对于隔热材料，需使用低热容（如轻质多孔）隔热砖，便于炉体迅速升温，同时降低热量损耗。
10、什么是热分析法？DTA、DSA和TG分别是哪三种热分析方法的简称？举例说明热分析方法的应用。
1.3 热膨胀1、什么是线或体膨胀系数？2、固体材料的热膨胀本质，归结为点阵结构中随温度升高而增大。
3、材料的热膨胀来自原子的非简谐振动。
4、材料热膨胀的物理本质可用曲线或曲线来解释。
5、熔点较高的金属具有较低的膨胀系数。
6、结构对称性较低的单晶体，其膨胀系数具有各向异性，不同的晶向有不同的线膨胀系数。
一般来说，弹性模量高的方向将有较小的膨胀系数，反之亦然。
（如石墨：平行于C轴方向的热膨胀系数大于垂直于C轴方向的热膨胀系数。
）7、举例说明一级相变对材料膨胀性能的影响。
8、钢的不同组织比容从大到小的顺序为：马氏体、渗碳体、铁素体、珠光体、奥氏体。
9、通常陶瓷制品表面釉层与坯体热膨胀系数的大小关系如何？为什么？1.4 热传导1、什么是热导率？2、固体材料热传导主要有、和三种微观机制。
3、对于声子热导而言，热阻来源于声子扩散过程中的各种（如声子的碰撞、点缺陷的散射、晶界的散射和位错的散射等）。
理论物理导论思考题汇总
理论物理导论思考题汇总二6.为什么把微观粒子波动性叫物质波或几率波？答：就一个粒子而言，其出现的位置是随机的， 但相同条件下的大量粒子，或在同一粒子在相同条件下的大量重复行为，是有规律的，服从几率统计。
微观粒子衍射过程中明条纹处表示粒子出现的几率取极大值，暗条纹处表示粒子出现的几率取极小值即微观粒子的波动性与其出现的几率有一定关系，故把微观粒子波动性叫做物质波或几率波。
7.微观粒子的波粒二象性等于经典粒子性加经典波动性吗？答：不等于。
微观粒子的波动性体现于其传播过程中的7.微观粒子的波粒二象性等于经典粒子性加经典波动性吗？答：不等于。
微观粒子的波动性体现于其传播过程中的衍射现象，而微观粒子的粒子性体现于其与物质相互作用时，所以并不等于经典粒子性加经典波动性。
10.求解薛定谔方程的过程中，微观粒子的能量取量子化值的结论是人为规定的吗？答：不是。
量子力学中，波函数随时间变化遵守薛定谔方程。
求解薛定谔方程的过程中，能量的表达式中有n 的存在，n 的取值为离散的，则微观粒子的能量取量子化值三7．什么是厄米算符本征函数的正交性和完全性？答：正交性: 任意一个厄米算符它的本征函数是1Ψ、2Ψ···n Ψ···，相应的本征值为,1λ2λ···n λ，对其本征函数系必有：0*=ΨΨ∫τd m n 。
完全性：任意态能用本征态展开，任意一个厄米算符它的本征函数是1Ψ、2Ψ···n Ψ···，则对粒子的任意可能态()r Ψ，都可以用本征态的线性叠加，把()r Ψ完全准确地表示出来，即()()r C r n nn Ψ=Ψ∑12、线性叠加态()()r C r n nn Ψ=Ψ∑式中的n C 有什么物理意义？答：是线性叠加态处于()r n Ψ态的概率四6氢原子电子的径向分布几率有什么规律性？答：径向分布几率是指核外电子出现在半径为r 和r+dr 这两个球面之间这一夹层空间范围内的几率(r)dr,且有：(r)dr=dr 可见(r)dr 与无关，与量子数m 无关，与n,l,有关。
材料物理导论 试卷及参考答案-试卷及参考答案-answer1 B
河北大学课程考核参考答案及评分标准（—学年第学期）考核科目材料物理导论课程类别考核方式开卷卷别 B1. Differentiate the conceptions, point out the difference and sameness. (20 points, 5 points for each question)1) Uphill diffusion and downhill diffusionDifference: diffusion directionSameness: driving force -chemical potential gradient2) Whole dislocation and no-whole dislocationDifference: The relationship between Burgers vector and lattice constant is different.Sameness: They are both line defect, that is, dislocations3)Eutectic transformation and eutectoid transformationDifference: Eutectic transformation is liquid phase transition, eutectoid transformation is solid phase transformation.Sameness: transformation products are two solid phases in constant temperature.4)Phase and organizationDifference: Organization has a particular