材料物理与性能配套课后题答案精选

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选

第一章：试阐述经典热容理论、爱因斯坦量子热容理论及德拜热容理论，并说出它们的不同之处。答：经典热容理论：杜隆－珀替把气体分子的热容理论直接应用于固体，并用统计力学处理热容。晶体摩尔热容为常数。爱因斯坦量子热容理论：爱因斯坦把晶体中原子看成是具有相同频率、并在空间自振动的独立振子。引用了晶格振动能量量子化即声子的概念。德拜量子热容理论：格波的频率有一定分布，即不为常数。德拜考虑到低温下只有频率较低的长声学波对热容才有重要的贡献，可用连续介质中的弹性波来描述。阐述金属热容与合金热容的特点。LeccVV答：包括点阵振动引起的热容和电子热容。一般情况下，常温时点阵振动贡献的热容远

大于电子热容，只有在温度极低或极高时，电子热容才不能被忽略。金属及合金发生相变时，会产生附加的热效应，并因此使热容发生异常变化。按照变化特征主要可分为一级相变、二级相变、亚稳态组织转变等情况。证明理想固体线膨胀系数和体膨胀系数间的关系。答：见文中～。简述影响膨胀系数的因素。答：膨胀系数与温度、热容、质点间的结合能、熔点以及物质的结构都有关系。为什么导电性好的材料一般其导热性也好？答：固体中的导热主要是晶格振动的格波和自运动来实现的。导电性好的材料有大量的自电子，而且电子的质量很轻，能够迅速地实现热量的传递。因此，导电性好的材料一般导热性也好。一级相变、二级相变对热容有什么影响？答：一级相变伴随相变潜热发生，若为恒温转变，在相变时伴随有焓的突变，同时热容趋于无穷大，但是二级相变则没有相变潜热，但热容有

突变。何谓热应力？它是如何产生的？请以平面陶瓷薄板为例说明热应力的计算。答：不改变外力作用状态，材料仅因热冲击在温度作用下产生的内应力叫热应力。其产生和计算见文中节。何谓差热分析法？差热分析法与普通热分析法有何不同？在DTA基础上发展起来的差示扫描量热法与DTA有何不同？答：DTA是在程序控制温度下，测量物质与参比物之间的温度差随温度变化的一种技术。差热分析反映的是物质在受热或冷却过程中发生的物理变化和化学变化伴随着吸热和放热现象。如晶型转变、沸腾、升华、蒸发、熔融等物理变化，以及氧化还原、分解、脱水和离解等等化学变化均伴随一定的热效应变化。。简述纳米材料在热学性能上与常规材料的不同，并请解释其原因。答：于纳米材料与常规粉体材料相比，纳米粒子的表面能高，表面原子数多，这些表面原子近邻配位不全，活性大，因此，其

熔化时所需增加的内能小得多，这就使得纳米粒子熔点急剧下降。又纳米粒子尺寸小，表面能高，压制成块材后的界面具有高能量，在烧结中高的界面能成为原子运动的驱动力，有利于界面附近的原子扩散。因此，在较低温度下烧结就能达到致密化目的。第四章1、试说明经典自电子论、量子自电子论和能带理论的区别？答：经典电子理论：认为：连续能量分布的价电子在均匀势场中运动。无法解释一价金属和二价金属的导电问题。按照自电子的概念，二价金属的价电子比一价金属的多，似乎二价金属的导电性比一价金属好，但是，实际情况却是一价金属的导电性比二价金属好。问题的根源：忽略了电子之间的排斥作用和正离子点阵周期场的作用。经典电子理论它是立足于牛顿力学，而对微观粒子的运动问题应用量子力学的概念来解决。量子自电子论：认为：不连续能量分布的价电子在均匀势场中运动。

很好解释了自电子论不能解决的问题，但不能很好解释铁磁性、相结构、结合力等问题。能带理论：认为：不连续能量分布的价电子在周期性势场中运动。在量子自电子论基础上，考虑了离子所造成的周期性势场的存在，导出了电子在金属中的分布特点，并建立了禁带的概念，解决了以上存在的问题。2、为什么金属的电阻因温度的升高而增大，而半导体的电阻却因温度的升高而减小？答：对金属来说，利用量子力学原理可以导出电导率为2m2mp。温度升高离子热振动的振幅就大，电子就容易受到散射，故可认为p与温度成正比，则?就与温度成反比，这就是金属的导电性随温度升高而降低的原因；而半导体的导电性却正好相反，于温度升高使低能级的电子获得能量可以跃迁到高能级上去，所以半导体的导电性随温度升高而增强。??nefe2t?nefe23、表征超导体性能的三个主要指标是什么？

答：临界温度TC、磁场强度HC、电流密度JC。4、简要论述电阻测量在金属研究中的应用？答：通过测量材料电阻率的变化，可以研究材料的成分、结构和组织的变化。例如，研究固溶体的溶解度曲线，研究合金的时效，研究材料的相变以及疲劳等。

5、为什么锗半导体材料最先得到应用，而现在的半导体材料却大都采用硅半导体？答：锗易提纯，但硅难提纯。硅：难以制造，需要现代技术。在70年代前，锗制作的半导体三极管运用很广，而当时硅的三极管反而更贵。进入到大规模集成电路时代后，硅的特性优势显示出来。于硅的半导体性能以及化学性质比锗优越，即禁带宽度比锗大，可以耐高压，器件的工作温度较高，可达150-200℃，而锗只能到℃，所以硅器件的功率大。这就是为什么硅比锗应用的更广的原因。另外，硅可以制成二氧化硅薄膜，这在半导体器件中非常重要。

6、怎样通过实验区别n型半导体和p型

半导体？答：在p-n结的两端加上外电场，如果电流随电压的增大呈指数上升，则证明所加电压为正偏压，即负极一端为n型半导体，正极一端为p型半导体；如果电流随电压的增大几乎没有改变，则关系所加电压为反偏压，即负极一端为p型半导体，正极一端为n 型半导体。7、半导体有哪些物理效应？答：敏感效应包括热敏效应、光敏效应、压敏效应、以及如次敏效应、气敏效应、光磁效应、热磁效应、热电效应等其他敏感效应；光致发光效应；电致发光效应；光伏特效应等。第五章解释下列名词：极化电荷、偶极子、电偶极矩、极化强度、电介质的电极化率、介电强度、取向极化、介电强度的破坏。答：极化电荷：于分子内在力的约束，电介质分子中的带电粒子不能发生宏观的位移，被称作束缚电荷，也叫极化电荷。偶极子：一个正电荷q和另一个符号相反、数量相等的负电荷-q于某种原因而坚固地互

相束缚于不等于零的距离上，便组成一个电偶极子。?电偶极矩：若从负电荷到正电荷作一矢量l，则这个粒子具有的电偶极矩可表示为矢量???ql 电偶极矩的单位为C〃m。?极化强度：单位体积?V中电偶极矩的矢量和???是用来衡量电介质极化强弱的一个参??P?数，该参数被称为极化强度P。可表示为：?V电介质的电极化率：在描述极化强度P和电场强度E之间的关系的式子中?P??E??0?E 这里?和? 一样都取决于电介质的性质，叫做电介质的极化率。介电强度：当施加于电介质上的电场强度或电压增大到一定程度时，电介质就介电状态变为导电状态，这一突变现象称为介电强度的破坏，或叫电介质的击穿。相应的电场强度称为介电强度，用E穿表示。取向极化：没有外电场作用时，电偶极子在固体中杂乱无章地排列，宏观上显示不出它的带电特征；如果将该系统放入