材料物理性能作业及课堂测试
(完整word版)材料物理性能A试卷答案及评分标准
材料物理性能A 试卷答案及评分标准一、是非题（1分×10=10分）1√；2×；3×；4√；5×；6√；7√；8√；9√；10×。
二、名词解释（3分×6=18分，任选6个名词。
注意：请在所选题前打“√”）1、磁后效应：处于外电场为H0的磁性材料，突然受到外磁场的跃迁变化到H1，则磁性材料的磁感应强度并不是立即全部达到稳定值，而是一部分瞬时到达，另一部分缓慢趋近稳定值，这种现象称为磁后效应。
2、塑性形变：是指在超过材料的屈服应力作用下产生形变，外应力移去后不能恢复的形变。
无机材料的塑性形变，远不如金属塑性变形容易。
3、未弛豫模量：测定滞弹性材料的形变时，如果测量时间小于τε、τσ，则由于随时间的形变还没有机会发生，测得的是应力和初始应变的关系，这时的弹性模量叫未驰豫模量。
4、介质损耗：由于导电或交变场中极化弛豫过程在电介质中引起的能量损耗，由电能转变为其他形式的能，统称为介质损耗。
5、光频支振动：光频支振动：格波中频率甚高的振动波，质点间的位相差很大，邻近质点的运动几乎相反时，频率往往在红外光区，称为“光频支振动”。
6、弹性散射：散射前后，光的波长（或光子能量）不发生变化的散射。
7、德拜T3定律：当温度很低时，即T<<θD，c v=1939.7(T/θD)3j.K-1.mol-1，即当T→0 K时，c v∝T3→0。
8、BaTiO3半导体的PTC现象：价控型BaTiO3半导体在晶型转变点附近，电阻率随温度上升发生突变，增大了3~4个数量级的现象。
三、简答题（5分×5=25分，任选5题。
注意：请在所选题前打“√”）1、（1）构成材料元素的离子半径；（2）材料的结构、晶型；（3）材料存在的内应力；（4）同质异构体。
2、（1）透过介质表面镀增透膜；（2）将多次透过的玻璃用折射率与之相近的胶将它们黏起来，以减少空气界面造成的损失。
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：———装 订 线————————装 订 线 以 内 不 准 作 任 何 标 记————————装 订 线———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：———装 订 线————————装 订 线 以 内 不 准 作 任 何 标 记————————装 订 线———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。
材料物理性能试题及其答案
即消失，而是先消
失一部分，另一部
分逐渐消失，这
材
考料 试物
科理 目性
能
材
试 学料
卷 类
A
生 班
09
型 级级
1-4
注意：1、答案 一律写在答题 纸；
2、不抄 题，写清题号；
3、考试 结束后交回试 题！
三、名词解释
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：
———装 订 线 ———————— 装订线以内不 准作任何标记 ———————— 装 订 线———
（每题3分，共15 分）： 1、费米能： 2、顺磁体： 3、魏得曼-弗兰 兹定律： 4、因瓦效应： 5、弛豫模量： 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。 2、简述温度对金 属电阻影响的一 般规律及原因。 3、何谓材料的热 膨胀？其物理本 质是什么？ 4、物质的铁磁性 产生的充要条件 是什么？ 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。 五、论述题（每 题10分，共10 分）： 1、铁磁性材料的 技术磁化过程分 为哪几个阶段， 请用简图表示， 在图中标出自发
的。 （ ） 10、宏观
上，弹性 模量E代表 材料对弹 性正应变 的抗力； 微观上E表 征原子间 的结合 力。（ ）
1.命题时请尽量采 用计算机录入，手 写稿必须字迹工 整、清晰可辩。审 批由系主任负责； 2.考试科目应与教 学计划保持一致， 不能用简写或别 称。考试性质为“考 试”或“考查”； 3.试卷类型注明 A\B\C\D等字样，考 试地点注明“雁 塔”或“临潼”； 4.试题（卷）内容 不要超出线格范 围，以免影响试题 印制和教师评分。
《材料物理性能》课后习题答案.doc
1-1 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：真应力OY = — = ―"°。
—=995(MP Q)A 4.524 xlO-6真应变勺=In — = In — = In^v = 0.0816/0 A 2.42名义应力a = — = ―4°°°_ 一= 917(MPa)A) 4.909x1()2名义应变£ =翌=& —1 = 0.0851I。