morphology.Sameness: They are the components of materials.2. True or False. (20 points, 4 points for each question)1) A Force acts on dislocation line, its direction is always perpendicular to dislocation lineand the direction points to no-slip area. (true) 2) When metal is crystallized, atoms are from disarrangement of the liquid to arrangement of solid phase. The entropy of system decreases, so it is a spontaneous process. (false)3) In the two-phase region of the vertical sections of ternary phase diagram is not suitablefor lever rule. (true) 4) When plastic deformation occurs, the slip surface is always close-packed face of crystaland the slip direction is always the close-packed direction. (ture)5) Except Co element, all alloy elements which be integrated into the austenite can makeC curve to the left, therefore the hardenability of steel will increase. (false)3. Plane B: (122). (10 points)4. t is about 3000min. (25 points)5. T=900K(627o C). (25 points)。
材料物理导论(熊兆贤着)课后习题答案第三章习题参考解答
材料物理导论(熊兆贤着)课后习题答案第三章习题参考解答第三章 材料的电学3112319/)(/1006.4)3001038.1106.122.0exp(211211)(22.005.029.0212.1)(,12.1.1cm e N E f N n eV E E E E E E E E E E E E eV E Si kT E E D D D D F D i F D i c F D D c D g F D ⨯=⨯⨯⨯⨯+=+=⋅==-=-∴--∆--=--=∆=⊗---的查解：⎪⎩⎪⎨⎧⨯==⨯==∴〈〈⊗。
少子；多子解：)(/1013.1)(/105.1.239203150cm N n p cm N n N n D i D D i ΘeV22.0J 1053.3E E cm /102N cm /100.1N N Nln kT E E P cm /1045.8102)103.1(p n n cm /102109101.1N N p T N P ,N N .320V F 315A 319V AVV F 34152102i 3151516D A A D =⨯=-⨯⨯=-⎪⎩⎪⎨⎧⨯=⨯⨯==⨯=⨯-⨯=-=⇒∴∴〈⊗-代入可得取，取型半导体，有对于杂质几乎完全电离在室温，较少且又型半导体补偿后解：ΘΘ时可保持强电离。
则有令，仅考虑杂质电离有低温区，忽略本征激发解：318D 318DD D 2/1kT /E CD DD0cm /1032.1N cm /1032.1N N 9.0n )e N N 8(1N 2n n .4D ⨯〈⨯〈⇒≥⋅+==⊗+∆+mE s q m m q n n n d s n n n n n n 181********311048.11048.110101.01048.1106.110101.926.01.0.9-------**⨯=⨯⨯⨯⨯=⋅⋅=⋅=⨯=⨯⨯⨯⨯⨯==∴=τμτυλμττμΘ解：Ω=⨯=⋅ρ=⋅Ω=⨯⨯⨯=μ=σ=ρ⊗-3.16.01781.0S l R cm 781.08000106.1101nq 11.101915nΘ解：225112251123312319193103.421023.412.4400)2(5.361065.3365.3)1010/(101.926.03001038.13106.110/33,,)1(101.926.026.0.11------------⋅=⋅⨯==⋅Ω=⋅=⋅⨯===⋅Ω=⋅⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=⋅⋅=∴===⨯⨯==⊗cm A m A i m K cm A m A m kTqN E i mE m kTq N m kT V E V nq kg m m Si dnA dnA dn dn