材料物理导论试卷及参考答案-试卷及参考答案-answer1 B

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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-'ρ)和物态方程（p-'ρ关系），并由此导出声波方程――p,V 和'ρ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、 s T 576.28.138.13343.460====ββ4、(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，以与在100kHz 下，海水中MgSO 4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、强电场下性能好以与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α与周期T 和大气压力的关系：P T 24/106.1-⨯=α4）次声受水汽以与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α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

材料导电物理试题答案

材料导电物理试题答案一、选择题1. 材料导电性能的主要影响因素是（）。

A. 材料的晶体结构B. 材料的温度C. 材料中杂质的含量D. 所有以上因素答案：D2. 在绝对零度时，金属导电性能主要受（）的影响。

A. 电子浓度B. 晶格振动C. 电子-电子相互作用D. 电子-空穴对的生成答案：B3. 半导体材料的导电性能随温度升高而（）。

A. 增加B. 减少C. 不变D. 先增加后减少答案：A4. 下列哪种材料不属于导体材料？（）。

A. 铜B. 铁C. 石墨D. 玻璃答案：D5. 霍尔效应中，当电流方向与磁场方向垂直时，会在材料的横向产生一个（）电势差。

A. 正比于电流大小B. 正比于磁场强度C. 与电流大小和磁场强度的乘积成正比D. 与材料的导电性能无关答案：C二、填空题1. 金属导体的导电性能主要由自由电子的数量和__________决定。

答案：运动速度2. 在半导体中，掺杂__________元素可以形成N型半导体，掺杂__________元素可以形成P型半导体。

答案：五价三价3. 电阻的温度系数表示电阻值随温度变化的__________。

答案：变化率4. 超导现象是指某些材料在低于某一临界温度时，电阻突然下降到__________的现象。

答案：零三、简答题1. 请简述金属导电的基本原理。

答：金属导电的基本原理是由于金属内部存在大量的自由电子，这些电子在外加电场的作用下可以自由移动，形成电流。

金属的晶格结构为自由电子提供了有效的迁移通道，使得电子能够在晶格中快速移动，从而实现导电。

2. 描述半导体材料导电性能变化的原因。

答：半导体材料的导电性能主要受其内部电荷载流子（电子和空穴）浓度的影响。

掺杂不同类型的杂质元素可以改变电荷载流子的浓度，从而改变导电性能。

此外，温度的变化也会影响电荷载流子的生成和复合速率，进而影响导电性能。

光照、电场和磁场等外部条件也会对半导体的导电性能产生影响。

3. 什么是霍尔效应？请简述其物理意义。

物理学导论期末考试习题及答案

一、单选题1、在本课程中，主讲教师把物理学的基本知识领域及相关学科按照其发展顺序整合成为A.一棵物理树B.一片物理森林C.一座物理山D.一片物理云正确答案：C2、光从太阳到达地球所需的时间大约为A.8秒钟B.不需要时间，瞬时到达C.8分钟D.8小时正确答案：C3、下列关于哥白尼日心说宇宙观的说法，正确的是A.日心说一经提出，立即得到全世界的认可B.哥白尼日心说是正确并且完善的宇宙理论C.用日心说描述星体运行，比地心说更简单D.哥白尼因为提出日心说而遭到教会的迫害正确答案：C4、伽利略得出惯性定律和落体定律的途径是A.设计斜面实验并进行数学计算B.在比萨斜塔上表演两球落地实验C.学习牛顿的著作D.用望远镜进行天文观测正确答案：A5、按照牛顿理论，苹果和卫星都受到地球的引力，但苹果从树上落地、卫星绕地球转动，是因为二者A.初始条件不同B.密度不同C.质量不同D.遵循的力学规律不同正确答案：A6、花样滑冰运动员在旋转时为了提高自己的角速度，会采用哪种方式A.收紧手臂使身体的质量向转轴集中B.尽量使自己的重心降低C.尽量保持原有姿势不变D.伸展手臂使身体的质量远离转轴正确答案：A7、自然界中，下列哪一现象不可能自动发生A.滴入清水中的墨水发生扩散B.热量从低温物体传向高温物体C.热量从高温物体传向低温物体D.在27℃的室内开口容器中的水的蒸发正确答案：B8、地球大气层的上层温度约为零下二十度，而地表温度约零上十五度，维持这一温度差的主要原因是大气中存在的A.水和二氧化碳B.氮气C.稀有气体D.氧气正确答案：A9、按照气体分子运动理论，气体的压强本质上是A.气体被压缩时才有压强，低于大气压就不会有压强B.气体被加热时才有压强，室温下平衡的气体没有压强C.气体分子之间的相互吸引力D.气体分子之间和分子与容器壁间的碰撞正确答案：D10、美国科学家富兰克林在1747年进行雷电实验的主要意义是A.促使人们发明了莱顿瓶B.使人们认识到电现象和磁现象是无关的C.使人们认识到雷电和地面电现象的性质相同D.促使人们发明了感应起电正确答案：C11、安培为了说明磁现象的本质，提出了A.磁场的概念B.静电、静磁公式C.磁荷的概念D.分子环流假说正确答案：D12、英国物理学家法拉第在1831年从实验中发现了A.电流的磁效应现象B.磁荷之间的相互作用力公式C.电荷之间的相互作用力公式D.电磁感应现象正确答案：D13、现代物理学对光的本性的认识是A.光是波，不是粒子B.光现象是难以理解的C.光是粒子，不是波D.光既具有波动性、也具有粒子性正确答案：D14、我国战国时期记载了研究光的传播、反射现象的著作是A.物理学B.诗经C.光学D.墨经正确答案：D15、雨后天空中出现彩色的虹霓，是因为A.地面有不同颜色的物质上升到空中B.阳光中不同波长成分通过水滴后折射角不同C.阳光通过不同高度的水滴形成不同的颜色D.阳光与水滴发生了化学反应正确答案：B16、立体电影能使观看的人感受到逼真的立体感，拍摄和再现立体电影时利用了光的哪一方面的特性？A.干涉B.直线传播C.折射D.偏振正确答案：D17、根据经典理论推导出的黑体辐射公式会导出能量在短波段趋于无穷大的错误，人们形象地称之为A.能量灾难B.紫外灾难C.紫外乌云D.迈克尔逊灾难正确答案：B18、量子力学诞生的标志是A.普朗克提出能量子假说B.爱因斯坦提出光量子假说C.光电效应现象的发现D.泡利不相容原理的提出正确答案：A19、当两个惯性参考系以接近光速作相对匀速直线运动时，用哪一理论处理最恰当？A.牛顿力学B.量子力学C.广义相对论D.狭义相对论正确答案：D20、根据2016年的报道，美国激光干涉引力波观测站(简称LIGO)于2015年9月探测并记录到了A.水星轨道进动现象B.引力波现象C.雷达回波延迟现象D.引力红移现象正确答案：B二、判断题1、打乒乓球时的上旋球、下旋球现象与空气的存在有关，在真空中不会出现2、高速行驶的自行车在通过弯道时，应使车身倾斜正确答案：√3、只要进行大量的计算，应用牛顿运动定律可以研究大量微观粒子组成的热学体系的运动规律正确答案：×4、在高山上食物不易煮熟，是因为高山上温度低，食物吸收的热量不够正确答案：×5、进行人工降雨时，实际上是增加使水蒸气凝结成液体的凝结核正确答案：√6、一切与热现象有关的实际宏观过程都是不可逆的正确答案：√7、实验发现，虽然电能够产生磁，但磁不能产生电正确答案：×8、物质发光是由于组成物质的粒子在不同能量状态间的跃迁正确答案：√9、电子显微镜是能够使我们直接观察到电子的设备正确答案：×10、光传播到两种介质的分界面时，既可能发生反射、也可能透射正确答案：√11、我们看到云是白色的，这是米氏散射的结果12、光纤通信主要利用了光在一定条件下的全反射特性正确答案：√13、海市蜃楼是人们的幻觉，不能用科学理论解释正确答案：×14、在原子、分子尺度的微观领域，能量总是连续变化的正确答案：×15、原子核衰变时发出的γ射线具有极强的穿透性正确答案：√16、放射性射线十分危险，毫无用处正确答案：×17、只有量子力学才是描述客观世界的准确理论，牛顿力学已经被推翻了，不需要去学习它正确答案：×18、按照狭义相对论理论，真空中的光速与观察者的运动无关正确答案：√19、在某参照系中用玩具枪发射子弹击中远处的气球，使气球破裂，按照洛伦兹变换，可能存在另一个参照系，观察到气球破裂发生在枪发射子弹之前正确答案：×20、自然界中任何真实物体在真空中的运动速度都不能大于c正确答案：√。