A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。
1- 5 一陶瓷含体积百分比为95%的/\12O3(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Ei=380GPa, E2=84GPa, V^O. 95, V2=0. 05o则有上限弹性模量=E]% +E2V2 = 380 X 0.95 +84 X 0.05 =365.2(GP Q)下限弹性模量战=(¥ +3)T =(?料+誓尸=323.1(GP Q)E]380 84当该陶瓷含有5%的气孔时，将P二0. 05代入经验计算公式E=E O(1-1. 9P+0. 9P2) 可得，其上、下限弹性模量分别变为331.3 GPa和293. 1 GPa。
1-6试分别画出应力松弛和应变蠕变与时间的关系示意图，并算出t = 0, t = oo和t二£时的纵坐标表达式。
解：Maxwell模型可以较好地模拟应力松弛过程：其应力松弛曲线方程为：b⑴=贝0光必则有:<7(0) = b(0);cr(oo) = 0;<7(r)= a(0)/e.Voigt模型可以较好地模拟应变蠕变过程：其蠕变曲线方程为：的)=火(1 -广")=£(00)(1 _g")E则有：£(0)=0； £(OO)= 21;冶)=%1-(尸).以上两种模型所描述的是最简单的情况，事实上山于材料力学性能的复杂性，我们会用到 用多个弹簧和多个黏壶通过串并联组合而成的复杂模型。
材料物理性能试卷及答案B
材料物理通用B（答案）姓名：单位：级别：准考证号：装订线﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉材料物理检验各专业通用试卷B注意事项：1、请填写您的姓名、工作单位、申报类别、等级及准考证号2、请按题目要求在规定的位置填写答案：3、本试卷满分100分。
一、填空（共25分，每空1分）1、金属拉伸的比例试样系按公式L0=kS01/2计算而得出试样原始标距长度的试样，k通常为 5.65 或11..3 。
2、规定非比例延伸强度测定方法有图解法和逐级施力法两种，也可以使用自动装置或自动测试系统测定。
3、影响拉伸测试结果的主观因素有人为因素和试样制作的因素两个方面；而客观因素主要指仪器设备条件和环境条件。
4、常用的引伸计有机械式、光学式和电子式三类。
5、弯曲试验常使用两种加载方法，即三点弯曲法和四点弯曲法，一般工厂试验室中常使用三点弯曲法。
6、弯曲弹性模量是指弯曲应力和弯曲应变呈线性比例关系范围内的弯曲应力和弯曲应变之比。
7、交变应力是指应力的大小、方向或大小和方向都随时间发生周期性变化的应力。
8、高温强度持久试验的试验室温度一般保持在10——35℃之间；实验室应远离或隔离震源，室内严防震动。
二、选择正确答案（共10分，每题2分）1、带凸耳板状试样用作（ A ）。
54A 金属材料无约束型压缩试样B金属材料约束型压缩试样C高分子非金属材料压缩试样2、铁碳合金基本组织中，（ B ）是单相组织。
A 珠光体B 奥氏体C莱氏体3、连续冷却转变时，共析碳钢不形成（ A ）。
A 贝氏体B 珠光体和索氏体C索氏体和屈氏体4、金属蠕变曲线的（ B ）段是恒速蠕变阶段。
A abB bcC cd5*、硬度测定时，图（ C ）所示为试样正确放置方法。
A B C5#、塑性材料扭转试样的断口为（ C ）。
A 切断断口B正断断口 C 木质纤维状断口三、名词解释（共15分，每题3分）1、弹性和弹性变形2、塑性和塑性变形3、断裂4*、奥氏体2435*、铁素体2434#、珠光体存在于727℃以下温度，是铁素体与渗碳体两相层片相间的机械混合物，平均含碳量为0.77%。
(最新整理)材料物理性能答案
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)（E k →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？用电阻率ρ或电阻率σ评价材料的导电能力。
按材料的导电能力（电阻率），人们通常将材料划分为:）（）超导体（）（）导体（）（）半导体（）（）绝缘体（m .104m .10103m .10102m .1012728-828Ω〈Ω〈〈Ω〈〈Ω〈---ρρρρ2、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？金属导体中，其原子的所有价电子均脱离原子核的束缚成为自由电子,而原子核及内层束缚电子作为一个整体形成离子实。
所有离子实的库仑场构成一个平均值的等势电场,自由电子就像理想气体一样在这个等势电场中运动。
如果没有外部电场或磁场的影响，一定温度下其中的离子实只能在定域作热振动，形成格波，自由电子则可以在较大范围内作随机运动，并不时与离子实发生碰撞或散射，此时定域的离子实不能定向运动,方向随机的自由电子也不能形成电流。