σσσμμσ时，同理，（电子有效质量），对解：Θcm 045.0)1350106.1103.10()pq (s V cm 1350cm /103.10100.1101103.1n )3(cm34.4)480106.1103.0()pq (cm /103.0100.1103.1N N p)2(cm34.4)480106.1103()pq (s V cm 480cm /103N p ,n n )1(.12119161112n 3161617161191613161616D A 119151112p315A A i ⋅Ω=⨯⨯⨯⨯=μ=ρ∴⋅⋅=μ⨯=⨯-⨯+⨯=⋅Ω=⨯⨯⨯⨯=μ=ρ∴⨯=⨯-⨯=-=⋅Ω=⨯⨯⨯⨯=μ=ρ∴⋅⋅=μ⨯=≈∴〈〈⊗-------------ΘΘ又又查得解：为最大。
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。
材料物理导论(熊兆贤着)课后习题答案第四章习题参考解答
第四章材料的磁学 1. 垂直于板面方向磁化,则为垂直于磁场方向 J =μ0M = 1Wb/m 2 退磁场Hd = - NM大薄片材料,退磁因子Na = Nb = 0, Nc = 1所以Hd = - M = -0μJ =m H m Wb /104/172-⨯π=7.96×105A/m 2. 试证明拉莫进动频率W L = 002H m e eμ 证明:由于逆磁体中自旋磁矩相互抵消,只须考虑在磁场H 中电子轨道运动的变化,按照动量矩定理,电子轨道动量l 的变化等于作用在磁矩μl 的力矩,即:dtdl = μl ()00B H l ⨯=⨯μμ,式中B 0 = μ0H 为磁场在真空中的磁感应强度. 而 μl = - l me 2 上式改写成: l B m e dt dl ⨯=02,又因为L V dtdl ϖ==线 所以,在磁场B 0电子的轨道角动量l 和轨道磁矩均绕磁场旋转,这种旋转运动称为拉莫运动,拉莫运动的频率为00022H m e m eB W l μ==3. 答: 退磁因子,无量纲,与磁体的几何形状有关.对于旋转椭圆体的三个主轴方向退磁因子之和,存在下面简单的关系:Na + Nb +Nc = 1 (a,b,c 分别是旋转椭圆体的三个半主轴,它们分别与坐标轴x,y,z 方向一致)根据上式,很容易求得其三种极限情况下的退磁因子:1) 球形体:因为其三个等轴, Na = Nb = Nc 31=∴N 2) 细长圆柱体: 其为a,b 等轴,而c>>a,b Nb Na =∴ 而0=Nc 3) 薄圆板体: b=a>>c 0=∴Na 0=Nb 4. 何谓轨道角动量猝灭现象?由于晶体场导致简并能级分裂,可能出现最低轨道能级单态.当单态是最低能级轨道时,总轨道角动量的绝对值L 2虽然保持不变,但轨道角动量的分量L z 不再是常量. 当L z 的平均值为0,即0=⎰*τϕϕd L z 时,称其为轨道角动量猝灭. 5. 推导居里-外斯定律cT T C -=χ,说明磁化率与温度的关系0证明: 铁磁体中作用于本征磁矩的有效磁感应场M B B eff λ+=0其中M 为磁化强度,则M λ为内场,顺磁体磁化强度表达式:⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=T k JB g JB Ng M B B J B 0μμ 把B 0用B eff 代替,则得到铁磁体磁化强度:()⎥⎦⎤⎢⎣⎡+=T k M B J g JB Ng M B B J B B )(00λμμ……………….(1) 当T>T c 时,自发磁化强度消失,只有在外磁场B 0作用下产生磁化强度当T>>T c 时,可令1)(0<<+T k M B J g B B λμ,则(1)式变为: )(3)1(022M B Tk J J Ng M B B λμ++=………………..(2) 又B B k J J Ng Tc 3/)1(22λμ+= 代入(2)式有 T M B T M c λλ)(0+=解得λ)(0c c T T B T M -= 令λc T C =' 则得c c cc T T C T T C H H T T C T T B C M -=-=∴=-=-='''000μχχμ当T c T ≤时,0<χ为铁磁性当T > T c 时,0>χ为顺磁性6. 自发磁化的物理本质是什么?材料具有铁磁性的充要条件是什么?答: 铁磁体自发磁化的本质是电子间的静电交换相互作用材料具有铁磁性的充要条件为:1) 必要条件:材料原子中具有未充满的电子壳层,即原子磁矩2) 充分条件:交换积分A > 07.超交换作用有哪些类型? 为什么A-B 型的作用最强?答: 具有三种超交换类型: A-A, B-B 和A-B因为金属分布在A 位和B 位,且A 位和B 位上的离子磁矩取向是反平行排列的.超交换作用的强弱取决于两个主要的因素: 1)两离子之间的距离以及金属离子之间通过氧离子所组成的键角ψi 2) 金属离子3d 电子数目及轨道组态.A-B 型ψ1=125°9’ ; ψ2=150°34’A-A 型ψ3=79°38’B-B 型ψ4=90°; ψ5=125°2’因为ψi 越大,超交换作用就越强,所以A-B 型的交换作用最强.8. 