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。

材料物理导论(熊兆贤着)课后习题答案第二章习题参考解答

第二章材料的热学92319S P ,T 1042.1)15.2731038.1106.148.0exp(N n ,N n N n )KT E exp(n N n 0n n N ln KT E 0)n F (n ]n ln n )n N ln()n N (N ln N [KT E F ,N N ln N !N ln N Stirling ]!n ln )!n N ln(!N [ln KT E S T E F ]!n )!n N (!N ln[K W ln K S .1---⨯=⨯⨯⨯⨯-=≈--=-⇒=--⇒=∂∆∂-----∆=∆-=----∆=∆-∆=∆⋅-==∆⊗则不大时，当引起的自由焓的变化小值，由于热缺陷平衡时，自由能具有最将上式整理得很大时，公式：当根据：解%67.00067.010693.610693.610738.61e 11e 1e 11e 1f e 1e A f Boltzman .2333k T /)E E (k T /)E E (k T /)E E (k T /)E E (k T /)E E (k T /E F F F F F ==⨯⨯-⨯=++-+=-=⋅=⊗---------因而相对误差为狄拉克统计分布函数为同时费米分布有解：根据定律所得的计算值。

趋近按，可见，随着温度的升高）的摩尔热容为：定律，莫来石（根据时，时，。

可解得对于莫来石有解：根据经验公式Petit Dulong C k mol /J 74.52394.2421SiO 2O Al 3Petit Dulong k mol /J 6.445C K 1273T k mol /J 6.384C K 298T 1068.26c ,1096.14b ,55.87a T 'C bT a C .3m ,P 232m ,P m ,P 532m ,P -⋅=⨯⋅-⋅==⋅==⨯-=⨯==++=⊗---112233h V 113233h V 3D 4h V K mol J 1055.1108.3310230K 5C NaCl K mol J 1043.2108.352K 2C KCl )T (Nk 512C 0T .4--------⋅⋅⨯=⨯⨯=⋅⋅⨯=⨯⨯=θπ≈→⊗）（有，对于）（有，对于）时有（容量理论，当温度很低解：根据德拜模型的热。

材料物理期末试题及答案

材料物理期末试题及答案一、选择题（共10题，每题2分，共20分）1. 下列哪个不是材料物理研究的基本要素？a. 温度b. 压力c. 物质结构d. 电荷答案：d. 电荷2. 材料的导热性与下列哪个因素有关？a. 密度b. 热容量c. 电导率d. 绝热性答案：c. 电导率3. 下列哪个是增加材料强度的有效手段？a. 提高温度b. 加大外力c. 加入合适的合金元素d. 增大材料密度答案：c. 加入合适的合金元素4. 金属材料的塑性是由于其内部存在的哪种排列？a. 杂质原子b. 晶体缺陷c. 微观组织d. 金属键答案：b. 晶体缺陷5. 以下哪种材料常用于制作磁存储介质？a. 铜b. 钢c. 铁氧体d. 铝答案：c. 铁氧体6. 原子之间存在的相互作用力决定了材料的哪些性质？a. 导电性b. 热传导性c. 强度d. 硬度答案：a. 导电性7. 材料的断裂韧性受哪些因素影响？a. 温度b. 湿度c. 应力d. 物质组成答案：c. 应力8. 下列哪个不是凝聚态物质中的宏观性质？a. 密度b. 信息量c. 电阻率d. 抗拉强度答案：b. 信息量9. 材料的磁性是由材料内部的什么结构决定的？a. 离子排列b. 运动速度c. 磁矩排列d. 核外电子数答案：c. 磁矩排列10. 下列哪个不是半导体材料的特点？a. 电阻率介于导体和绝缘体之间b. 导电性与温度呈负相关c. 可以通过掺杂改变导电性质d. 仅有一种导电性答案：d. 仅有一种导电性二、简答题（共5题，每题10分，共50分）1. 简述材料物理的研究范围和重要性。

