2009材料物理性能试卷A答案

湘潭大学2009年下学期2007级

《材料物理性能》课程考试试卷（A卷）答案

一、填空（38分）

1、固体无机材料的物理性能主要包括电、介电、光、热、力、声、辐照、磁等方面的性能（答

出其中任意六个即可，每个0.5分，共3分）；

2、电阻产生的本质是晶体点阵的完整性遭到破坏的地方，电子波受到散射（2分）；

3、压电体具有的最典型晶体结构特征是无中心对称结构（2分）；

4、电容器的电流由理想电容器所造成的电流；电容器真实电介质极化建立的电流；电容器真实电介质漏电流三部分构成（3分，填对黑体字部分就可得分）；

5、光子与固体之间的相互作用的二种结果：电子极化和能级跃迁（或者是电子能态转变）（2分）；

6、彩色光的三个基本参量是亮度、色调、色饱和度（3分）；

7、光磁记录时可以采用居里温度写入和补偿湿度写入两种不同温度下的写入方式（2分）；

8、激光器是光波谐振器，由光波放大器（或激光工作物质）、谐振腔、泵浦系统三部分构成，激活离子的作用是提供亚稳态能级（4分）；

9、物质的磁性可分为顺磁性、铁磁性、抗磁性三类（3分）；

10、技术磁化可以通过磁畴的旋转和磁畴壁的迁移两种形式进行（2分）；

11、电介质的击穿有电击穿、化学击穿、热击穿三种模式（3分）；

12、减少退磁能是产生分畴的基本动力，但却增加了畴壁能（2分）；

13、赛贝克效应和珀尔贴效应热电效应互为可逆热电效应（2分）；

14、固体热容包括晶格热容、电子热容两部分（2分）；

15、德拜温度是反映原子间结合力的重要物理量（1分）；

16、固体中的导热主要是由晶格振动的格波（声子）和自由电子的运动来实现（2分）。

二、概念理解（15分）

移峰效应与展峰效应:移峰效应：在铁电体中引入某种添加物使生成固溶体，以改变原来的晶胞参数和离子间的相互联系，使其居里温度向低温或高温方向移动的效应。展宽效应：为了提高铁电体材料在常温范围的介电常数，通常是采用移峰效应，把铁电体的居里温度室常温附近，但铁电体在居里点附近的介电常数随温度的变化率太大，不能用来制造要求比较稳定的电容器。为减少居里点处介电常数随温度的变化率，常在铁电陶瓷中加入某种添加剂，使居里点展宽，从而使介电常数随温度的变化比较平缓（4分）

退磁场与退极化场：（4分）

退极化场，当电介质极化后，在其表面形成了束缚电荷，这些束缚电荷形成一个新的电场，由于与电场方向相反，故称为退极化场。退磁场：当铁磁体表面出现磁极后，除在铁磁体周围空间产生磁场外，在铁磁体的内部也产生磁场，这一磁场与铁磁体的磁化强度方向相反，它起到退磁的作用，故称退磁场。（退磁场与退极化场并无相互联系，各2分共4分）

磁织构：在材料中大批的晶粒因某种因素而取向一致，则称为织构（1分），如果该织构导致磁化特征一致（2分），我们称这种织构为磁织构。（共3分）

滞弹性和粘弹性：实际固体材料的应变产生与消除需要有限时间，无机材料的这种与时间有关的弹性称为滞弹性；有一些非晶体或多晶体在比较小的应力作用下可同时表现出弹性和粘

性，称之为粘弹性（。（4分, 要求表达出应力或应变与时间的关系，由于表述的方式不同，可以有不同的回答方式）

三、简答题。（33分，）

1、无机固体材料的结构包括哪些内容。（4分）

材料的结构包括：原子结构、原子间的结合状态、键型或电子结构、晶体结构、相的体系及其结合，它们尺寸因素各类缺陷的存在及分布等。

2、举例说明电阻测量的应用，要求至少5例。（5分）

答：建立相图、测量固溶度、测量合金时效、合金的有序无序转变、淬火钢的回火、疲劳过程的研究、磁性转变等（答案不唯一，任意回答出四条即可，要求需要对每一条应用作简要说明，而不是简单列举出几条应用）