论述各类磁性χ-T 的相互关系1) 抗磁性.d χ 与温度无关,d χ<0 2) 顺磁性:c T T C -=χ,T c 为临界温度,成为顺磁居里温度,T>T c 时显顺磁性 3) 反铁磁性:当温度达到某个临界值T N 以上,服从居里-外斯定律4) 铁磁性: χf >0, T< T c ,否则将转变为顺磁性,并服从居里-外斯定律5) 亚铁磁性: 是未抵消的反铁磁性结构的铁磁性9. 比较铁磁体中五种能量的下列关系:答:铁磁材料的五种相互作用能分别为: 交换能F ex ,磁晶各向异性能F x ,磁弹性能F σ,退磁场能F d 和外磁场能F H1) 相邻原子电子自旋的单位体积内的交换能A>0时,电子自旋不平行,则会引起系统交换能的增加, F ex >0,只有当不考虑自旋轨道耦合时,交换能F ex 是各向同性的.2) 磁晶各向异性能F x ,是饱和磁化强度矢量在铁磁材料中取不同方向时随时间而改变的能量,仅与磁化强度矢量在晶体中的相对晶轴的取向有关磁晶各向异性来源于电子自旋与轨道的相互耦合作用以及晶体电场效应.这种原子或离子的自旋与轨道的耦合作用,会导致铁磁体的长度和体积的大小发生变化,出现所谓的磁致伸缩3) 铁磁体在受到应力作用时会发生相应的应变,从而引起磁弹性能F σ,包括由于自发形变而引起的磁应力能,包括外加应力和内应力4) 铁磁体在外磁场中具有位能成为外磁场能F H ,外磁场能是铁磁体磁化的动力5) 有限尺寸的铁磁体材料,受到外加磁场H 的变化,会在两端面上分别出现正负磁荷,从而产生减弱外磁场的磁场H d ,均匀磁化材料的退磁场能F d 为:10. 用能量的观点说明铁磁体内形成磁畴的原因答:根据热力学定律,稳定的磁状态一定是对应于铁磁材料内总自由能极小值的状态.磁畴的形成和稳定的结构状态,也是对应于满足总的自由能为极小值的条件.对于铁材料来说，分成磁畴后比分成磁畴前能量缩小,故铁磁材料自发磁化后必然分成小区域的磁畴,使总自由能为最低,从而满足能量最低原理.可见,退磁场能是形成磁畴的原因11． 解：单位面积的畴壁能量231/1098.32m J aA k S -⨯==πγ S 为自旋量子数=1 磁畴宽度m L M D s 641095.80.1710-⨯==γ L=10-2m 12 解：此题通过内应力分布为l x πσσ2sin0=，可见为90°畴壁位移，其为位移磁方程为σλμs s H M 230=，当外磁场变化H ∆，畴壁位移x ∆平衡时 H x M x x xH M s s s s ∆∂∂=∆∴∆∂∂=∇σλμσλμ232300 此时沿外磁场方向上磁矩将增加⊥∆=∆⊥S x S M s H (μ为单位体积90°畴壁的面积） 设磁畴宽度2l D =,在单位体积内将有2/D 个畴和畴壁数目,因而单位体积内畴壁面积应为)3....(....................442)11(l S l D =∴=⨯⨯⊥ 将(2)(3)代入(1),可得:0209034σλμπχs s i M =- 13. 证明: 用单弛豫来描述,磁场为交变磁场强度t i m e H H ω=作用下磁感应强度为)(c t i m e B B δω-=由t i m e H i H B ωμμμμμ)'''(00-==所以为半圆形14.15．讨论动态磁化过程中，磁损耗与频率的关系。
材料物理思考题2016最终版(北京化工大学四位男生吐血整理)
1、 重要名词：晶体缺陷：将晶体中偏离理想的完整结构的区域称为晶体缺陷。 化学缺陷：是指由局部的成分与基体不同导致的缺陷。 点阵缺陷：是指原子排列处于几何上的混乱状态，而与构成晶体的元素无关的晶体缺陷。 点缺陷：是指在 x、y、z 方向的尺寸都很小（相当于原子尺寸）的点阵缺陷，也称为零维缺陷。 线缺陷：是指在两个方向上尺寸都很小，另一个方向上相对很长的点阵缺陷，也称一维缺陷。 面缺陷：是指在两个方向上尺寸很大，另一个方向上尺寸很小的点阵缺陷，也称二维缺陷。 空位：空位是指由于原子迁移到点阵中其他位置形成的空结点。 间隙原子：是指处于点阵中间隙位置的原子。 空位形成能：单个空位形成所需的能量，通常用 Ef 表示。 辐照损伤：是点缺陷影响晶体性能ห้องสมุดไป่ตู้另一种形式，其含义为电子、中子、质子、α粒子等高能粒子照射 材料，在材料中导入大量空位和间隙原子，引起的材料损伤。
电子化合物：是在特定电子浓度下形成的化合物。电子浓度定义为合金中价电子数目 e 与原子数目 a 的比
值。
e A(100 x) Bx
a
100
间隙相和间隙化合物：是指过渡金属与 H、B、C、N 等非金属小原子形成的化合物。 超结构（超点阵，有序固溶体）：是指在一定温度下，成分接近于一定原子比的短程有序的固溶体可能转
材料物理思考题 2016
(考试范围不限于此思考题)
第 1 章 材料的晶态结构