答案：材料物理是关于材料性质和行为的科学研究领域，主要研究材料的物理性质、结构和特性，并探索其与材料制备、改性、加工以及性能表现之间的相互关系。

材料物理的研究范围包括材料结构的微观和宏观描述、材料内部的相互作用和传输现象、材料的力学性能和热学性能等方面。

材料物理研究的重要性在于可以深入了解材料的性质和行为，为新材料的开发和优化提供科学依据，推动材料科学和工程的发展。

物理学导论(热运动)期末单元测试与答案

一、单选题1、自然界中，下列哪一现象不可能自动发生A.在27℃的室内开口容器中的水的蒸发B.热量从高温物体传向低温物体C.热量从低温物体传向高温物体D.滴入清水中的墨水发生扩散正确答案：C2、按照气体分子运动理论，下列说法不恰当的是A.气体压强来源于气体分子之间和分子与容器壁间的碰撞B.气体分子在运动中具有相同的速率C.气体温度的本质是分子热运动D.气体分子之间的碰撞符合动量守恒定律正确答案：B3、下列关于奥地利物理学家玻尔兹曼的叙述，不恰当的是A.他的工作引起了关于热现象可逆性的探讨B.他创立了经典统计理论C.他的工作得到了当时物理学家们的一致认同D.他发展和完善了分子动理论正确答案：C4、下列关于温度范围的说法，错误的是A.人体正常体温范围是36℃~37.2℃B.目前发现自然界存在的最低温度是1K左右C.地球表面的温度范围大约是-94.5℃~ 58℃D.目前实验室能达到的最低温度是零下三百摄氏度正确答案：D5、天空中的云街、岩石的花纹、松花蛋中的松花这些现象属于A.自组织现象B.毛细现象C.凝结现象D.热缩冷涨现象正确答案：A6、地球大气层的上层温度约为零下二十度，而地表温度约零上十五度，维持这一温度差的主要原因是大气中存在的A.水和二氧化碳B.氧气C.氮气D.稀有气体正确答案：A7、用毛笔蘸墨汁、植物的根从土壤吸收水分，这些过程都是利用了液体的A. 热缩冷涨现象B.自组织现象C.凝结现象D.毛细现象正确答案：D8、按照分子动理论，容器中的气体具有压强是因为A.气体中含有大量热质B.气体受到大气压力C.气体具有重力势能D.气体分子与器壁频繁碰撞正确答案：D9、若两个热力学系统处于热平衡状态，那么二者一定具有相同的A.温度B.压强C.密度D.体积正确答案：A10、从热力学定律的角度，冰箱或空调等制冷设备的运行A.违反了热力学第一定律B.不违反热力学第一和第二定律C.违反了热力学第二定律D.同时违反了热力学第一、第二定律正确答案：B二、判断题1、如果液体中完全不存在气泡，就不会发生沸腾现象.正确答案：√2、在高山上食物不易煮熟，是因为高山上温度低，食物吸收的热量不够.正确答案：×3、只要是符合能量守恒的功能转换过程就一定能实现.正确答案：×4、一切与热现象有关的实际宏观过程都是不可逆的.正确答案：×5、当气体的某种物理量的宏观分布不均匀时就发生扩散等输运过程. 正确答案：√。

材料物理导论试题

3.有一材料的吸收系数为a=0.32/mm，投射光强分别为入射光强的10%，20%，50%及80%时，材料的厚度各为多少？
4.一圆杆的直径为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。
四、计算题
1.NaCl和KCl具有相同的晶体结构，它们在低温下的Debye温度分别是310K和230K,KCl在5K时的定容摩尔热熔为3.8×10-2J/(K·mol)，试计算NaCl在5K和KCl在2K时的定容摩尔热熔。
2.光通过一厚度为1mm的透明Al2O3板后强度降低了15%，试计算其吸收和散射系数的总和。
5.解释压电晶体产生压电效应的机理ห้องสมุดไป่ตู้
三、简答题
1.简述Maxwell模型和Voigt模型，并画出示意图
2.简述磁性材料的分类及各类材料的特点
3.材料具有铁磁性取决与哪两个因素？软磁材料、硬磁材料、矩磁材料有何区别？画出铁磁材料的磁化曲线并说明磁化曲线与磁畴的关系
4.晶体能带理论的基本要点是什么？绝缘体、半导体、导体的能带有何区别？分别论述这三者的导电机制，并画出示意图。
一、名词解释
轨道磁矩
概率波
磁致伸缩
磁弹性能
弹性形变
光生伏特效应
磁光克尔效应
电子隧道效应
磁光法拉第效应
热释电效应
霍尔效应
光的色散
电光效应
迈纳斯效应
磁畴
粒子数反转
二、论述题
1.试论述海水中声波传输损失的主要来源
2.声光效应的两种表现形式
3.产生超声波的材料
4.从电击穿发生的判断条件区分，电击穿理论可以分为哪几类？

大学物理导论试题及答案

大学物理导论试题及答案一、选择题（每题2分，共20分）1. 光的波长与频率的关系是（）。

A. 波长与频率成正比B. 波长与频率成反比C. 波长与频率无关D. 波长与频率是线性关系答案：B2. 根据热力学第二定律，下列说法正确的是（）。

A. 热量可以从低温物体自发地传递到高温物体B. 热量不能从低温物体自发地传递到高温物体C. 热量可以从高温物体自发地传递到低温物体D. 热量不能从低温物体传递到高温物体，除非有其他能量的消耗答案：B3. 牛顿第三定律指出，作用力和反作用力（）。

A. 总是相等的B. 总是相反的C. 总是相等且相反的D. 总是不相等的答案：C4. 电磁波谱中，波长最长的是（）。

A. 无线电波B. 微波C. 红外线D. 可见光答案：A5. 根据量子力学，电子在原子中的存在状态是（）。

A. 随机的B. 确定的C. 可以同时存在于多个位置D. 只能在特定的轨道上答案：D6. 根据相对论，当物体的速度接近光速时，其质量将（）。

A. 减小B. 增大C. 保持不变D. 先增大后减小答案：B7. 电磁感应定律是由（）提出的。

A. 牛顿B. 法拉第C. 欧姆D. 麦克斯韦答案：B8. 根据能量守恒定律，下列说法正确的是（）。

A. 能量可以被创造B. 能量可以被消灭C. 能量既不能被创造也不能被消灭D. 能量可以在不同形式之间转换，但总量不变答案：D9. 根据库仑定律，两个点电荷之间的力与它们电荷量的乘积成正比，与它们之间距离的平方成反比。

这个定律是由（）提出的。

A. 库仑B. 高斯C. 欧姆D. 安培答案：A10. 在理想气体状态方程中，PV=nRT，其中R是（）。

A. 气体常数B. 温度C. 压力D. 体积答案：A二、填空题（每题2分，共20分）1. 光速在真空中的速度是_______m/s。

答案：299,792,4582. 根据普朗克的量子假说，能量的最小单位被称为______。

答案：量子3. 欧姆定律的公式为______。

材料物理考试题目及答案

材料物理考试题目及答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1. 材料的弹性模量E表示材料的哪种性质？A. 抗拉强度B. 抗弯强度C. 弹性变形能力D. 塑性变形能力答案：C2. 下列哪种材料属于半导体材料？A. 铜B. 石墨C. 硅D. 铁答案：C3. 材料的断裂韧性KIC的单位是？A. PaB. Pa·m^0.5C. Pa·m^1.5D. Pa·m^2答案：B4. 材料的硬度通常是指材料的哪种性质？A. 塑性B. 韧性C. 弹性D. 脆性答案：B5. 下列哪种材料不属于金属材料？A. 铝合金B. 铜合金C. 陶瓷D. 钢答案：C6. 材料的疲劳寿命与哪种因素有关？A. 材料的强度B. 材料的韧性C. 材料的硬度D. 所有选项答案：D7. 材料的热膨胀系数表示材料在温度变化时体积变化的哪种性质？A. 线性变化B. 面积变化C. 体积变化D. 密度变化答案：C8. 材料的屈服强度是指材料在哪种应力状态下的应力值？A. 单轴拉伸B. 单轴压缩C. 多轴拉伸D. 多轴压缩答案：A9. 材料的断裂韧性KIC与材料的哪种性质无关？A. 弹性模量B. 屈服强度C. 硬度D. 密度答案：D10. 材料的疲劳强度通常是指材料在哪种循环应力下的应力值？A. 单轴拉伸B. 单轴压缩C. 多轴拉伸D. 多轴压缩答案：A二、填空题（每空1分，共20分）1. 材料的____是指材料在受到外力作用时，能抵抗永久变形的能力。

答案：屈服强度2. 材料的____是指材料在受到外力作用时，能抵抗断裂的能力。

答案：断裂韧性3. 材料的____是指材料在受到外力作用时，能抵抗弹性变形的能力。

答案：弹性模量4. 材料的____是指材料在受到外力作用时，能抵抗塑性变形的能力。

答案：屈服强度5. 材料的____是指材料在受到外力作用时，能抵抗疲劳破坏的能力。

答案：疲劳强度6. 材料的____是指材料在受到外力作用时，能抵抗硬度变化的能力。

材料导论试题及答案

材料导论试题及答案一、选择题（每题2分，共10分）1. 下列哪种材料属于复合材料？A. 钢铁B. 塑料C. 陶瓷D. 碳纤维增强塑料答案：D2. 材料的硬度通常是指材料的：A. 弹性B. 韧性C. 强度D. 塑性答案：C3. 下列哪种材料是半导体材料？A. 铜B. 铝C. 硅D. 铁答案：C4. 金属材料的导电性能通常与以下哪个因素无关？A. 金属的纯度B. 金属的晶体结构C. 金属的密度D. 金属的晶格缺陷答案：C5. 陶瓷材料的主要优点是：A. 良好的导电性B. 良好的导热性C. 良好的绝缘性D. 良好的延展性答案：C二、填空题（每题2分，共10分）1. 材料的________是指材料在受到外力作用时抵抗变形的能力。

答案：弹性2. 材料的________是指材料在受到外力作用时抵抗断裂的能力。

答案：韧性3. 材料的________是指材料在受到外力作用时抵抗永久变形的能力。

答案：强度4. 材料的________是指材料在受到外力作用时抵抗塑性变形的能力。

答案：硬度5. 材料的________是指材料在受到外力作用时抵抗压缩变形的能力。

答案：抗压强度三、简答题（每题5分，共20分）1. 简述金属材料的热处理过程。

答案：金属材料的热处理过程通常包括加热、保温和冷却三个阶段。

加热阶段使材料达到一定温度，保温阶段使材料内部结构发生变化，冷却阶段则使材料获得所需的组织和性能。

2. 什么是材料的疲劳强度？其影响因素有哪些？答案：材料的疲劳强度是指材料在重复或循环载荷作用下，经过一定次数的应力循环后发生断裂的最大应力值。

影响疲劳强度的因素包括材料的微观结构、表面状态、应力集中、温度以及载荷循环的频率等。

3. 请解释什么是材料的热膨胀系数。

答案：热膨胀系数是指材料在温度变化时，单位长度或单位体积的线性或体积变化量与温度变化量的比值。

它是衡量材料热膨胀性能的一个重要参数。

4. 简述塑料材料的加工方法有哪些。

答案：塑料材料的加工方法主要包括挤出成型、注射成型、吹塑成型、压缩成型、热成型等。

材料导论考试题库和答案

材料导论考试题库和答案一、单项选择题1. 材料科学中，材料的基本属性不包括以下哪一项？A. 力学性能B. 热学性能C. 光学性能D. 经济性答案：D2. 以下哪种材料不属于金属材料？A. 钢B. 铝C. 陶瓷D. 铜答案：C3. 材料的微观结构对其宏观性能的影响主要体现在哪些方面？A. 力学性能B. 热学性能C. 电学性能D. 所有以上选项答案：D4. 材料的疲劳是指材料在什么条件下的性能退化？A. 静态载荷B. 循环载荷C. 随机载荷D. 冲击载荷答案：B5. 以下哪种材料具有最高的热导率？A. 铜B. 铝C. 银D. 金答案：C二、多项选择题6. 材料的力学性能包括哪些方面？A. 弹性B. 塑性C. 硬度D. 韧性答案：ABCD7. 以下哪些因素会影响材料的腐蚀速率？A. 材料成分B. 环境介质C. 温度D. 应力状态答案：ABCD8. 材料的断裂韧性是衡量材料抵抗哪种类型裂纹扩展的能力？A. 疲劳裂纹B. 应力腐蚀裂纹C. 环境诱导裂纹D. 所有以上选项答案：D9. 以下哪些是材料的热处理过程？A. 退火B. 淬火C. 正火D. 回火答案：ABCD10. 材料的电学性能包括哪些？A. 导电性B. 绝缘性C. 半导体性D. 超导性答案：ABCD三、判断题11. 材料的硬度越高，其耐磨性越好。

（对/错）答案：对12. 材料的断裂韧性与材料的韧性成正比。

（对/错）答案：对13. 材料的疲劳寿命可以通过增加材料的强度来无限提高。

（对/错）答案：错14. 材料的热膨胀系数越大，其热稳定性越好。

（对/错）答案：错15. 材料的导电性与其电导率成正比。

（对/错）答案：对四、简答题16. 简述材料的疲劳现象及其影响因素。

答案：材料的疲劳是指材料在循环载荷作用下的性能退化和最终断裂的现象。

影响材料疲劳的因素包括应力水平、循环次数、材料的微观结构、表面状态、环境介质等。

17. 描述材料的热处理过程中的退火、淬火和回火的区别。

物理学导论试题及答案

物理学导论试题及答案一、选择题（每题2分，共20分）1. 光速在真空中的速度是：A. 299,792,458 m/sB. 299,792,458 km/sC. 299,792,458 cm/sD. 299,792,458 mm/s答案：A2. 根据牛顿第二定律，力等于：A. 质量乘以加速度B. 质量除以加速度C. 加速度乘以速度D. 速度除以加速度答案：A3. 以下哪个不是电磁波谱的一部分？A. 无线电波B. 微波C. 可见光D. 声波答案：D4. 绝对零度是多少开尔文？A. -273.15 KB. -273.15 °CC. 0 KD. 0 °C答案：A5. 根据热力学第一定律，能量守恒定律可以表示为：A. ΔU = Q - WB. ΔU = Q + WC. ΔU = W - QD. ΔU = Q / W答案：B6. 以下哪种物质是超导体？A. 铜B. 铝C. 铅D. 汞答案：C7. 量子力学中的海森堡不确定性原理涉及哪两个物理量？A. 位置和速度B. 位置和动量C. 能量和时间D. 动量和时间答案：B8. 以下哪个是描述电磁场的基本方程？A. 牛顿运动定律B. 麦克斯韦方程组C. 薛定谔方程D. 波函数方程答案：B9. 根据相对论，当物体的速度接近光速时，它的质量会怎样变化？A. 减少B. 增加C. 保持不变D. 无法确定答案：B10. 以下哪个是描述电磁波传播方向的物理量？A. 波长B. 频率C. 波速D. 相位答案：A二、填空题（每题2分，共20分）1. 电磁波的传播速度在真空中是______ m/s。

答案：299,792,4582. 一个物体的动能可以表示为______。

答案：1/2 mv^23. 热力学第二定律指出，不可能从单一热源吸热使之完全转化为______而不产生其他效果。

答案：功4. 根据普朗克的量子假说，能量是量子化的，其最小单位称为______。

答案：量子5. 根据德布罗意假说，物质也具有波动性，其波长与动量的关系为______。

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-=。

物理学导论-试题及课后答案

21.（本题5分）（1652）假想从无限远处陆续移来微量电荷使一半径为R 的导体球带电．(1) 当球上已带有电荷q 时，再将一个电荷元d q从无限远处移到球上的过程中，外力作多少功？ (2) 使球上电荷从零开始增加到Q 的过程中，外力共作多少功？22.（本题5分）（2654）如图所示，有两根平行放置的长直载流导线．它们的直径为a ，反向流过相同大小的电流I ，电流在导线内均匀分布．试在图示的坐标系中求出x 轴上两导线之间区域]25,21[a a 内磁感强度的分布． 23.（本题5分）（2303）图示相距为a 通电流为I 1和I 2的两根无限长平行载流直导线．(1) 写出电流元11d l I 对电流元22d l I的作用力的数学表式；(2) 推出载流导线单位长度上所受力的公式．24.（本题10分）（2150）如图所示，两条平行长直导线和一个矩形导线框共面．且导线框的一个边与长直导线平行，他到两长直导线的距离分别为r 1、r 2．已知两导线中电流都为t I I ωsin 0=，其中I 0和ω为常数，t 为时间．导线框长为a 宽为b ，求导线框中的感应电动势．22.（本题5分）（2442）将细导线弯成边长d =10 cm 的正六边形，若沿导线流过电流强度为I =25 A 的电流，求六边形中心点的磁感强度B ．(μ0 =4π×10-7 N ·A -2 )23.（本题5分）（2548）在氢原子中，电子沿着某一圆轨道绕核运动．求等效圆电流的磁矩m p与电子轨道运动的动量矩L大小之比，并指出m p和L方向间的关系． (电子电荷为e ，电子质量为m )Ia aI xO2aI 1I 211d l I22d l Ia12rIIOxr 1r 2 ab24.（本题10分）（2737）两根平行无限长直导线相距为d，载有大小相等方向相反的电流I，电流变化率d I /d t =α >0．一个边长为d的正方形线圈位于导线平面内与一根导线相距d，如图所示．求线圈中的感应电动势ε，并说明线圈中感应电流是顺时针还是逆时针方向．dII7-3 计算和证明题7-3-1解Q22004lπε+=，求得Q =- 7-3-2解场强大小为20044()a ladx lE dE x a a l λλπεπε+===+⎰⎰，沿带电直线方向. 7-3-3解如图建立坐标系，正负电荷关于x 对称，它们在O 点产生的场强沿y 轴负向，在圆上取dl=Rd φdq=λdl=R λd φ，它在O 点产生场强大小为 dE=204RRd πεϕλ方向沿半径向外则 dE x =dEsin φ=ϕϕπελd Rsin 40dE y =dEcos(π-φ)=R04πελ-cos φd φ积分 2002sin 04x E d Rπλϕϕπε==⎰2220002cos 42y qE d RR R πλλϕϕπεπεπε-==-=-⎰ 方向沿y 轴负向． 7-3-4解xθdEOx dE如图所示，dq dl Rd λλθ==，它在圆心O 点产生的场强200cos 44Rd A d dE R Rλθθθπεπε==其在x 轴上的场强为cos()x x E dE dE πθ==+⎰⎰22000cos 44A d AR Rπθθπεε=-=-⎰方向沿x 轴负向，其在y 轴上的场强为sin()y y E dE dE πθ==+⎰⎰200cos sin 04A d Rπθθθπε=-=⎰7-3-5解小球受力如图所示，由图可知，qE mgtg θ= 即 02qmgtg σθε=，有 06202308.010/mgtg C m qεσ-==⨯7-3-6解在r R >处取一细圆环，其带电量2dq dS rdr σσπ==，根据教材例7-2-4结果可知，圆环在轴线上P 点产生的场强大小223/2223/2223/200024()4()2()xdq x rdr x rdrdE x r x r x r σπσπεπεε===+++22223/2223/200()2()4()RR x rdr x d x r E x r x r σσεε∞∞+==++⎰⎰qE7-3-7解(1)11122222(2)(21) 1.05/e bd S b d S bd d N m C Φ=-⋅+⋅=-⋅=⋅（2）由高斯定理可得，1209.2910ie iqC ε-=Φ=⨯∑7-3-8解半圆柱薄筒的横截面如图所示，建立直角坐标系Oxy ，沿弧长方向取一宽度为dl 的细条，此细条单位长度上的带电量为dl Rd d R R ϕλϕλλλπππ'===，此细条等同于无限长均匀带电直线，因此它在O 点产生的场强为20022d dE R Rλλϕπεπε'==， 20cos cos()2x d dE dE Rλϕϕπϕπε=+=-， 20sin sin()2y d dE dE Rλϕϕπϕπε=+=-，20cos 02x x d E dE Rπλϕϕπε==-=⎰⎰， 22000sin 2y y d E dE R Rπλϕϕλπεπε==-=-⎰⎰， 20x y y E E i E j E j j Rλπε=+==-7-3-9解（1）以地面为高斯面，由高斯定理可得2111114ne i Si E dS E S E R q πε=Φ=⋅=-=-=∑⎰⎰，所以2510149.0310nii qE R C πε==-=-⨯∑（2）如下图，由高斯定理 01()e SE dS E E S nSh εΦ=⋅=-=⎰⎰下上，dEdl所以有 122120 1.0610/E E E E n C m h hε---===⨯下上7-3-10解我们可以设想不带电空腔内分布着体密度相同的正负电荷.由电场的叠加原理可知，有空腔的带电球体的电场，可以看作一个半径为R 电荷体密度为ρ的均匀带正电球体和一个半径为r 电荷体密度为ρ-的均匀带负电球体所激发电场的叠加.即000E E E +-=+由高斯定理可求出00E +=，302004343a a E a πρρπεε-⋅==，所以O 点的场强大小为0003a E E ρε-==，方向沿OO '. 同理，O '点的场强大小为 00003a E E E ρε'''+-=+=，方向仍沿OO '. 7-3-11解由电荷的轴对称性分析可知，场强也具有轴对称性，可利用高斯定理求场强. （1）在r R <处，作一同轴圆柱形高斯面，由高斯定理所以 0E =（2）在12R r R ≤≤处，类似（1），有102lrlE λπε=nnE 下1120ne iSi E dS rlE qπε=Φ=⋅===∑⎰⎰所以 102E rλπε=（3）在2r R >处，类似（1），有122rlE l λλπε+=所以 1202E rλλπε+=7-3-12解（1）A点电势为104A q U rπε=B点电势为B U =，63.610J -=⨯ 注式中90210q C -=⨯ （2）C点电势为204C q U rπε=，D 点电势为1202D q q U dπε+=，2120000())42CD C D q q qA q U U q r dπεπε+=-=- 63.610J -=-⨯ 7-3-13解（1）00E =，9493104104910 2.881040.05iO i iq U V r πε-=⨯==⨯⨯⨯=⨯∑（2）9360()010 2.8810 2.8810O O A q U U J --∞∞=-=-⨯⨯=-⨯，1000()(4AB A B q A q U U q r πε=-=311110191436410 1.610910q U R C πε--=⋅=⨯⨯⨯=⨯⨯0q 电势能的改变为60 2.8810O W A J -∞=-=⨯ （3）60 2.8810O W W A J -∞∞-==-⨯ 7-3-14解（1）雨滴的电势为11014q U R πε=，有（21，这时雨滴表面电势为9112202574q U V R πε-=== 7-3-15解根据电势叠加原理，O 点的电势可看作直线AB 、DE 和半圆周BCD 所带电荷在O 点产生电势的叠加，AB 、DE 在O 点产生的电势为 21300ln 244RRdx U U x λλπεπε===⎰，半圆周BCD 在O 点产生的电势为22000444q R U RR λπλπεπεε⋅===所以O 点产生的电势为 1230(2ln 2)4U U U U λππε=++=+ 7-3-16解金核表面的电势为，金核中心的电势为7-3-17解由高斯定理可求得Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ区域的场强大小分别为9197115091079 1.610 1.61047.010qU V R πε--⨯⨯⨯⨯===⨯⨯72132000033 2.41044242RR qr q q U dr dr U V R r R πεπεπε∞=+===⨯⎰⎰12121122200044R R rR R q q q dr dr drr r πεπε∞+=++⎰⎰⎰10E =，12204q E r πε=123204q q E rπε+=设1P 、2P 、3P 分别为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ区域内任一点，（1） Ⅰ区域内任一点1P 的电势由电势的定义式计算，有11P U E dl ∞=⋅⎰1212123R R rR R E dl E dl E dl ∞=⋅+⋅+⋅⎰⎰⎰12121()4q q R R πε=+ （2） Ⅱ区域内任一点2P 的电势由电势的定义式计算，有 22P U E dl ∞=⋅⎰2223R rR E dl E dl ∞=⋅+⋅⎰⎰22112220044R rR q q q dr dr r r πεπε∞+=+⎰⎰1221()4q q r R πε=+ （3） Ⅲ区域内任一点3P 的电势由电势的定义式计算，有 33P U E dl ∞=⋅⎰3rE dl ∞=⋅⎰12204rq q dr r πε∞+=⎰1204q q rπε+=7-3-18解两“无限长”共轴圆柱面之间场强可由高斯定理求得为 02E rλπε=式中λ为单位长度上所带电量.由电势差的定义，两圆柱面之间的电势差为00[ln ln()]ln 2l a a l a x l x aλλπεπε--=--= 212001ln 22BR AB AR R U E dl dr r R λλπεπε=⋅==⎰⎰，则 809212450 2.0810/102910ln ln 3AB U C m R R πελ-===⨯⨯⨯⨯7-3-19 解由高斯定理可得场强分布为a x a -<< 0E σε=-； x a <- 或x a > 0E =；由电势的定义式计算电势分布在x a <-区域，0000a xxaU Edx dx dx a σσεε--==+-=-⎰⎰⎰ 在a x a -<<区域， 000xx U Edx dx x σσεε==-=⎰⎰ 在a x ≤<∞区域，0000axxaU Edx dx dx a σσεε==+-=⎰⎰⎰ 电势U 随在x 分布如图所示7-3-20解设坐标原点在左边导线轴线上，x 轴通过两导线并与之垂直.在两导线之间，坐标为x 的任一点P 的场强为 0022()E x l x λλπεπε=+-，所以两导线间电势差为 00()22()l aAB aU dx x l x λλπεπε-=+-⎰U7-3-21解（1）在带电直线上取电荷元dq dx λ=，它在P 点的电势为 004()4()dq dxdU r x r x λπεπε==++整个带电直线在P 点的电势为 000ln4()4lP r lU dx r x rλλπεπε+==+⎰（2）根据场强与电势的微分关系dUE dr=-，有 04()lE r r l λπε=+7-3-22解由高斯定理可求得均匀带电球体内外的场强分布为 r R ≤，103r E ρε=； r R >，32203R E rρε= （1）r R >，33220033r rrR R U E dr dr r rρρεε∞∞===⎰⎰（2）r R =，320033R R R U R ρρεε==（3）r R <，322122000(2)336RRr rRrR r R U E dr E dr dr dr R r r ρρρεεε∞∞=+=+=-⎰⎰⎰⎰7-3-23 解（1）r R <处，在圆柱体内任取一点，该点到轴线距离为r ，过该点作一半径为r ，高为l 的同轴闭合圆柱形高斯面，由高斯定理 11ne iSi E dS qε=Φ=⋅=∑⎰⎰，可得312223ral rlE ar rldr r πππεε=⋅=⎰求得 23ar E ε=内，方向沿径向向外.对r R >，同理由高斯定理可得312223Ral rlE ar rldr R πππεε=⋅=⎰求得 30 3aR E rε=外（2）设1r m =处为电势零参考位置且假设该点在圆柱体外，则在r R >区域内，33110ln 33r r aR aR U E dr dr r r εε===-⎰⎰外外在r R <区域内，23110033RRrRrR ar aR U E dr E dr dr dr r εε=+=+⎰⎰⎰⎰外内内33300()ln 93a aR R r R εε=-- 8-3 计算和证明题8-3-1解请参见教材P342题8-3-1图（1）由于静电感应，球壳内表面带电量为q -，外表面带电量为q +；球壳电势为 33200344R R q q U E dl dr rR πεπε∞∞=⋅==⎰⎰3（2）内表面带电量为q -，外表面带电量为0；球壳电势为 0U =3（3）内球接地时，内球的电势0U =1，设内球此时带电量为q '+，则球壳内表面带电量为q '-；外表面带电量为q q '-，空间场强分布为： 12R r R <<，1204q E r πε'=；23R r R <≤，20E =； 3r R >，3204q qE r πε'-=；因此，内球的电势 231231123R R R R R U E dr E dr E dr ∞=++⎰⎰⎰213220044R R R q q q dr dr r r πεπε∞''-=+⎰⎰0120311()044q q qR R R πεπε''-=-+=求得12122313R R qq R R R R R R '=+-球壳的电势为3123303012231344R R R q q qU E dr R R R R R R R πεπε∞'--'===⋅+-⎰电势的改变为12333012231304R R q U U U U R R R R R R πε-''∆=-=-=⋅+-8-3-2解请参见教材P342题8-3-2图（1）设导体球上的感应电量为q '，这些感应电荷到球心O 点的距离都为R ，因此感应电荷q '在O 点产生的电势为04q R πε'，点电荷q 在O 点产生的电势为042qRπε⋅，故O 点的电势为000048q q U R Rπεπε'=+= （导体球接地），求得2q q '=-（2）因O 点场强为零，故q '在O 点产生的场强大小等于q 在O 点产生的场强大小，方向相反，即为00q q E E E '=+= 所以 2016q q E R πε'=8-3-3解请参见教材P342题8-3-3图（1）设A 板两表面中左侧表面带电量为1q ，右侧表面带电量为2q ，其电荷面密度分别为11q S σ=，22qSσ=，由于B 、C 板都接地，故有 AC AB U U =AC AC ABAB E d E d =写成1200AC AB d d σσεε= 有12002q qS Sεε= ① 又 12q q Q += ② 由①②解得 12/3q Q =，2/3q Q =因此C 板带电为712/3 2.010()C q q Q C -=-=-=-⨯，72/3 1.010()B q q Q C -=-=-=-⨯（2）3200 2.2610()3A AB AB AB q Q U U d d V S Sεε====⨯ 8-3-4解设导体片C 插入后，AC 间场强为1E ，CB 间场强为2E ，并假设0q >，则各板带电分布如图所示，并作如图所示的高斯面，两底面与板平行，由高斯定理可得120Sq SE dS E S E S Sε∆⋅=-∆+∆=⎰⎰即有 210qE E Sε-= ① 由题意得 2122d dU E E =⋅+⋅ ② 由①②解得 20224C CB d U qdU U E Sε==⋅=+8-3-5解对于半径为R 的金属球，不论是实心还是空心，当带电量为q 时，其电势均为04q U Rπε=，则电容为04qC R Uπε==，可见电容是相同的. 对于地球，711C F μ= 8-3-6解（1）设内、外金属膜圆筒半径分别为1R 和2R ，高度均为L ，其上分别带电量为Q ±，则玻璃内的场强为12R r R << ， 02r Q E Lrπεε=内外圆筒之间的电势差为21201ln2R R r R Q U E dl LR πεε∆=⋅=⎰ 莱顿瓶的电容为 90212 2.2810ln r L q C F R U R πεε-===⨯∆（2）圆柱形电容器两金属膜之间靠近内膜处场强为最大，令该处场强等于击穿场强，即 101()2r Q E R E LR πεε==击穿所以 5012 6.6710r Q LR E C πεε-==⨯击穿 8-3-7解（1）由123111AB C C C C =++，求得 3.75AB C F μ=（2）总电量43.7510AB AB Q C U C -==⨯ 因为1C 和2C 并联，故有1212Q Q C C = 即有 122Q Q = ①又 12Q Q Q += ② 由①②求得2C 带电量为4211.25103Q Q C -==⨯，2C 上的电压22225Q U V C == （3）3100U U V ==,4333510Q C U C -==⨯8-3-8解（1）作一高斯面，使其两底面分别在板中和介质中且平行于板面，由介质中的高斯定理1ni Si D dS q =⋅=∑⎰⎰可得0D S S σ∆=∆ 求得 0Q D Sσ==又 0()[()]r