3、作图说明n型掺杂、p型掺杂半导体的能带特征。（要求对能带图标出价带顶、导带底、

施主能级、受主能级（6分）

4、产生磁性和铁磁性的条件分别是什么？（6分）

答：材料的磁性来源于原子磁矩（1分）。原子磁矩包括电子轨道磁矩、电子自旋磁矩和原子核磁矩（2分）铁磁性产生的条件：1、原子内部要有未填满的电子次壳层；（1分）2、点陈与电子轨道半径r之比v>3使交换积分A为正。（1分）前者指的是本征磁矩不为零，常数R

ab

后者指的是要有一定的晶体结构。（1分）

5、举出至少四种日常生活中常见的可作为照明的光源形式，并简要说明其发光原理。（6分）

A、火焰，热致发光

B、白炽灯，热致发光

C、半导体激光器，电子与空穴复合发光

D、日光灯，光致发光

E、高压汞灯气体放电发光

F、卤化物灯气体放电发光

G、氙灯

H、太阳

（此题答案不唯一，每项1.5分，该题具有一定主观性，但答案也基本上只能从上面几个方面去回答，但应该是生活中常见的例子。考查目的是要求学生能够将学习的知识运用到生活常识上。）

6、简述电介质的极化机制（6分）

答：A，位移极化，正负电荷中心发生相对位移形成电偶极矩；B，松驰极化松弛质点由于热运动使之分布混乱，电场力使之按电场规律分布，在一定温度下发生极化，如电子由低能级跃迁到高能级；C、取向极化具有恒定偶极矩的极性分子在外加电场作用下，偶极子发生转向，趋于和外加电场方向一致，与极性分子的热运动达到统计平衡状态，整体表现为宏观偶极矩；D，空间电荷极化在不均匀介质中，如介

质中存在晶界、相界、晶格畸变、杂质、气泡等缺陷区，都可成为自由电子运动的障碍，也是阻碍电介质材料被击穿的壁垒。在障碍处，自由电子积聚，形成空间电荷极化，一般为高压式极化。

四、以BaTiO3的晶体结构（要求能够画出其晶胞并略作说明）为例，说明其具有压电性的原因。（7分）

答：晶胞结构如左图。在温度低于居里温度时，位于体心Ti4+

实际上偏离体心位置（表达出这个意思得2分），这样导致正离

子偏离电荷中心，形成电偶极矩，表现为自发极化，故而具有

压电性。

作图3分，表达出c/a>1得1分（共7分）

五、请说明我们用得最多的且每天时时与之打交道的热性能人工材料是什么，这种材料的热性能是如何体现出来的？这种材料还具有哪些其它常见的物理性能，这些物理性能又是如何体现的？（7分）

答：衣料或布料（1分，这个答案是确定的）

力：使织物成为一个整体（力学性能方面2分）

热：隔热（表明衣料的声子能量大，导电性差，所以能量不能通过自由电子形成有效传输），透气（热学性能方面2分）

光：隔光(对可见光的吸收作用和反射作用)、显色（对特定波段的光反射加强，主要是吸收别的光后通过声子驰豫将光转变成特定波长的光，如白色则因为衣料对几乎所有光的反射作用一致，而黑色则表示衣料对所有的光都有很强的吸收）（光学性能方面2分）

此题没有标准答案（后面三项主要看学生的知识运用）

说明：该题主要考查学生对材料、材料性能的理解以及学生对该学科知识的思辩能力，所以这道题没有标准答案。该题第一问本应是有确定答案的，但考虑到每人考虑的角度不同，所以要求，能够回答出一种热材料即可，只要是不过于牵强，均可酌情给分。但回答衣料之外的其它材料者，不能够得满分。学生需要回答出除热性能外其它三个方面的性能，每个方面2分。