1、 重要名词：晶体:原子（或分子）在三维空间作有规则的周期性重复排列的材料称为晶体。 非晶体：如果材料中的原子（或分子）不规则地排列则称为非晶体。 准晶体：准晶体是一种介于晶体和非晶体之间的有序结构。 （晶体、非晶体、准晶体结构的区别可从其原子排列的旋转对称性来说明。晶体可看成是相同的单胞按 同样的规则堆垛形成；非晶体是长程无序的无单胞，也没有原子排列的对称性；准晶体是不同的单胞或 形状相同取向不同的单胞按一定的规则周期性地重复堆垛形成，是介于晶体和非晶体之间的长程有序结 构。） 点阵（晶格）：将周围环境相同，彼此等同的原子、分子或原子群、分子群的中心抽象为规则排列于空间 的无数个几何点，这种几何点的空间排列称为空间点阵，简称点阵。 晶胞：在点阵中取出一个具有代表性的基本单元作为点阵的组成单元，称为晶胞。 点阵常数（晶格常数，晶格参数）：a,b,c;α，β，γ。 晶系：晶体根据其在晶体理想外形或综合宏观物理性质中呈现的特征对称元素可划分为立方、六方、三 方、四方、正交、单斜、三斜等 7 类，是为 7 个晶系。 布拉菲点阵：按“每个阵点周围环境相同”的要求，空间点阵只能有 14 种形式，称为布拉菲点阵，它们 分别是：简单三斜、简单单斜、底心单斜、简单正交、底心正交、体心正交、面心正交、简单六方、菱 形（三角）、简单四方、体心四方、简单立方、体心立方、面心立方。 晶向指数：[uvw] 晶面指数：（hkl）或{hkl} 面心立方：（1）晶胞内原子数：4；（2）点阵常数：a；（3）配位数和致密度：12、74%。 体心立方：（1）晶胞内原子数：2；（2）点阵常数：a；（3）配位数和致密度：8、68%。 密排六方：（1）晶胞内原子数：6；（2）点阵常数：a、c、c/a=1.633；（3）配位数和致密度：6（6+6）、 74%。 同素异构现象（多晶型性）： 合金：由两种或两种以上的金属或金属与非金属，经熔炼、烧结或其他方法组合而成的具有金属特性的 物质。 固溶体：两种或多种元素混合所形成的单一结构的结晶相，其结构与某一组成元素相同。 间隙式固溶体：也称为填隙固溶体，是指溶质原子处于溶剂结构中的间隙位置形成的固溶体。
材料物理导论课后答案(熊兆贤)第六章习题参考解答
材料物理导论课后答案（熊兆贤）第六章习题参考解答第六章材料的声学1、声振动作为一个宏观的物理现象，满足三个基本物理定律：牛顿第二定律、质量守恒定律和绝热压缩定律，由此分别可以推导出介质运动方程（p-V关系）、连续性方程(V-)和物态方程（p-关系），并由此导出声波方程――p,V和等对空间、时间坐标的微分方程。
2、若声波沿x方向传播，而在yz平面上各质点的振幅和相位均相同，则为平面波3、4、(略)5、主要措施：a)生产噪音小的车辆;b)铺设摩擦噪音小的路面（诸如：使用改性沥青材料、形成合适路面纹路）；c)在城市交通干道两旁设置吸音档墙（选用吸音材料、采用吸音结构）；d)最好把城市交通干道修建在地下（实例：法国巴黎和美国波士顿的部分交通干道）。
6、声信号在海洋中传播时，会发生延迟、失真和减弱，可用传播损失来表示声波由于扩展和衰减引起的损失之和。
其中，扩展损失时表示声信号从声源向外扩展时有规律地减弱的几何效应，它随着距离的对数而变化；而衰减损失包括吸收、散射和声能漏出声道的效应，它随距离的对数而变化。
柱面扩展引起的损失随距离一次方而增加，声波在海水中长距离传播时对应于柱面扩展。
海水中的声吸收比纯水中大得多，在海水中声吸收由三种效应引起：一是切变黏滞性效应，另一是体积黏滞性效应，以及在100kHz下，海水中MgSO4分子的离子驰豫引起的吸收。
7、水声材料主要用于制作各种声源发射器和水听器，曾用过水溶性单晶、磁致伸缩材料和压电陶瓷材料，随着水声换能器技术的发展，要求具有功率大、频率常数低、时间和温度稳定性好、强电场下性能好以及能承受动态张应力大的材料。
8、产生超声波的材料主要有两大类：a)压电晶体和陶瓷是产生超声波的一类重要的材料；b)磁致伸缩材料为另一类超声波发生材料。
9、次声的特点为：1）频率低于25Hz，人耳听不到2）次声在大气中因气体的黏滞性和导热性引起的声能吸收比一般声波小得多3）吸收系数与周期T和大气压力的关系：4）次声受水汽以及障碍物的散射影响更小，可忽略不计5）次声是一种平面波，沿着地球表面平行的方向传播，次声对人体有影响，会使人产生不舒服的感觉6）频率小于7Hz的次声与大脑的节律频率相同，因此对大脑的影响特别大，功率强大的次声还可能严重损坏人体的内部器官。
材料物理导论(熊兆贤着)课后习题答案第三章习题参考解答
第三章 材料的电学3112319/)(/1006.4)3001038.1106.122.0exp(211211)(22.005.029.0212.1)(,12.1.1cm e N E f N n eVE E E E E E E E E E E E eV E Si kT E E D D D DF D i F D i c F D D c D g F D ⨯=⨯⨯⨯⨯+=+=⋅==-=-∴--∆--=--=∆=⊗---的查解：⎪⎩⎪⎨⎧⨯==⨯==∴〈〈⊗。
少子；多子解：)(/1013.1)(/105.1.239203150cm N n p cm N n N n D i D D i eV22.0J 1053.3E E cm /102N cm /100.1N N Nln kT E E P cm /1045.8102)103.1(p n n cm /102109101.1N N p T N P ,N N .320V F 315A 319V AVV F 34152102i 3151516D A A D =⨯=-⨯⨯=-⎪⎩⎪⎨⎧⨯=⨯⨯==⨯=⨯-⨯=-=⇒∴∴〈⊗-代入可得取，取型半导体，有对于杂质几乎完全电离在室温，较少且又型半导体补偿后解：时可保持强电离。
