材料科学与工程基础习题评讲-1
《材料科学基础》课程教学大纲
《材料科学基础》课程教学大纲课程编号：08061211课程名称：材料科学基础英文名称：Fundamental of Materials Science课程类型：学科基础课课程要求：必修学时／学分：88／5.5 （讲课学时：80 实验学时：8 上机学时：0）适用专业：材料成型与控制工程；焊接技术及工程；金属材料工程；无机非金属材料工程一、课程性质与任务《材料科学基础》是材料科学与工程学院各专业学生学习和掌握材料的成分、组织结构与性能间的关系及其变化规律，特别是固体材料的结构、晶体缺陷、平衡相图、凝固和原子扩散过程诸方面的基本概念和基础理论，以及有关的加工工艺对材料的组织结构和性能的影响规律的学科基础课，也是学生将来学习专业课程的理论基础。
本课程在教学内容方面着重基本知识、基本理论和基本规律等方面的讲解；在培养实践能力方面着重试样的选取与制备及显微组织的观察等基本方法的训练，使学生熟悉材料科学的相关基础知识，为后续专业课程的学习以及将来解决材料的生产、加工等问题和探索新材料、新技术、新工艺打下比较系统而坚实的理论基础。
二、 课程与其他课程的联系选修课：大学物理，材料物理化学本课程是在学习了大学物理、材料物理化学等课程后方能学习本课程；该课程也是学习后续专业课程的理论基础。
通过该课程的学习，使学生掌握材料的成分、组织结构与性能间的关系及其变化规律，从而为进一步深入学习材料科学与工程学院各专业的专业课程奠定基础，并且理论结合实践，使其有机的结合起来，形成一个完整的系统的专业学科基础理论体系。
三、课程教学目标1．学习并掌握常见的晶体结构与材料的相结构、晶体缺陷及固态材料中的原子扩散、材料的凝固、二元相图及塑性变形等基本知识，使学生在材料方面具有扎实的基础理论知识，了解并掌握金属材料产品由不同工艺形成的组织特征，具有开发和选用新材料的能力和工程实际应用的能力；（支撑毕业能力要求1.1、1.2）2．培养学生的工程实践学习能力，使学生掌握观察材料显微组织的实验方法，获得实验技能的基本训练，具有查阅有关技术资料的能力；（支撑能力毕业要求2.1、2.3）3．培养学生对金属材料的各类物理现象、特性进行研究并通过实验验证的能力。
作 业 评 讲中国矿业大学材料科学基础课后习题讲解_ppt课件
Ld’中:
4.3 2.11 47.8% 6.69 2.11
共晶Fe3C
W%
Fe3CⅡ
W%
2.11 0.77 (1 0.478) 11.8% 6.69 0.77
共析Fe3C
W%
0.77 0.0218 (1 0.478 0.118) 4.53% 6.69 0.0218
Ⅱ的相：α ＋ β ； mα = 12% ；mβ = 88% Ⅱ的室温组织：β初 ＋ ( α ＋ β )共晶 ； mβ初= 75% ；m( α ＋ β )共晶= 25% （3）mβ初= 52% 。 （4）І组织中不出现βⅡ ，会有离异共晶发生；Ⅱ组织中β 初 将减少，呈树枝状，( α ＋ β )共晶 变细，略有增加。
作 业 评 讲中国矿业大学材 料科学基础课后习题讲解
习题1:
1.