施加外电场后，自由电子的运动就会在随机热运动基础上叠加一个与电场反方向的平均分量，形成定向漂移，形成电流.自由电子在定向漂移的过程中不断与离子实或其它缺陷碰撞或散射，从而产生电阻.E J →→=σ，电导率σ= (其中μ= ，为电子的漂移迁移率,表示单位场强下电子的漂移速度），它将外加电场强度和导体内的电流密度联系起来,表示了欧姆定律的微观形式。
材料物理性能 考试题.doc
材料物理性能试题2014.5.一、阐述下列概念(每题6分，共30分)(1)电介质的极化在外电场作用下，电介质的表面上出现束缚电荷的现象叫做电介质极化。
(2)声子声子就是''晶格振动的简正模能量量子。
"英文是phonon(3)软磁材料和硬磁材料硬磁材料是指磁化后不易退磁而能长期保留磁性的一种铁氧体材料，也称为永磁材料或恒磁材料。
软磁材料是具有低矫顽力和高磁导率的磁性材料。
(4)晶体的特征(1)晶体拥有整齐规则的几何外形，即晶体的自范性。
(2)晶体拥有固定的熔点，在熔化过程中，温度始终保持不变。
(3)晶体有各向异性的特点。
(4)晶体可以使X光发生有规律的衍射。
宏观上能否产生X光衍射现象，是实验上判定某物质是不是晶体的主要方法。
[1](5)晶体相对应的晶面角相等，称为晶面角守恒。
[2](5)画出体心立方晶体结构，原胞，并写出基矢体心立方结构(右)M W ■其体积为；配位原胞（右）晶胞基矢a \ R I并且&£■』；芭■我，其惯用原胞基矢由从一顶点指向另外三个体心点的矢量构成，二、解答题（共70分）1.影响无机非金属材料（晶体）导热率的因素有哪些？（10分）%1晶体中热量传递速度很迟缓，因为晶格热振动并非线性的，格波间有着一定的耦合作用，？^子间会产生碰撞，使声子的平均自由程减小。
格波间相互作用愈强，也即声子间碰撞几率愈大，相应的平均自由程愈小，热导率也就愈低。
因此，声子间碰撞引起的散射是晶体中热阻的主要来源。
%1晶体中的各种缺陷、杂质以及晶界都会引起格波的散射，等效于声子平均自由程的减小，从而降低X.O %1平均自由程还与声子的振动频率V有关。
振动V不同，波长不同。
波长长的格波易绕过缺陷，使自由程加大，散射小，因此热导率入大。
%1平均自由程1还与温度T有关。
温度升高，振动能量加大，振动频率v加快，声子间的碰撞增多，故平均自由1减小。
但其减小有一定的限度，在高温下，最小的平均自由程等于几个晶格间距；反之，在低温时，最长的平均自由程长达晶粒的尺度。
木材加工过程中的木材物理性能改善考核试卷
C.木材的加工与使用环境
D.木材的色泽
14.以下哪些方法可以用于提高木材的防腐性能？（）
A.化学药剂浸泡
B.真空干燥
C.高频加热
D.添加防腐剂
15.以下哪些因素与木材的耐磨性有关？（）
A.木材的种类
B.木材的表面处理
C.木材的密度
D.木材的含水率
16.以下哪些加工技术可以改善木材的物理性能？（）
A.热处理
B.化学处理
C.物理改性
D.生物改性
17.以下哪些因素会影响木材的加工性能？（）
A.木材的含水率
B.木材的纹理方向
C.木材的密度
D.木材的硬度
18.以下哪些方法可以用来减少木材的变形和开裂？（）
A.适当的干燥处理
B.避免快速的温度变化
C.使用防变形剂
D.高频加热
19.以下哪些因素与木材的力学强度有关？（）
A.木材的种类
B.木材的含水率
C.木材的密度
D.木材的生长环境
20.以下哪些措施能够提高木材的耐候性？（）
A.热处理
B.涂层保护
C.使用耐候性木材
D.适当的含水率控制
（请在此处继续添加试卷的其他部分，如判断题、计算题、论述题等。）
三、填空题（本题共10小题，每小题2分，共20分，请将正确答案填到题目空白处）
2.化学药剂处理
3.木材种类、含水率
4.热处理、化学处理
5.木材含水率
6.吸音材料
7.涂层处理、热压成型
8.温度变化、湿度变化
9.干燥处理、保存条件
10.真空干燥、热风干燥
四、判断题
1. √
2. ×
3. ×
4. √
《材料物理性能》课后习题答案
=170*0.021=3.57 J/(cm.s)
2-3一热机部件由反应烧结氮化硅制成，其热导率λ=0.184J/(cm.s.℃)，最大厚度=120mm.如果表面热传递系数h=0.05 J/(cm2.s.℃),假定形状因子S=1，估算可兹应用的热冲击最大允许温差。
解：
=226*0.184
《材料物理性能》
第一章材料的力学性能
1-1一圆杆的直径为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：
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。
1-5一陶瓷含体积百分比为95%的Al2O3(E = 380 GPa)和5%的玻璃相(E = 84GPa)，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。