U E d t Et d t t E ε=-+=-+ 求得 ()r UE d t tε=-+因此 00()r r r U D E d t tεεεεε==-+（2）由上面结果可知 00()r r US Q S DS d t tεεσε===-+（3）0()r r S QC U d t tεεε==-+ 8-3-9解（1）由题意极板间带电量Q 不变，00000SQ Q C U U d ε===（2）电位移00S Q D S d εσ===，介质中的场强000r U D E dεεε== （3）电容大小与带电量多少无关，由题意可知 0()r r S C d t tεεε=-+8-3-10解设单位长度带电量为λ，则两极板间场强2E rλπε=，击穿场强0E 一定时，02rE λπε=最大，电容器两极板电压为 0ln ln 2RrR R U Edr rE r rλπε===⎰式中r 是变量，适当选择r 的值，可使U 有极大值，即令00ln 0dU RE E dr r =-=，求得0Rr e=故当0Rr e=时，电容器可能承受的最大电压为 0max 000ln 147RE R U r E KV r e=== 8-3-11解（1）当1R r R <<，由介质中的高斯定理可得0SD dS Q ⋅=⎰⎰，即有204r D Q π= 求得 024Q D rπ=，所以有 012004rr Q DE r εεπεε==当2R r R <<，02204Q DE rεπε==（2）电势差为 2112RR R RU E dr E dr ∆=+⎰⎰2100220044RR R Rr Q Q dr dr r r πεεπε=+⎰⎰001211()4r rrQ R R R εεπεε-=+-（3）001221124()()r r Q RR R C U R R R R R R πεεε==∆-+- （4）2122220102114422RR r R R W E r dr E r dr εεπεπ=⋅+⋅⎰⎰ 2001211()8r rrQ R R R εεπεε-=+- （5）00211(1)(1)4rrQ R σσεπε'=-=- 8-3-12解（1）在12R r R <<区域内作以r 为半径，长为l 的同轴柱面为高斯面，则由介质中的高斯定理222220000041121()()222142312r Q Q Q Q C U C C C C ε=+-=+-=+（）1ni Si D dS q =⋅=∑⎰⎰，有2rlD l πλ=所以 2D rλπ=又 0r D E εε=我们得到离轴线距离为r 处的场强为 02r E rλπεε=, 方向沿径向向外（2）22112001ln 22R R R R r r R U Edr dr r R λλπεεπεε∆===⎰⎰（3）2122200112ln 24R r R r R W E rdr R λεεππεε=⋅=⎰8-3-13解（1）282014.410/2e w E J m ε-==⨯ （2）3354[()]7.6103e W R h R w J π=+-=⨯式中R 为地球半径并取6370R km =8-3-14解（1）浸入煤油后，电容器电容增加为原来的r ε倍，即002r C C C ε==，而电量不变.能量损失为2222210200000111(1)9109002222444Q Q Q Q W C U C C C C -∆=-=-===⨯⨯⨯ 41.8210J -=⨯（2）若将两电容器并联，则要发生电荷转移，但电荷总量不变，仍为2Q .并联后总电容为 001r C C C C ε=+=+总（），两电容器并联后总能量为22024221rQ Q W C C ε'==+总（）（）并联后能量损失为0W W W W ''∆=+-（） 56.110J -=⨯ 8-3-15解K 接到1处，1C 带电为641108101209.610()Q CU C --==⨯⨯=⨯；再将K 接到2后，1C 和2C 总带电量仍为1Q ，两电容器电压为4169.6108010Q U V C --⨯===⨯总（8+4）电容器1C 中的能量2622111181080 2.561022W C U J --==⨯⨯⨯=⨯ 电容器2C 中的能量22221 1.28102W C U J -==⨯8-3-16解据题意，把电子看作电荷均匀分布在外表面上，其静电能为222200200111()422424R e e W E dV r dr r Rεεππεπε∞==⋅=⋅⎰⎰ 在估计电子半径的数量级时，一般可以略去上式中的系数，因此204e W Rπε=，据题意2204e e m C Rπε=，我们可以求得21520 2.8104e e R m m Cπε-==⨯ 8-3-17解当介质板插入x 距离时，电容器的电容为 000()[(1)]r x r a x a xaaC a x dddεεεεε-=+=+-此时电容器储能为220()22[(1)]x r Q Q dW x C a a x εε==+- 电介质未插入时，电容器储能为22020022Q Q dW C aε== 当电介质插入x 时，电场力F 对电介质板所作的功等于电容器储能的减少量，即0()W W x -，电场力为当插入一半时，2ax =，则电场力为 2020[()](1)2[(1)]r r W W x Q d F x a a x εεε∂--==∂+-，方向平行极板向右.8-3-18解（1）因电压U 不变，拉开前的静电能为 222001111222SS W C U U U d d εε==⋅= 拉开后的静电能为 2220022112224SS W C U U U d dεε==⋅= 则系统静电能的改变为 222000210424SSSW W W U U U dddεεε∆=-=-=-<结果表明当极板拉开后，系统的静电能减少.（2）当保持电压一定时，电场对电源作功为 A U Q =-∆两板距离从d 拉开到2d 时，极板上电荷的增量Q ∆为0002121()22S S SQ Q Q C U C U U U d d dεεε∆=-=-=-=- 因此 200()022S S A U Q U U U d dεε=-∆=--=>结果表明当极板拉开后，在保持U 不变时，电场对电源作正功.（3）外力F 对极板作的功为 2222222000211()22224ddd ddd SU SU SU CU A F dl dx dx x d d d dεεε'=⋅===-=⎰⎰⎰外力F 对极板作的功，也可由功能关系得到 222000()424SU SU SU A W A dddεεε'=∆+=-+=所得结果相同.8-3-19解（1）令无限远处电势为零，则带电荷为q 的导体球，其电势为04q U Rπε=，将dq 从无限远处搬到球上的过程中，外力作的功等于该电荷元在球上所具有的电势能 04q dA dW dq Rπε==（2）外力作功为23302(1)()2(1)r r Q d aF a εεε-=+200048Qq Q A dA dq RRπεπε===⎰⎰8-3-20解因为电荷保持不变，故有、无介质时，电场中各点的电位移矢量D 不变，电场能量密度为2000111222e e r r rw D D w DE D εεεεε==⋅==电场总能量为e rW W ε=9-3计算题9-3-1. 解:（1）导线水平段在P 点产生的磁感应强度为零, 因此P 点的磁感应强度由竖直段产生, 即,4)90cos 0(cos 400aIa I B πμπμ=︒-︒=根据右手定则可判断其方向垂直纸面向外. （2）两水平段半长直导线在P 点产生的磁场方向相同,因此相当于一无限长直导线. 所以P 点的磁场为一无限长直导线和半圆共同产生的，即,4200rIr I B μπμ+=方向垂直纸面向里. （3）三边在P 点产生的磁场完全相同，因此P 点的磁感应强度为,29)150cos 30(cos 3024300a Itg a I B πμπμ=︒-︒︒=方向垂直纸面向里.9-3-2. 解: O 点磁感应强度大小为部分圆弧和直线段共同产生，且它们的方向相同，所以),222(4)22cos(22cos 4222000ϕϕππμϕπϕπμπϕπμtg R I R I R I B B B BA ACB +-=-••+-•=+=方向垂直纸面向里. 9-3-3. 解：导线可分为四段，其中水平部分在O 点不产生磁场，因此O 点的磁场为两半圆和竖直向下半无限长直导线共同产生的，即磁感应强度大小为,444202010R IR IR IB πμμμ-+=方向垂直纸面向里. 9-3-4. 解：取薄金属板上宽度为dx 的长直电流元，其电流为,aIdxdI =到P 点的距离为x ，该线电流在点P 激发的磁感应强度大小为.,20方向垂直纸面向外xdIdB πμ=因所有线电流在点P 激发的磁场方向均相同,故点P 的磁感应强度为⎰⎰+===ab bdx axIdB B πμ20,ln20b b a a I +πμ方向垂直纸面向外.9-3-5. 解：环心O 在两根通电直导线的延长线上，故它们在O 点产生的磁场为零，长为l 的载流圆弧在其圆心处的磁场为2001422r Ilr l r I B πμπμ==，设左右两段圆弧的弧长分别为21,l l ,则两者在O 点的磁感应强度分别为，方向垂直纸面向里。

材料物理试题与答案

材料物理试题(卷面80分+平时20分)1、解释下列概念（20分）1.2 空位、间隙原子和异类原子；空位：在晶格结点位置应有原子的地方空缺，这种缺陷称为“空位”。

【从晶体点阵中原来应有原子存在的一个阵点处取走了原子，就形成了一个原子空位，这部分缺陷晶体被称为空位，这种空位也叫肖特基空位】间隙原子：在晶格非结点位置，往往是晶格的间隙，出现了多余的原子。

它们可能是同类原子，也可能是异类原子。

【进入晶体点阵间隙位置的原子称为间隙原子，这种间隙位置的特点是：在一般的情况下不应该有原子存在，且是晶体点阵的最大空隙位置。

晶体在高能粒子辐照下，正常位置的原子被打入到晶体的间隙位置，在形成间隙原子的同时，形成等量的空位，称为弗伦克耳空位。

】异类原子（杂质原子）：在一种类型的原子组成的晶格中，不同种类的原子替换原有的原子占有其应有的位置。

【即使在纯金属的情况下，也仍然包含有杂质原子，若杂质原子与基体原子相比，其体积大于一定值，则杂质原子以置换的形式存在；而若其体积相对较小时，则有可能以间隙原子的形式出现。

】1.3 晶界、大角晶界和小角晶界；晶界：晶界就是空间取向(或位向)不同的相邻晶粒之间的分界面。

小角度晶界：大致地把晶粒位向差小于十度的晶界称为小角度晶界。

大角度晶界：当相邻晶粒之间的位向差大于10-15度，晶粒间的界面叫大角度晶界。

1.4 上坡扩散和反应扩散；扩散是由低浓度处向高浓度处进行的，如固溶体中某些偏聚或调幅分解，这种扩散被称为“上坡扩散”。

通过扩散使固溶体中的溶质组元超过固溶度而不断形成新相的扩散过程，又称相变扩散。

【许多合金状态图中往往有中间相，因而在扩散过程中也可能出现中间相，这种扩散即为多相扩散。

多相扩散包括两个过程，一个是扩散过程；另一个是界面上达到一定的浓度发生化学反应，从而形成新相的过程。

多相扩散通常也被称为反应扩散。

】1.5 一级相变和二级相变。

一级相变：由α相转变为β相时，Gα=Gβ, μαi=μβi，但自由焓的一阶偏导数不相等，称为一级相变。

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。