（123）
(P51)
(0 1 2)
[1 02]
[211]
[346]
（421）
2018/11/15
2.计算f.c.c{100}、{110}、{111}面间距
d
a a (100) 2 2
a 2 d (110) a 4 4
2018/11/15
习题5：（P209）
0.01mm
2. 稳态扩散问题: J
30mm
已知: 700℃N在Fe中
D700 4 10 7 cm 2 / s
求:单位时间通过铁膜片的 N原子总量。
1000 mol/m3 100 mol/m3
dc Q A J A D 2.54 10 6 mol / s dx 1.53 1018 个N原子 / s
材料科学基础教案模板范文
课时安排：2课时教学目标：1. 知识目标：（1）了解材料科学的基本概念和发展历程。
（2）掌握材料的分类及其特点。
（3）熟悉常见材料的性能与应用。
2. 能力目标：（1）培养学生分析问题和解决问题的能力。
（3）提高学生的实验操作技能和团队合作能力。
3. 情感目标：（1）激发学生对材料科学的兴趣和热情。
（2）培养学生严谨的科学态度和团队合作精神。
教学重点：1. 材料的分类及其特点。
2. 常见材料的性能与应用。
教学难点：1. 材料性能与结构的关系。
2. 材料在工程中的应用。
教学过程：第一课时一、导入新课1. 提问：什么是材料？材料在我们的生活中有哪些应用？2. 引入材料科学的基本概念和发展历程。
二、讲授新课1. 材料的分类及其特点（1）无机材料：如陶瓷、玻璃、水泥等。
（2）有机材料：如塑料、橡胶、纤维等。
（3）复合材料：如碳纤维、玻璃纤维等。
（4）金属材料：如钢铁、铝、铜等。
2. 常见材料的性能与应用（1）钢铁：高强度、良好的韧性和耐腐蚀性，广泛应用于建筑、汽车、船舶等领域。
（2）塑料：轻便、耐腐蚀、易加工，广泛应用于包装、电子、家具等领域。
（3）陶瓷：耐高温、耐腐蚀，广泛应用于化工、电子、建筑等领域。
三、课堂练习1. 根据材料的分类，举例说明其特点和应用。
2. 分析一种常见材料在工程中的应用，并说明其性能优势。
四、课堂小结1. 总结本节课所学内容，强调材料的分类、性能与应用。
2. 引导学生思考材料科学在现代社会中的重要性。
第二课时一、复习导入1. 回顾上节课所学内容，提问学生对材料的分类、性能与应用的理解。
2. 引导学生思考材料性能与结构的关系。
二、讲授新课1. 材料性能与结构的关系（1）材料的结构对其性能有重要影响。
（2）常见的材料结构有：晶体结构、非晶体结构、多晶体结构等。
2. 材料在工程中的应用（1）材料在航空航天领域的应用：如钛合金、碳纤维等。
（2）材料在生物医学领域的应用：如生物可降解材料、人工器官等。
《材料科学基础》教学大纲
《材料科学基础》教学大纲一、课程基本信息课程名称：材料科学基础课程类别：专业基础课学分：＿____总学时：＿____适用专业：＿____先修课程：＿____后续课程：＿____二、课程性质与目标（一）课程性质《材料科学基础》是材料类专业的一门重要的学科基础课程，它是连接基础科学与工程应用的桥梁。
通过本课程的学习，学生将掌握材料科学的基本概念、基本理论和基本方法，为后续专业课程的学习和从事材料科学与工程领域的研究、开发和应用工作奠定坚实的基础。
（二）课程目标1、知识目标（1）掌握材料的晶体结构、晶体缺陷、相图、扩散、相变等基本概念和基本理论。
（2）熟悉材料的力学性能、物理性能、化学性能等与材料结构和组织的关系。
（3）了解材料科学领域的最新研究成果和发展动态。
2、能力目标（1）具备运用材料科学的基本理论分析和解决材料工程实际问题的能力。
（2）能够进行材料的成分设计、工艺设计和性能预测。
（3）具有查阅相关文献和资料，获取新知识和新信息的能力。
3、素质目标（1）培养学生的科学思维方法和创新意识。