Cp=21*24。94=ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ23.74 J/mol.K
2-2康宁1723玻璃（硅酸铝玻璃）具有下列性能参数：λ=0.021J/(cm.s.℃);α=4.6*10-6/℃;σp=7.0Kg/mm2.E=6700Kg/mm2,μ=0.25.求第一及第二热冲击断裂抵抗因子。
第一冲击断裂抵抗因子：
=
=170℃
==447℃
第四章材料的光学性能
3-1．一入射光以较小的入射角i和折射角r通过一透明明玻璃板,若玻璃对光的衰减可忽略不计,试证明明透过后的光强为(1-m)2
解：
W = W’ + W’’
其折射光又从玻璃与空气的另一界面射入空气
则
3-2光通过一块厚度为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。
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。
材料物理性能课后习题答案北航出版社
材料物理性能课后习题答案北航出版社一、单项选择题：本题共6小题，每小题3分，共18分，每小题只有一个选项符合题意。
1．下列叙述和热力学定律相关，其正确的是（）A ．第一类永动机不可能制成，是因为违背了能量守恒定律B ．第二类永动机不可能制成，是因为违背了能量守恒定律C ．电冰箱的致冷系统能够不断地把冰箱内的热量传到外界，违背了热力学第二定律D ．气体可以从单一热源吸热，并全部用来对外做功，而不引起其它变化2．氢原子发出a 、b 两种频率的光，经三棱镜折射后的光路如图所示，若a 光是由能级n =5向n =2跃迁时发出时，则b 光可能是（） A ．从能级n =4向n =3跃迁时发出的 B ．从能级n =4向n =2跃迁时发出的 C ．从能级n =6向n =3跃迁时发出的 D ．从能级n =6向n =2跃迁时发出的3．玻尔认为，围绕氢原子核做圆周运动的核外电子，轨道半径只能取某些特殊的数值，这种现象叫做轨道的量子化.若离核最近的第一条可能的轨道半径为r 1，则第n 条可能的轨道半径为12r n r n =（n =1，2，3，……），其中n 叫量子数.设氢原子的核外电子绕核近似做匀速圆周运动形成的等效电流，在n =2状态时其强度为I ，则在n =3状态时等效电流强度为. （） A ．I 23 B ．I 32 C ．I 94 D ．I 278 4. 在匀强磁场中有一个静止的氡原子核（Rn 22286），由于衰变它放出一个粒子，此粒子的径迹与反冲核的径迹是两个相互外切的圆，大圆与小圆的直径之比为42∶1，如图所示。
那么氡核的衰变方程应是下列方程的哪一个（）A ．e Fr Rn 012228722286-+→B ．He Po Rn 422188422286+→ C ．e At Rn 012228522286+→ D ．H At Rn 212208522286+→ 5．有一种杂技表演叫“飞车走壁”，由杂技演员驾驶摩托车沿圆台形表演台的侧壁高速行驶，做匀速圆周运动。
材料物理性能作业及课堂测试
材料物理性能作业及课堂测试热学作业（一）1. 请简述关于固体热容的经典理论. 爱因斯坦热容模型解决了热容经典理论存在的什么问题？其本身又存在什么问题？为什么会出现这样的问题？德拜模型怎样解决了爱因斯坦模型的问题？答：固体热容的经典理论包括关于元素热容的杜隆-珀替定律，以及关于化合物热容的柯普定律。
前者内容为：恒压下元素的原子热容约为25 J/(K·mol)。
后者内容为：化合物分子热容等于构成该化合物的各元素原子热容之和。
爱因斯坦热容模型解决了热容经典理论中C m不随T变化的问题。
在高温下爱因斯坦模型与经典理论一致，与实际情况相符，在0K时C m为0，但该模型得出的结论是C m 按指数规律随T变化，这与实际观察到的C m 按T3变化的规律不一致。
之所以出现这样的问题是因为爱因斯坦热容模型对原子热振动频率的处理过于简化——原子并不是彼此独立地以同样的频率振动的，而是相互间有耦合作用。
小. 例如，Cu 在室温（20℃）下密度为8.94g/cm 3，待加热至1000℃时，其理论密度值为多少？（不考虑热缺陷影响，Cu 晶体从室温~1000℃的线膨胀系数为17.0×10-6/℃） 解：因为3202020a m V m D==，3100010001000a m V m D == 又由)201000(2020100020-⋅-=∆⋅∆=a a a T a a l α，得201000)1980(a a l ⋅+⋅=α 故2033203310001000)1980(1)1980(D a m a m D l l ⋅+⋅=⋅+⋅==αα94.8)1100.17980(136⨯+⨯⨯=-= 8.79g/cm 3或者： 由体膨胀系数l V V V V T V V αα3)201000(2020100020≈-⋅-=∆⋅∆=， 得201000)12940(V V l ⋅+⋅=α 故202010001000)12940(1)12940(D V m V mD l l ⋅+⋅=⋅+⋅==αα 94.8)1100.172940(16⨯+⨯⨯=-= 8.51g/cm 32、利用热膨胀原理，将一根外径为10.00mm 的钨棒与一根内径为9.98mm 的不锈钢环组装在一起. 