材料物理性能试题及其答案

西 安 科 技 大 学 2011—2012学 年 第 2 学 期 考 试 试 题（卷）

学院：材料科学与工程学院 班级： 姓名： 学号：

—2012 学 年 第 2 学 期 考 试 试 题（卷）

学院：材料科学与工程学院 班级： 姓名： 学号：

材料物理性能 A卷答案

一、填空题（每空1分，共25分）：

1、电子运动服从量子力学原理周期性势场

2、导电性能介电性能

3、电子极化原子（离子）极化取向极化

4、完全导电性（零电阻）完全抗磁性

5、电子轨道磁矩电子自旋磁矩原子核自旋磁矩

6、越大越小

7、电子导热声子导热声子导热

8、示差热分析仪（DTA）、示差扫描热分析（DSC）、热重分析（TG）

9、弹性后效降低（减小）

10、机械能频率静滞后型内耗

二、是非题（每题2分，共20分）：

1、√

2、×

3、×

4、√

5、×

6、√

7、×

8、×

9、× 10、√

三、名词解释（每题3分，共15分）：

1、费米能：按自由电子近似，电子的等能面在k空间是关于原点对称的球面。特别有意义的是E=E F的等能面，它被称为费米面，相应的能量成为费米能。

2、顺磁体：原子内部存在永久磁矩，无外磁场，材料无规则的热运动使得材料没有磁性，当外磁场作用，每个原子的磁矩比较规则取向，物质显示弱磁场，这样的磁体称顺磁体。

3、魏得曼-弗兰兹定律：在室温下许多金属的热导率与电导率之比几乎相同，而不随金属的不同而改变。

4、因瓦效应：材料在一定温度范围内所产生的膨胀系数值低于正常规律的膨胀系数值的现象。

5、弛豫模量：教材P200

四、简答题（每题6分，共30分）：

1、阐述导体、半导体和绝缘体的能带结构特点。

答：①导体中含有未满带，在外场的作用下，未满带上的电子分布发生偏移，从而改变了原来的中心堆成状态，占据不同状态的电子所形成的运动电流不能完全抵消，未抵消的部分就形成了宏观电流；②绝缘体不含未满带，满带中的电子不会受外场的作用而产生偏离平衡态的分布，而一些含有空带的绝缘体，也因为禁带间隙过大，下层满带的电子无法跃迁到空带上来形成可以导电的未满带，所以绝缘体不能导电；③本征半导体的情况和绝缘体类似，区别是其禁带能隙比较小，当受到热激发或外场作用时，满带中的电子比较容易越过能隙，进入上方空的允带，从而使材料具有一定的导电能力；④掺杂半导体则是通过掺入异质元素，从而提供额外的自由电子或者额外的空穴以供下层电子向上跨越，使得跨越禁带的能量变低，电子更加容易进入上层的空带中，从而具有导电能力。

2、简述温度对金属电阻影响的一般规律及原因。

答：无缺陷理想晶体的电阻是温度的单值函数，如果在晶体中存在少量杂质和结构缺陷，那么电阻与温度的关系曲线将要变化。

在低温下，电子-电子散射对电阻的贡献显著，其他温度电阻取决于电子-声子散射。

3、何谓材料的热膨胀？其物理本质是什么？

答：①热膨胀：材料在加热和冷却过程中，其宏观尺寸随温度发生变化的现象。

②物理本质：在非简谐近似下，随温度增加，原子热振动不仅振幅和频率增加，其平衡位置距平均尺寸也增加，即导致振动中心右移，原子间距增大，宏观上变现为热膨胀。

4、物质的铁磁性产生的充要条件是什么？

答：(1) 原子中必须有未填满电子的内层，因而存在未被抵消的自旋磁矩。

(2) 相邻原子间距a与未填满的内电子层半径r之比大于3，即a/r＞3。

5、内耗法测定α-Fe中碳的扩散（迁移）激活能H的方法和原理。

答：参考教材P-211

五、论述题（每题10分，共10分）：

答：第一部分（OA）是可逆磁化过程：可逆是指磁场减少到零时，M沿原曲线减少到零，在可逆磁化阶段，磁化曲线是线性的，没有剩磁和磁滞。在金属软磁材料中，此阶段以可逆壁移为主。

第二部分（AB）是不可逆磁化阶段：此阶段内，M随磁化场急剧地增加，M与H曲线不再是线性。此阶段中，若把磁场减少到零，M不再沿原曲线减少到零，而出现剩磁，这种现象成为磁滞，巴克豪森指出，这一阶段由许多M的跳跃性变化组成，是畴壁的不可逆跳跃引起的。

第三部分（BC）是磁化矢量的转动过程：第二阶段结束后，畴壁消失，整个铁磁体成为一个单畴体，但其内部磁化强度方向还与外磁场方向不一致。在这一阶段内随磁化场进一步增大，磁矩逐渐转动到与外磁场一致的方向，当磁化到S点时，磁体已磁化到技术饱和，这时的磁化强度称饱和磁化强度Ms。

第四部分自C点以后，M-H曲线已近似于水平线，而M-H曲线大体上成为直线，自C点继续增大外磁，Ms还稍有增加，这一过程称为顺磁磁化过程。

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