（2）增强学生的工程意识和实践能力。
（3）提高学生的综合素质和社会责任感。
三、课程内容与要求（一）晶体结构1、晶体学基础（1）掌握晶体的基本概念，如空间点阵、晶胞、晶格常数等。
（2）熟悉晶体的对称性和晶体的分类。
2、金属的晶体结构（1）掌握常见金属的晶体结构类型，如体心立方、面心立方和密排六方结构。
（2）了解金属晶体中的原子堆垛方式和间隙类型。
3、离子晶体结构（1）掌握离子晶体的结构规则和典型离子晶体的结构。
（2）了解离子晶体的配位数和半径比规则。
4、共价晶体结构（1）掌握共价晶体的结构特点和典型共价晶体的结构。
（2）了解共价键的特性和共价晶体的性能。
（二）晶体缺陷1、点缺陷（1）掌握点缺陷的类型，如空位、间隙原子和杂质原子。
（2）熟悉点缺陷的形成能和平衡浓度的计算。
2、线缺陷（1）掌握位错的基本概念，如刃型位错、螺型位错和混合位错。
基于“慕课”平台的《材料科学与工程基础》PBL教学模式
基于“慕课”平台的《材料科学与工程基础》PBL教学模式《材料科学与工程基础》是材料类专业的重要课程之一，涉及到材料的基本理论和工程应用。
在传统的教学模式下，学生主要通过图书、课堂讲解和实验来学习相关知识。
但是这种教学方式难以满足学生对知识深度和广度的需求，也无法激发学生的学习兴趣和主动性。
基于“慕课”平台的PBL教学模式可以为学生创造更加丰富、灵活的学习环境，提高他们的学习效果和学习兴趣。
一、慕课平台的优势1.丰富的学习资源慕课平台上汇聚了众多学习资源，包括视频课程、教材、习题库等。
学生可以通过平台找到丰富的学习材料，满足不同层次学生的学习需求。
2.灵活的学习方式慕课平台支持随时随地的学习，学生可以根据自己的时间、地点安排灵活进行学习。
这种灵活性不仅能够满足学习者的个性化需求，还有利于培养学生的自主学习能力。
3.互动性强慕课平台支持学生与老师之间的互动，学生可以通过在线讨论、问题反馈等方式与老师进行沟通，提高学生的学习效果。
二、PBL教学模式的特点PBL教学模式是一种基于问题或情景的教学方法，通过给学生提出实际问题或情景，激发学生的主动学习和解决问题的能力。
PBL教学模式与传统的教学模式相比，更加注重学生的参与性和合作性，能够更好地培养学生的专业素养和创新能力。
1.问题设计在慕课平台上，老师可以设计与材料科学与工程相关的问题情景，并结合实际案例，让学生在实际问题中进行学习和探索。
老师可以设计一个实际的材料工程案例，让学生通过学习相关理论知识和实验技术，解决相应的问题。
2.学习资源整合老师可以在慕课平台上整合学习资源，包括视频课程、教材、实验指导等，让学生可以根据需求自主选择学习资源进行学习。
老师还可以引导学生分析、整合相关学习资源，激发学生进行自主学习和思考。
3.实践环节设置在PBL教学模式中，实践是非常重要的环节。
老师可以在慕课平台上设计相关实验和案例分析，让学生通过实践来解决相关问题，并在实践过程中提高学生的实践能力和创新能力。
《材料科学与工程基础》习题和思考题及答桉.doc
《材料科学与工程基础》习题和思考题及答案第二章2.1.按照能级写出N、0、Si、Fe、Cu、Br原子的电子排布（用方框图表示）。
2・2.的镁原子有13个中子，11.17%的镁原子有14个中子，试计算镁原子的原子量。
2.3.试计算N壳层内的最大电子数。
若K、L、M、N壳层中所有能级都被电子填满时，该原子的原子序数是多少？2-4.计算O壳层内的最大电子数。
并定出K、L、N、O壳层中所有能级都被电子填满时该原子的原子序数。
2-5.将离子键、共价键和金属键按有方向性和无方向性分类，简单说明理由。
2-6.按照杂化轨道理论，说明下列的键合形式：（1）CO?的分子键合（2）甲烷CH’的分子键合（3）乙烯C2H4的分子键合（4）水HQ的分子键合（5）苯环的分子键合（6）城基中C、。