将不锈钢环加热到一定温度后取出，在室温（20℃）下迅速与钨棒组装. 为了保证能够组装，至少应加热至多高温度？（钨的热膨胀系数取4.5×10-6/℃，不锈钢的热膨胀系数取16.0×10-6/℃）解：根据热膨胀系数定义式有：α=∆⨯-T D D D f 00在组装时，不锈钢环的温度为T f1，内径为D c ，钨棒的温度为T 0=20℃，外径为D r ；D c = D r = 10.00mm 。
材料物理性能课后习题答案_北航出版社_田莳主编
材料物理习题集第一章 固体中电子能量结构和状态（量子力学基础）1. 一电子通过5400V 电位差的电场，（1）计算它的德布罗意波长；（2）计算它的波数；（3）计算它对Ni 晶体（111）面（面间距d =2.04×10-10m ）的布拉格衍射角。
（P5）12341311921111o '(2)6.610 =(29.1105400 1.610)=1.67102K 3.7610sin sin 2182hh pmE m d dλπλθλλθθ----=⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=⨯==⇒=解：（1）=（2）波数=（3）22. 有两种原子，基态电子壳层是这样填充的;;s s s s s s s 2262322626102610（1）1、22p 、33p （2）1、22p 、33p 3d 、44p 4d ，请分别写出n=3的所有电子的四个量子数的可能组态。
（非书上内容）3. 如电子占据某一能级的几率是1/4，另一能级被占据的几率为3/4，分别计算两个能级的能量比费米能级高出多少k T ？（P15）1()exp[]11ln[1]()()1/4ln 3()3/4ln 3FF F F f E E E kT E E kT f E f E E E kT f E E E kT=-+⇒-=-=-=⋅=-=-⋅解：由将代入得将代入得4. 已知Cu 的密度为8.5×103kg/m 3，计算其E 0F 。
（P16）2203234262333118(3/8)2(6.6310)8.510 =(3 6.0210/8)291063.5=1.0910 6.83Fh E n m J eVππ---=⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=解：由5. 计算Na 在0K 时自由电子的平均动能。
（Na 的摩尔质量M=22.99，.0ρ⨯33=11310kg/m ）（P16）220323426233311900(3/8)2(6.6310) 1.01310 =(3 6.0210/8)291022.99=5.2110 3.253 1.085FF h E n mJ eVE E eVππ---=⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯===解：由由 6. 若自由电子矢量K 满足以为晶格周期性边界条件x x L ψψ+()=()和定态薛定谔方程。
建筑材料物理性能检测技术考核试卷
C.木材
D.沥青
12.以下哪些因素会影响材料的吸声性能？（）
A.材料的密度
B.材料的厚度
C.孔隙率
D.材料的弹性模量
13.以下哪些测试方法可以用来评估材料的抗拉强度？（）
A.拉伸测试
B.压缩测试
C.弯曲测试
D.硬度测试
14.以下哪些材料通常用于导电性能测试？（）
A.铜
B.铝
C.碳纤维
D.混凝土
D.检测可以完全预测材料在使用过程中的表现
三、填空题（本题共10小题，每小题2分，共20分，请将正确答案填到题目空白处）
1.建筑材料的抗压强度是指材料在受力状态下抵抗_______的能力。
（）
2.材料的密度是指单位体积内材料的质量，其国际单位制单位是_______。
（）
3.导热系数是衡量材料导热性能的指标，其单位是_______。
3.论述材料的热导率对其在建筑中应用的影响，并举例说明。
4.分析建筑材料吸水率对其耐久性的影响，并提出降低吸水率的措施。
标准答案
一、单项选择题
1. A
2. B
3. C
4. B
5. A
6. D
7. C
8. D
9. C
10. A
11. D
12. C
13. A
14. A
15. A
16. C
17. A
18. B
（）
8.吸声系数是衡量材料吸声性能的指标，其值范围在_______之间。
（）