则有令，仅考虑杂质电离有低温区，忽略本征激发解：318D 318DD D 2/1kT /E CD DD0cm /1032.1N cm /1032.1N N 9.0n )e N N 8(1N 2n n .4D ⨯〈⨯〈⇒≥⋅+==⊗+∆+K T m k N D T T k E kT m N D N D n T k E N ND T kE N N N n N N T k E E Tk E E N n T k E E Tk E E N n dn D D dn c D D D cD D c D D D cDc F FD D D FD F D D D 125)2()_ln(ln )2/3()1)(/)2(2_,_)/exp()(2_),/exp()(2ln )exp(21)exp(,)exp(211.532/3002/3000000≈∴+=∆=≈∴∆=∆≈∴+=∴--=>>----+=ππ（代入将总数的百分比为未电离的施主杂质占令代入上式杂质饱和电离时当解：31319p n i i p n i ii cm/1029.2)19003900(106.1471)(q 1n )(q n 1.6⨯=+⨯⨯⨯=μ+μρ=∴μ+μ=ρ=σ⊗- 解：661119163163221161910310108.21085.3/8.108.101350106.1105/105,/1051085.3)5001350(106.1103.1)(/103.1300.7⨯=⨯=∴⋅Ω=⨯⨯⨯⨯=≈⨯=⨯=⋅Ω⨯=+⨯⨯⨯⨯=+=⨯=⊗--------in n D n D i p n i i i cm q n cm n cm N Si cm q n cmn Si K σσμσμμσ则的密度本征又的时解：cm 34.1400106.11017.11pq 1cm /1017.1)33.2500/(1002.68.10105.4N p .81916p 316235A ⋅Ω=⨯⨯⨯⨯=μ=ρ∴⨯=⨯⨯⨯=≈⊗-- 解：mE s q m m q n n n d s n n n n n n 181********311048.11048.110101.01048.1106.110101.926.01.0.9-------**⨯=⨯⨯⨯⨯=⋅⋅=⋅=⨯=⨯⨯⨯⨯⨯==∴=τμτυλμττμ 解：Ω=⨯=⋅ρ=⋅Ω=⨯⨯⨯=μ=σ=ρ⊗-3.16.01781.0S l R cm 781.08000106.1101nq 11.101915n解：225112251123312319193103.421023.412.4400)2(5.361065.3365.3)1010/(101.926.03001038.13106.110/33,,)1(101.926.026.0.11------------⋅=⋅⨯==⋅Ω=⋅=⋅⨯===⋅Ω=⋅⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=⋅⋅=∴===⨯⨯==⊗cm A m A i m K cm A m A m kTqN E i mE m kTq N m kT V E V nq kg m m Si dnA dnA dn dn σσσμμσ时，同理，（电子有效质量），对解： cm 045.0)1350106.1103.10()pq (s V cm 1350cm /103.10100.1101103.1n )3(cm34.4)480106.1103.0()pq (cm /103.0100.1103.1N N p)2(cm34.4)480106.1103()pq (s V cm 480cm /103N p ,n n )1(.12119161112n 3161617161191613161616D A 119151112p315A A i ⋅Ω=⨯⨯⨯⨯=μ=ρ∴⋅⋅=μ⨯=⨯-⨯+⨯=⋅Ω=⨯⨯⨯⨯=μ=ρ∴⨯=⨯-⨯=-=⋅Ω=⨯⨯⨯⨯=μ=ρ∴⋅⋅=μ⨯=≈∴〈〈⊗------------- 又又查得解：为最大。
材料物理思考题
材料物理思考题1、表面张力的定义。
答：表面张力也可以理解为系统增加单位面积时所需做的可逆功。
2、简述影响聚合物表面张力的因素，举例说明减少聚合物表面张力的方法。
答：（1）①温度:Guggenheim 自低分子出发 ，提出了可用于聚合物表面张力与温度关系的公式： 9/110)/1(C T T -=γγ γ0—温度为0K 时的表面张力 TC —临界温度 ②化学结构:表面张力大小主要取决于聚合物分子中的链节单元结构。
通常，非极性聚合物较极性聚合物的表面张力值低。
③分子量及其分布:聚合物分子量分布对其表面张力也有一定的影响。
聚合物中分子量小的部分会使其表面张力减小，尤其是它们有浓集于聚合物表面的趋势，从而引起表面张力γ值下降。
④高分子物态转变的影响:当聚合物从玻璃态转变为橡胶态时，其表面张力出现转折的连续性变化，而结晶－熔融转变过程中的表面张力变化具有非连续性。
在两力学状态下的聚合物表面张力随温度变化之系数也有不同数值。
⑤共混:共混物的表面张力大小往往受其体系的相容性影响。
通常，共混物的表面张力随其相容性的减小而增加。
⑥添加剂:低表面能添加剂具有降低聚合物表面张力的作用。
（2）3、解释聚合物表面组成、形态与内部不同的原因。
答：因为材料内部原子受到周围原子的相互作用是相同的，而处在材料表面的原子所受到的力场却是不平衡的因此材料的表面与其内部本体，无论在结构上还是化学组成上都有明显的差别。
5、什么是粉体活性。
答：粉体的活性是指组成粉体颗粒的各种质点（分子、原子、离子）的活动性。
即指质点脱离粉体颗粒中各种结合键的束缚，进入“自由”空间的能力。
6、粉体的尺寸是怎样划分的，决定它大小的因素是什么？答：通常将颗粒尺寸为150~500μm 的粉体称为粗粉体；40~150μm 的称为中等粉体；10~40μm 的称细粉体；0.5~10μm 的称为极细粉体；0.5μm 以下的则是超细粉体。
7、粉体具有什么样的聚集态特征。
材料物理导论(熊兆贤着)课后习题答案第一章习题参考解答
第一章 材料的力学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。
2. 一试样长40cm,宽10cm,厚1cm ，受到应力为1000N 拉力，其杨氏模量为3.5×109N/m 2，解：3. 一材料在室温时的杨氏模量为3.5×108N/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：拉伸前后圆杆相关参数表 )(0114.0105.310101401000940000cm E A l F l El l =⨯⨯⨯⨯⨯=⋅⋅=⋅=⋅=∆-σε0816.04.25.2ln ln ln 22001====A A l l T ε真应变)(91710909.4450060MPa A F =⨯==-σ名义应力0851.0100=-=∆=A A l l ε名义应变)(99510524.445006MPa A F T =⨯==-σ真应力)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(388MPa Pa E B ≈⨯=-⨯=-=μ体积模量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：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 。
材料物理导论试题及答案
材料物理导论试题及答案一、选择题（每题2分，共20分）1. 材料的导电性主要取决于材料中的：A. 电子浓度B. 电子迁移率C. 电子浓度和电子迁移率D. 电子的热运动答案：C2. 半导体材料的导电性与温度的关系是：A. 随温度升高而降低B. 随温度升高而升高C. 与温度无关D. 先升高后降低答案：B3. 以下哪种材料不属于超导材料？A. 铜B. 铝C. 铅D. 铌答案：A4. 材料的弹性模量反映了材料的：A. 塑性B. 韧性C. 硬度D. 弹性答案：D5. 在材料科学中，晶格常数是指：A. 晶格中原子间的平均距离B. 晶格中原子的数目C. 晶格中原子的体积D. 晶格中原子的质量答案：A6. 以下哪种材料的热膨胀系数最大？A. 钢B. 铝C. 铜D. 玻璃答案：D7. 材料的断裂韧性是指：A. 材料抵抗塑性变形的能力B. 材料抵抗断裂的能力C. 材料的硬度D. 材料的韧性答案：B8. 以下哪种材料的导热性最好？A. 陶瓷B. 塑料C. 金属D. 木材答案：C9. 材料的疲劳寿命主要取决于：A. 材料的强度B. 材料的硬度C. 材料的韧性D. 材料的疲劳极限答案：D10. 以下哪种材料的磁导率最高？A. 铁B. 铜C. 铝D. 不锈钢答案：A二、填空题（每空1分，共20分）1. 材料的______性是指材料在受到外力作用时，能够恢复到原来形状的能力。
答案：弹性2. 材料的______性是指材料在受到外力作用时，能够抵抗断裂的能力。
答案：断裂韧性3. 材料的______性是指材料在受到外力作用时，能够抵抗永久变形的能力。
答案：塑性4. 材料的______性是指材料在受到外力作用时，能够抵抗划痕的能力。
答案：硬度5. 材料的______性是指材料在受到外力作用时，能够吸收能量而不断裂的能力。
答案：韧性6. 材料的______性是指材料在受到温度变化时，能够抵抗体积变化的能力。
答案：热膨胀系数7. 材料的______性是指材料在受到热能作用时，能够传递热量的能力。
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第三章 材料的电学
1.说明量子自由导电理论与经典导电理论的异同。
经典导电理论：金属是由原子点阵组成的，价电子是完全自由的，可以在整个金属中自由运动自由电子的运动遵守经典力学的运动规律，遵守气体分子运动论。
这些电子在一般情况下可沿所有方向运动。
在电场作用下自由电子将沿电场的反方向运动，从而在金属中产生电流。
电子与原子的碰撞妨碍电子的继续加速，形成电阻。
量子自由导电理论：金属离子所形成的势场各处都是均匀的，价电子是共有化的，它们不束缚于某个原子上，可以在整个金属内自由地运动，电子之间没有相互作用。
电子运动服从量子力学原理 。
2. 一块n 型硅半导体，其施主浓度N D ＝1015／cm 3，本征费米能级Ei 在禁带正中，费米能级E F 在Ei 之上0.29eV 处，设施主电离能∆E D ＝0.05eV ，试计算在T ＝300K 时，施主能级上的电子浓度
对于硅半导，其禁带E=E C -E V =1.12ev
又由题可知：E F -Ei=0.29ev ，∆E D = E C -E D = 0.05eV
所以 E D -E F =0.5E-∆E D -（E F -Ei ）=0.22ev
将 N D ＝1015／cm 3，E D -E F = 0.22ev ，T=300K ，k=1.38 x 10-23带入下式
因此施主能级上的电子浓度n D =4.06 x 1011／cm 3
3.为什么金属的电阻随温度的上升而增加，半导体却降低？
半导体是靠载流子(空穴或电子)导电的，温度升高，载流子增多，导电性增强；金属晶体里边，温度升高原子核振动加剧，碰撞电子使之减速的概率增加，电阻率上升
4.在实际工程中往往需要金属既有良好的导电性又有高的强度，假如足够高的强度既可以通过冷加工获得，也可以由固溶强化得到，从导电率的要求看，你建议采用哪种强化方法？为什么？
采用冷加工的方法，固溶强化会使金属的电导率大大降低，主要原因是溶质原子的溶入引起溶剂点阵的畸变，量子力学可以证明，当电子波在绝对零度下通过一个完整的晶体点阵()11exp()2D
D D D D F N n N f
E E E kT
==-+
时，将不受到散射而无阻碍地传播，这时电阻率为0，而电导率应为无穷大。
只有在晶体点阵的完整性遭到破坏的地方电子波才受到散射，因而产生电阻。
冷加工会产生大量的缺陷，降低了晶体的完整性，从而增大电阻率即降低了电导率。
5.比较金属、氧化物、半导体的导电机制及主要影响因素。
金属导电是金属中自由电子做定向移动导电的，取决于单位体积内自由电子数和金属导体中原子热运动的剧烈程度即温度，单位体积内自由电子数越多，温度越低，金属的导电性能越好。
金属的导电的影响因素温度、杂质、冷变形、热处理（退火）。
半导体的导电机理：某物质的原子的价电子较少，外电子层不饱满，或速率很低，存在着电子空位，在电压的作用下外来的电子进入电子空位，电子在电子空位间换位移动，形成电流。
半导体材料的导电性对外界条件如热、光、电、磁等因素有关。
金属氧化物导电的机理是存在可自由移动的电荷（可以是电子，各种正负离子），影响因素有金属氧化物本身是难以导电的。
只有一部分氧化物、硫化物等进行掺杂处理，降低禁带宽度才可能导电。
6.讨论n型、p型掺杂是如何影响纯本征半导体的导电性能的？
N型半导体：在硅的晶体中掺入磷（或者其它5价元素）。
由于掺入硅晶体的磷原子数比硅原子数少得很多，因此整个晶体的结构基本不变，只是某些位置上硅原子被磷原子取代。
磷原子掺加的共价键只需要4个价电子，多余的第5个价电子容易挣脱原子核的束缚而称为自由电子。
于是半导体中的自由电子数目大量增加，自由电子成为这种半导体的主要导电方式。
自由电子是多数载流子，空穴是少数载流子。
P型半导体：在硅中掺入硼（或其它3价元素）。
每个硼原子只有3个价电子，故在构成共价键是蒋因缺少一个电子而产生一个空位。
当邻近原子中的价电子受到热或者其它的激发获得能量时，就有可能填补这个空位，而在邻近原子中出现一个空穴。
每一个硼原子提供一个空穴，于是在该半导体中就形成大量空穴。
空穴是多数载流子，自由电子是少数载流子。
7.现有两种n型半导体，你如何判断它们是否同一种宿主材料？又如何确认它们是否有相同的掺杂元素？
判断物质是哪种材料可以用X射线衍射分析：
可以取两种相同形状的半导体，进行物相分析，测出会含量大的本征基材X衍射曲线是否相同，如果相同，则为同一种宿主材料。
然后将半导体加热，当温度足够高进能电离出杂质，然后再进行X射线衍射分析，若含有相同掺杂元素则相应的衍射角上对应的强度会相同。
8.请了解并讨论热电偶的工作原理。
热电偶是一种感温元件,是一次仪表，它直接测量温度，并把温度信号转换成热电动势信号, 通过电气仪表（二次仪表）转换成被测介质的温度。
热电偶实际上是一种能量转换器，它将热能转换为电能，用所产生的热电势测量温度
热电偶的工作原理：两种不同成份的导体（称为热电偶丝材或热电极）两端接合成回路，当接合点的温度不同时，在回路中就会产生电动势，这种现象称为热电效应，而这种电动势称为热电势。
热电偶就是利用这种原理进行温度测量的，其中，直接用作测量介质温度的一端叫做工作端（也称为测量端），另一端叫做冷端（也称为补偿端）；冷端与显示仪表或配套仪表连接，显示仪表会指出热电偶所产生的热电势。
9.分别讨论在什么情况下优先选用金属材料、导电聚合物材料、导电陶瓷材料作为导电体，为什么？
（1）高温条件下导电，则适合耐高温的陶瓷材料；（2）材料抗冲击能力强，韧性好，可加工性能好，则选择金属材料导电；（3）导电聚合物具有一定的光学性质.柔韧的机械性和可加工性，适用于对这些性能有一定要求的场合。