间的原子键合2.7.影响离子化合物和共价化合物配位数的因素有那些？2-8.试解释表2.3-1中，原子键型与物性的关系？2-9.0°C时，水和冰的密度分别是1.0005 g/cm3和0.95g/cm3,如何解释这一现象？2.10.当CN=6时,K+离子的半径为0.133nm（a）当CN=4时，半径是多少? （b）CN=8时，半径是多少？2-11 .（a）利用附录的资料算出一•个金原子的质量？（b）每mm3的金有多少个原子？（c）根据金的密度，某颗含有10由个原子的金粒，体积是多少？（d）假设金原子是球形（E=0.1441nm）, 并忽略金原子之间的空隙，则10刀个原子占多少体积？（e）这些金原子体积占总体积的多少百分比？12.—个CaO的立方体晶胞含有4个Ca*离子和4个O?-离子，每边的边长是0.478nm, 则CaO的密度是多少？-硬球模式广泛的适用于金属原子和离子，但是为何不适用于分子？14.计算（a）面心立方金属的原子致密度；（b）面心立方化合物NaCl的离子致密度（离子半径r Na+=0.097,心=0.181）；（C）由计算结果，可以引出什么结论？2-15.铁的单位品胞为立方体，品格常数a=0.287nm,请由铁的密度算出每个单位品胞所含的原子个数。
材料科学与工程教案
材料科学与工程教案一、教学目标材料科学与工程是一门涉及材料结构、性能及其应用的学科，该教案的目标是使学生能够理解和应用材料科学的基本原理，掌握材料工程设计和制备的基本方法，并具备解决工程问题的能力。
二、教学内容本教案主要涵盖以下内容：1. 材料科学基础知识：包括材料的分类、结构与性能的关系、相图等。
2. 材料工程设计：介绍材料选型、材料性能测试与评价等。
3. 材料制备与加工技术：包括材料的化学合成、物理制备、表面处理等。
4. 材料性能测试与分析：介绍常用的材料性能测试方法和分析手段。
5. 材料应用与发展：探讨材料科学的前沿领域和应用案例。
三、教学方法本教案采用以下教学方法：1. 讲授与演示相结合：通过教师的讲解与示范，向学生介绍材料科学的基本理论和实践操作。
2. 实验与实践：组织学生进行实验和实践操作，培养学生的实际动手能力和解决问题的能力。
3. 互动讨论：鼓励学生提问与思考，在课堂上进行互动交流，促进学生思维的活跃与深入。
四、教学流程第一课时：1. 导入：通过引入材料科学与工程的相关案例，引发学生对材料科学的兴趣。
2. 知识讲解：介绍材料科学的定义、研究内容和意义。
3. 实例分析：通过实例分析，解释材料结构、性能与应用之间的关系。
第二课时：1. 导入：通过回顾上一课时的内容，激发学生对材料科学的思考。
2. 知识讲解：详细介绍材料的分类和材料性能的评价方法。
3. 实践操作：组织学生进行材料性能测试实验，通过测试结果来评价材料的优缺点。
第三课时：1. 导入：通过引入一个实际工程问题，激发学生对材料应用的兴趣。
2. 知识讲解：讲解材料工程设计的基本方法和流程。
3. 实践操作：要求学生选择合适的材料应用于给定的工程问题，并设计相应的工程解决方案。
第四课时：1. 导入：通过展示材料制备与加工的实际应用，引发学生对材料制备技术的探索。
2. 知识讲解：介绍材料的制备与加工技术，包括化学合成、物理制备和表面处理等。
《材料科学基础教案》PPT课件
1学时 1学时 2学时 3学时 2学时 1学时
教材及教学参考书
1.,《材料科学基础教程》 赵品 XX工业大学出版社 2.《材料科学基础教程习题与解答》 赵品 XX工业大学出版社 3.《材料科学基础》 赵品 XX工业大学出版社 1999年 4.《金属学原理》 刘国勋主编 工业冶金出版社 1980年 5.《金属学》 胡庚祥主编 上海科技出版社 1980年 6.《金属学教程》卢光熙主编 机械工业出版社 1985年 7.《金属学原理》 李 超主编 哈工大出版社 1996年 8.《材料科学基础》 马泗春主编 XX科学技术出版社 1998年 9.《材料科学基础》石德珂主编 XX交大出版社 1995年