9.耐磨性是指材料在受到磨损作用时保持其性能的能力，通常通过_______测试来评估。
（）
10.建筑材料的耐久性是指材料在预期使用年限内保持其_______的能力。
木材物理性能测试考核试卷
B.环境暴露试验
C.防腐处理效果评估
D.木材强度测试
5.以下哪些因素会影响木材的燃烧性能？（）
A.木材的含水率
B.木材的密度
C.木材的种类
D.燃烧时的氧气浓度
6.木材的干缩和湿胀现象与以下哪些因素有关？（）
A.木材的含水率
B.环境湿度
C.木材的纹理方向
D.木材的化学成分
7.以下哪些方法可以用来改善木材的物理性能？（）
A.密度
B.含水率
C.纹理方向
D.所含矿物质
5.通常用来表示木材硬度的是（）？
A.巴氏硬度
B.布氏硬度
C.洛氏硬度
D.维氏硬度
6.以下哪种测试方法不适用于测量木材的抗拉强度？（)
A.拉伸试验
B.纵向抗弯试验
C.横向抗弯试验
D.压缩试验
7.木材的吸水膨胀与干燥收缩现象主要与下列哪个因素有关？（）
A.木材的密度
1.影响木材弹性模量的因素有（）？
A.木材的种类
B.木材的含水率
C.木材的密度
D.木材的纹理方向
2.木材的力学性能包括以下哪些方面？（）
A.抗拉强度
B.抗压强度
C.抗弯强度
D.剪切强度
3.以下哪些因素会影响木材的导热性能？（）
A.木材的含水率
B.木材的密度
C.木材的纹理方向
D.环境温度
4.下列哪些测试方法可以用来评估木材的耐久性？（）
4.木材在纤维饱和点以下，其体积随含水率的增加而膨胀。（）
5.木材的导热系数与木材的密度成反比。（）
6.木材的耐久性主要取决于木材的种类和防腐处理方法。（）
7.木材的燃烧热值与木材的种类无关。（）
材料物理性能课后习题答案北航出版社田莳主编.docx
材料物理习题集第一章 固体中电子能量结构和状态（量子力学基础）1.一电子通过 5400V 电位差的电场，（1）计算它的德布罗意波长； （2）计算它的波数；（ 3）计算它对 Ni 晶体（ 111）面（面间距 d =× 10-10 m ）的布拉格衍射角。
（ P5）解：（ 1） =hh1p(2 mE) 2= 6.6 10 341(29.1 10 31 5400 1.6 10 19 ) 2=1.67 10 11 m（2）波数 K = 23.76 1011（ 3） 2d sinsin2o 18'2 d2.有两种原子，基态电子壳层是这样填充的（1）1s 2、2s 2 2p 6、3s 2 3p 3;，请分别写出 n=3 的所有电子的四个量（2）1s 2、2s 2 2p 6、3s 2 3p 63d 10、 4s 2 4p 6 4d 10;子数的可能组态。
（非书上内容）3.如电子占据某一能级的几率是的能量比费米能级高出多少1/4 ，另一能级被占据的几率为k T ？（ P15）3/4 ，分别计算两个能级1解：由 f ( E)EF ]exp[E1kT E E F11] kT ln[f ( E )将 f (E) 1/ 4代入得 E E F ln 3 kT将 f (E)3/ 4代入得 EE Fln 3 kT4.已知 Cu 的密度为× 10 3kg/m 3，计算其 E 0F 。
（ P16）解：h22(3n / 8) 3由 E F2m= (6.6334262 1031)(38.5 10 6.02 1023 / 8 ) 3291063.5=1.0910 18J 6.83eV5.计算 Na 在 0K 时自由电子的平均动能。
（ Na 的摩尔质量 M=，=1.013103 kg/m3）（P16）解：由 E F0h22 (3 n / 8) 32m= (6.6334262 1031)(3 1.013 10 6.021023 /8 )3291022.99 =5.2110 19J 3.25eV由E03E F0 1.08eV 56.若自由电子矢量K 满足以为晶格周期性边界条件( x)= ( x L)和定态薛定谔方程。
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材料物理性能作业及课堂测试热学作业（一）1. 请简述关于固体热容的经典理论. 爱因斯坦热容模型解决了热容经典理论存在的什么问题？其本身又存在什么问题？为什么会出现这样的问题？德拜模型怎样解决了爱因斯坦模型的问题？答：固体热容的经典理论包括关于元素热容的杜隆-珀替定律，以及关于化合物热容的柯普定律。
前者内容为：恒压下元素的原子热容约为25 J/(K·mol)。
后者内容为：化合物分子热容等于构成该化合物的各元素原子热容之和。
爱因斯坦热容模型解决了热容经典理论中C m不随T变化的问题。
在高温下爱因斯坦模型与经典理论一致，与实际情况相符，在0K时C m为0，但该模型得出的结论是C m 按指数规律随T变化，这与实际观察到的C m 按T3变化的规律不一致。
之所以出现这样的问题是因为爱因斯坦热容模型对原子热振动频率的处理过于简化——原子并不是彼此独立地以同样的频率振动的，而是相互间有耦合作用。
德拜模型主要考虑声频支振动的贡献，把晶体看作连续介质，振动频率可视为从0到ωmax 连续分布的谱带，从而较为准确地处理了热振动频率的问题。
2. 金属Al 在30K 下的C v,m =0.81J/K·mol ，其θD为428K. 试估算Al 在50K 及500K 时的热容C v,m .解：50K 远低于德拜温度428K ，在此温度下，C v 与T 3成正比，即3T A Cv ⋅= 则 5331033081.0-⨯===T C A v J/mol·K 4故50K 时的恒容热容75.350103353=⨯⨯=⋅=-T A CvJ/mol·K 500K 高于德拜温度，故此温度下的恒容摩尔热容约为定值3R ，即：9.2431.833=⨯=⋅=R C v J/mol·K热学作业（二）1、晶体加热时，晶格膨胀会使得其理论密度减小. 例如，Cu 在室温（20℃）下密度为8.94g/cm 3，待加热至1000℃时，其理论密度值为多少？（不考虑热缺陷影响，Cu 晶体从室温~1000℃的线膨胀系数为17.0×10-6/℃） 解：因为3202020a m V m D==，3100010001000a m V m D == 又由)201000(2020100020-⋅-=∆⋅∆=a a a T a a l α，得201000)1980(a a l ⋅+⋅=α 故2033203310001000)1980(1)1980(D a m a m D l l ⋅+⋅=⋅+⋅==αα94.8)1100.17980(136⨯+⨯⨯=-= 8.79g/cm 3或者： 由体膨胀系数l V V V V T V V αα3)201000(2020100020≈-⋅-=∆⋅∆=， 得201000)12940(V V l ⋅+⋅=α 故202010001000)12940(1)12940(D V m V mD l l ⋅+⋅=⋅+⋅==αα94.8)1100.172940(16⨯+⨯⨯=-= 8.51g/cm 32、利用热膨胀原理，将一根外径为10.00mm 的钨棒与一根内径为9.98mm 的不锈钢环组装在一起. 将不锈钢环加热到一定温度后取出，在室温（20℃）下迅速与钨棒组装. 为了保证能够组装，至少应加热至多高温度？（钨的热膨胀系数取4.5×10-6/℃，不锈钢的热膨胀系数取16.0×10-6/℃）解：根据热膨胀系数定义式有：α=∆⨯-T D D D f 00在组装时，不锈钢环的温度为T f1，内径为D c ，钨棒的温度为T 0=20℃，外径为D r ；D c = D r = 10.00mm 。
则有：600100.16)20(98.998.900.10-⨯=-⨯-=∆⨯-f f T T D D D 则：3.14520100.1698.998.900.106=+⨯⨯-=-f T℃热学性能课堂练习（一）1. 试画出典型的无机非金属材料（如氧化铝陶瓷）摩尔热容随温度的变化曲线，并简述在不同温度范围内热容随温度变化的规律. 典型的金属材料热容与温度的变化规律有何不同？为什么？答：（图略，注意横纵坐标内容，以及是否表现出平台值3R ）在低温区域，C V ,m ∝T 3（德拜三次方定律）；在德拜温度附近C V ,m 趋近于一常数3R ，符合杜隆-珀替定律。
典型的金属材料在极低温区（几K ），C V ,m ∝T ；在比德拜温度高得多的高温区，C V ,m >3R 平缓上升。
因为在这些温区，金属中的原子对热容的贡献趋于稳定，而大量自由电子对热容的贡献表现得较为明显。
2. 氧化铝的比热为750J/K·kg ，氧化镁为940J/K·kg ，试估算镁铝尖晶石（Al 2O 3·MgO ）的比热.（摩尔质量: Al-27.0, O-16.0, Mg-24.3）解：氧化铝摩尔质量为0.10230.1620.27=⨯+⨯，氧化镁摩尔质量为3.400.163.24=+根据复合材料比热公式，镁铝尖晶石的比热为：kg K J g c g c c Mg Mg Al Al MgAl ⋅=+⨯++⨯=⨯+⨯=/8.8033.400.1023.409403.400.1020.102750 或者：（根据化合物摩尔热容公式计算如下：氧化铝摩尔热容molK J M c C Al Al Al ⋅=⨯⨯=⨯=-/5.760.102107503氧化镁摩尔热容molK J M c C Mg Mg Mg ⋅=⨯⨯=⨯=-/9.373.40109403 则镁铝尖晶石摩尔热容mol K J C C C Mg Al MgAl ⋅=+=+=/4.1149.375.76，化为比热kgK J M C c MgAl MgAl Mg ⋅=⨯==/9.80310)3.142/4.114(/3） 3. 利用双球模型，请简述晶体热膨胀的物理本质.答：固体热膨胀的物理本质可归结为点阵结构中质点间平均距离随温度升高而增大的结果。