第二部分 总纲
• 一、课程性质及教学目的 • 二、课程内容 • 三、与其它课程的关系 • 四、教学对象 • 五、教学时间 • 六、教学地点 • 七、教学指导思想 • 八、教学重点 • 九、教学难点 • 十、教学方法 • 十一、学时分配 • 十二、教学过程 • 十三、实验内容 • 十四、教材及教学参考书
编 XX科学技术出版社 1998年
7《材料科学基础》石德珂主编 XX交大出版社
1995年
讲授内容
1、材料在国民经济中的重要地位与作用 2、材料的分类 3、材料的发展历史 4、材料科学的发展方向 5、本课程的任务与内容
材料在国民经济中的重要地位与作用
材料是用来制造各种有用物件的物质. 它是人类生存与发展、征服和改造自然的物质基础,也是 人类社会现代文明的重要支柱.因此史学家将人类发展分为石 器时代、青铜器时代、铁器时代、水泥时代、钢时代、硅时 代和新材料时代.材料科学的发展及进步成为衡量一个国家科 学技术发展的重要标准.材料科学的发展在国民经济中占有极 其重要的地位,因此,材料、能源、信息被誉为现代经济发展 的三大支柱.
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
（a）directctions in terms of a, b, and c Reduction to integers Enclosure
xyz 0a b/2 c 0 1/2 1
01 2 [012]
direction 2,
Projections Projections in terms of a, b, and c Reduction to integers Enclosure
K: s: 100(1/2); 100(-1/2)
L: s: 200(1/2); 200(-1/2) p: 210(1/2); 210(-1/2); 21-1(1/2); 21-1(-1/2); 211(1/2); 211(-1/2)
M: s: 300(1/2); 300(-1/2) p: 310(1/2); 310(-1/2); 31-1(1/2); 31-1(-1/2); 311(1/2); 311(-1/2) d: 320(1/2); 320(-1/2); 32-1(1/2); 32-1(-1/2); 321(1/2); 321(-1/2); 32-2(1/2); 32-2(-1/2); 322(1/2); 322(-1/2)
SOLUTION Ge : 4 P: 3 Se : 2 Cl : 1
2-6按照杂化轨道理论，说明下列的键合形式：
（1）CO2的分子键合 C sp 杂化 （2）甲烷CH4的分子键合 C sp3杂化 （3）乙烯C2H4的分子键合 C sp2杂化 （4）水H2O的分子键合 O sp3杂化 （5）苯环的分子键合 C sp2杂化 （6）羰基中C、O间的原子键合 C sp2杂化
取决 电荷数——电荷平衡 体积（离子半径） 金属键： 无方向性 球形正离子较紧密堆垛 共价键： 有方向性、饱和性，电子云最大重叠 (b)原子中的每个电子不可能有完全相同的四个量子 数（或运动状态）
2.19 Compute the percents ionic character of the
interatomic bonds for the following compounds: TiO2, ZnTe, CsCl, InSb, and MgCl2 .
2.17 (a) Briefly cite the main differences between ionic, covalent, and metallic bonding.
(b) State the Pauli exclusion principle.