晶格热振动实为非简谐振动，相邻质点间作用力是非线性的，即质点在平衡位置r 0两侧的受力是不对称的：两质点相互靠近时，斥力随位移增大得较快；两质点相互远离时，引力随位移增大得较慢。
所以质点振动时的平均位置就不在平衡位置r 0处，而要大于r 0。
温度越高，振幅越大，质点在r 0两侧受力的不对称情况越显著，振动平均位置比r 0越来越大，即晶格间距越来越大，宏观变现为晶体的热膨胀。
4. 日用瓷釉层的热膨胀系数与坯体相比，应满足什么条件？为什么？答：釉的热膨胀系数应略小于坯体的热膨胀系数。
因为在冷却过程中釉层与坯体热膨胀系数不一致会产生热应力。
若坯体的热膨胀系数小于釉的，则在釉层中会产生张应力，易导致裂纹；而坯体的热膨胀系数大于釉时，釉层中受到的是压应力。
釉是脆性材料，较耐压而不耐张，所以釉的热膨胀系数略小于坯体为宜。
但若偏小过多，也容易产生釉层缺陷。
热学作业（三）1. 试绘制典型的玻璃及晶体材料在10~2000K范围内的热导率随温度变化的关系曲线，并解释为什么玻璃的室温热导率常常低于晶体材料几个数量级.答：（图略，注意晶体材料应出现峰值，玻璃材料没有）。
因为玻璃材料为近程有序、远程无序结构，其可视为尺寸仅有几个晶格间距的极细晶粒组成的“晶体”，因而其声子热导的平均自由程最大值与最小值数量级相近，均为晶格间距大小。
而晶体材料远程有序，其声子热导的平均自由程在低温下达到最大值，为晶粒尺寸，在高温下减小至最小值，为晶格间距大小。
室温下，晶体的声子平均自由程尚未减小至最小值，仍比晶格间距大若干数量级。
根据l v C ⋅⋅=λ，在热容C 和声子平均速度v 相近的情况下，晶体中声子的平均自由程l 比玻璃中的要大几个数量级，故热导率也相应高出几个数量级。
2. 某氧化铝陶瓷的密度为3.5g/cm 3，请估算其导热系数.（氧化铝密度为3.9g/cm 3，导热系数为39.0W/m·K ） 解：%3.109.35.311=-=-=⋅-==d p dp air V V V V Vp ρρρρ （或：d ppd p p d p a i r m m m V Vp ρρρρρρρρ-=-=-==1111）简单估算：%)3.101(0.39)1(-⨯=-⋅=p s λλ= 35.0W/m·K（采用更精确一些的计算公式：103.05.01103.010.3921112111⨯+-⨯=+-⨯=+-⨯=p p V V s d d c λλλ= 33.3 W/m·K ）热学性能课堂练习（二）1. 为什么金属材料的热导率通常远高于陶瓷材料？而致密陶瓷的热导率又比多孔陶瓷材料的高？答：金属和陶瓷材料都具有声子热导，而金属中还存在大量的自由电子，其质量极小，易于移动，可迅速地实现热量传递，对热导率贡献很大；陶瓷材料则以声子热导为主（即主要以晶格波为热量传递的手段），其运动速度比自由电子慢得多，故陶瓷材料的热导率远低于金属材料。
多孔陶瓷中含有较多的气孔。
气体的热导率远小于固体材料，可近似视为0。
在没有对流传热的情况下，气孔相比例越高，则材料的热导率越低。
同时，气孔相的存在也会使声子热导的平均自由程减小，进一步降低热导率。
2. 简述影响陶瓷材料抗热震性能的因素主要有哪些？采取哪些措施可以改善陶瓷材料的抗热震性能？答：影响抗热震性能的力学性能方面的因素有：抗张强度、弹性模量、泊松比、断裂韧性等，热学性能方面的因素有：热导率、热膨胀系数、比热，其他方面的因素包括：材料表面散热率、制品尺寸形状、微观结构（如微裂纹等）。
改善陶瓷材料的抗热震断裂性能可以采取以下措施：提高抗张强度、热导率，降低弹性模量、热膨胀系数，减小材料表面散热率，减小制品尺寸等；改善抗热震损伤性能，则须提高弹性模量、热导率，降低抗张强度、热膨胀系数，减小材料表面散热率，减小制品尺寸，引入适量的微裂纹等。
3. 有一厚16mm的致密陶瓷板（形状因子为1）因工艺需要，须能承受80℃/s的降温速度.请根据下表，通过计算判断何种材料适用于该陶瓷板的制备.解：22max 31)1(3'')(m p f mr c E r R dt dT ⨯⋅⨯⨯-=⨯=-ρλαμσ Al 2O 3：231)1()(32mp f O Al r c E dtdT ⨯⋅⨯⨯-=-ρλαμσ233696)2/1016(3600100.4133105.810420)22.01(10150--⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯-⨯⨯== 21.1 ℃/s （4105.4''-⨯=R ）SiC ：231)1()(mp f SiC r c E dt dT ⨯⋅⨯⨯-=-ρλαμσ233696)2/1016(3580102.3184105.410450)14.01(10120--⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯-⨯⨯== 108.1 ℃/s （3103.2''-⨯=R ）故应选用SiC 陶瓷制备。