SOLUTION (a) 离子键： 无方向性 球形正、负离子堆垛
xyz a/2 b/2 -c 1/2 1/2 -1 1 1 -2
[11 2]
（b）Plane 1， ∞：1/2 ：∞ ； 0：2：0 ； (020) Plane 2， 1/2：-1/2 ： 1 ； 2：-2：1； (2 2 1)
3.51* Within a cubic unit cell, sketch the following directions:
SOLUTION：
已知：铱FCC的（220） 晶面,2θ= 69.22°;λ= 0.1542 nm； n = 1
SOLUTION
由公式：
已知：TiO2, XTi = 1.5 and XO = 3.5
ZnTe,已知：XZn = 1.6 and XTe = 2.1 ，故，%IC=6.05% CsCl,已知： XCs = 0.7 and XCl = 3.0 ， 故： %IC=73.4% InSb,已知： XIn = 1.7 and XSb = 1.9， 故： %IC=1.0% MgCl2,已知：XMg = 1.2 and XCl = 3.0故： %IC=55.5%
plane A 以（0，1， 0）为新原点 xyz
2/3a -b c/2 2/3 -1 1/2 3/2 -1/1 2/1 3/2 -2/2 4/2
(3 2 4)
plane B ( 2 2 1)
3.61* Sketch within a cubic unit cell the following planes:
a
b
（c）[0 1 2]
（d）[1 3 3]
（e）[1 1 1]
（f）[1 2 2]
（g）[1 2 3]
（h）[1 0 3]
3.53 Determine the indices for the directions shown in the following cubic unit cell:
2.7 Give the electron configurations for the following ions: Fe2+, Fe3+, Cu+, Ba2+, Br-, and S2-.
SOLUTION Fe2+ : 1s22s22p63s23p63d6 Fe3+ : 1s22s22p63s23p63d5 Cu+ : 1s22s22p63s23p63d10 Ba2+ : 1s22s22p63s23p63d104s24p64d105s25p6 Br- : 1s22s22p63s23p63d104s24p6 S 2- : 1s22s22p63s23p6
CN=8 R = r+/0.732=0.133/0.732 = 0.182 nm
第三次作业
3.48 Draw an orthorhombic unit cell, and within that cell a [121] direction and a (210) plane.
3.50 Here are unit cells for two hypothetical metals: a. What are the indices for the directions indicated by the two vectors in sketch (a)? b What are the indices for the two planes drawn in sketch (b)?
2-10 当CN=6时，K+离子的半径为0.133nm (a) 当CN=4时，对应负离子半径是多少？ (b) 当CN=8时，对应负离子半径是多少？
若(按K+半径不变) 求负离子半径, 则：
CN=6 R = r/0.414=0.133/0.414 = 0.321 nm
CN=4 R = r/0.225=0.133/0.225 = 0.591 nm
水冻结时结晶，非球形的水分子规整排列 时受氢键方向性和饱和性的更强限制， 不能更紧密地堆积，故密度变小，体积 增大。
2-7影响离子化合物和共价化合物配位数的 因素有那些？
离子化合物： 体积 电荷
共价化合物： 价电子数 电子云最大重叠
第二次作业
2.18 Offer an explanation as to why covalently bonded materials are generally less dense than ionically or metallically bonded ones.
Direction C xyz
1/3a -b -c 1/3 -1 -1 1 -3 -3
[1 3 3]
Direction D xyz a/6 b/2 -c 1/6 1/2 -1 1 3 -6
[1 3 6]
3.57 Determine the Miller indices for the planes shown in the following unit cell:
2.24，On the basis of the hydrogen bond, explain the anomalous behavior of water when it freezes. That is, why is there volume expansion upon solidification?
(a) FCC: (100) plane (b) BCC: (111) plane
3.81The metal iridium has an FCC crystal structure. If the angle of diffraction for the (220) set of planes occurs at 69.22°(first-order
plane A xyz a /3 b/2 -c/2 1/3 1/2 -1/2 3/1 2/1 -2/1 (3 2 2)
plane B (1 0 1)
3.58 Determine the Miller indices for the planes shown in the following unit cell:
共价键需按键长、键角要求堆垛， 相 对离子键和金属键较疏松
2.21Using Table 2.2, determine the number of covalent bonds that are possible for atoms of the following elements: germanium, phosphorus, selenium, and chlorine.
Direction A: xy z
-2/3a b/2 0c -2/3 1/2 0
-4 3 0 [4 3 0]
4
Direction A: xyz
-2/3 a b/2 0c -2/3 1/2 0 -4 3 0 [4 3 0]
Direction B: xyz
2/3 a -b 2/3 c 2/3 -1 2/3 2 -3 2 [2 3 2]
习题讲解
第一次作业
英文 2.6 Allowed values for the quantum numbers of electrons are as follows: