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.
材料科学与工程基础作业讲评-6
(a) Determine the elastic and plastic strain values. 弹性变形应变数值大约: 弹性变形应变数值大约:0-0.0015, , 塑性变形: 塑性变形:>0.0015
(b) If its original length is 460 mm (18 in.), what will be its final length after the load in part a is applied and then released? E=slope=σ/ε=(σ2-σ1)/(ε2-ε1)=(300σ/ )=(3000)MPa/(0.00130)MPa/(0.0013-0)=231GPa σ=F/A0=F/(a*b) =33400N /(19*3.2mm2)=549.3MPa 图中可知,在该应力时的总应变为ε 图中可知,在该应力时的总应变为ε总= 0.005, 最大弹性为: 最大弹性为: ε弹= 0.0015 去除应力后弹性应变回复,故长度为: 去除应力后弹性应变回复,故长度为: l0 *(1+ ε总 - ε弹 )= 460 *(1+ 0.005 – 0.0015 ) *(1+ =461.61 mm
σ=F/A0=F/(πd02/4) =24500N /(3.14*102 =F/(π mm2/4)=312 MPa, 因此从屈服强度来看,只有Steel 因此从屈服强度来看,只有Steel alloy and Brass alloy才有可能. alloy才有可能 才有可能. 另外: 另外: ε= l /l0=0.9mm/380mm=0.00237 σ =E ε,E=σ/ε =312MPa/0.00237=131MPa, 因此,l 因此, <0.9mm, E 必须 >大于131MPa, 因 大于131MPa, alloy合适 合适. 此Steel alloy合适.
安徽农业大学材料科学与工程基础试卷
安徽农业大学材料科学与工程基础试卷复习思考题一、填空题1、《电气学科课程与教学论》以电气学科教学课程为主要研究对象。
2、《电气学科课程与教学论》教学目的之一是，让学生掌握分析和处理电气学科教材的基本方法,并具备一定选择教材内容、教学模式和教学方法的能力。
3、电气学科教学的形成视作一个系统，这个教学系统由学生（主体）、教师（主导）、教材（客体）三个要素共同组成。
4、从教学相长的观点看.教师既是知识信息的传播者，又是知识信息的接收者。
5、必须并使教学系统功能最佳，必须并使学生（主体）、教师（主导）、教材（客体）这三者女团最佳。
6、传授知识与发展智能的最佳结合,即让学生通过电气学科教学过程，能借已已有的知识回去以获取新知.并使自学沦为一种思索活动。
7、所谓"两全一化"，即面向全体学生，让每个学生都能全面发展，使学生具有健康活泼的个性化。
8、存有目的、存有计划地在不作外来因素阻碍的情况下，观测教学过程中各种因素的变化以及它们之间的相互影响.这在课程与教学学说中称作科学观测。
9、通过访问、座谈和问卷方式向熟悉研究对象的当事人甚至第三者了解情况,从而了解教学过程中的实际情况.弄清事实、发现问题,这在课程与教学论的研究中称为科学调查。
10、科学调查通常必须经历准备工作、实施、整理、总结这四个步骤。
11、运用人工控制某些变量，创建实验条件，对教学过程展开研究的方法称作科学实验。
12、在运用科学思维方式研究教学过程时,应注意:学科理论、观察和实验自身的性质不随教师、教材编写者、时间及地点的不同而改变,而教师在实践中积累起来的教育与教学经验则可能因人而异。
13、电气学科研究所特别强调的能力存有：观测与实验、科学思维、分析问题和解决问题,除了自学与创新能力。
14、科学实验特点中,最明显的特点就是：可以提纯研究对象，还可以加强研究对象。
15.如果某物理现象在第一个场合发生.在第二个场合不发生,这两个场合只有一个条件相同，这条件就是该现象出现的原因，这在因果联系归纳法中称作 Geaune法。
材料科学与工程专业基础课材料物理教学改革研究
材料科学与工程专业基础课材料物理教学改革研究作者：宗鹏安冯晓东熊震来源：《高教学刊》2024年第24期摘要：材料物理是面向南京工业大学材料科学与工程专业学生开设的一门专业基础课。
为顺应新时代国家人才需求，助力学生理解、掌握专业知识和技能，使其拥有解决复杂工程问题的能力，引导学生坚持正确的政治导向和价值取向，教学团队在课程内容设计与资源建设、教学内容与组织实施上进行一系列改革，不仅强调对基础理论知识的把握，致力培养学生解决复杂工程问题的能力，同时还注重思想政治元素的融入，取得较好的教学改革成效。
该文对课程教学改革举措进行分析，以作参考。
关键词：材料物理；教学改革；课程思政；立德树人；复杂工程问题中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：2096-000X（2024）24-0152-04Abstract： "Materials Physics" is a fundamental course offered to students majoring in Materials Science and Engineering at Nanjing University of Technology. In response to the demands of the new era for national talents and to help students understand and master professional knowledge and skills， enabling them to possess the ability to solve complex engineering problems and guiding students to adhere to the correct political orientation and values， the teaching team has carried out a series of reforms in the design of course content， resource development， teaching organization，and implementation. These reforms not only emphasize grasping fundamental theoretical knowledge but also aim to cultivate students' ability to solve complex engineering problems， while also paying attention to the integration of ideological and political elements， achieving significant effectiveness in teaching reform. This article analyzes the measures of curriculum teaching reform for reference purposes.Keywords： Material Physics; teaching reform; curriculum ideology and politics; fostering virtue through education; complex engineering problems材料科學与工程专业是南京工业大学的国家级特色专业之一，而始创于2006年的材料物理课程则是该专业的核心专业课程之一。
《材料工程基础》教学大纲
《材料工程基础》教学大纲材料工程基础教学大纲1.课程概述1.1课程名称：材料工程基础1.2学时：36学时1.3学分：2学分1.4课程性质：专业课1.5先修课程：无2.课程目标2.1了解材料科学与工程的基本概念和理论；2.2掌握常见工程材料的性质和应用；2.3学习材料加工和性能测试的基本原理；2.4培养学生的分析和解决问题的能力。
3.教学内容3.1材料科学与工程基础3.1.1材料工程的概念和发展历史3.1.2材料结构和性能的关系3.1.3材料的分类及其特点3.2金属材料3.2.1金属晶体结构与力学性能3.2.2金属材料的热处理3.2.3金属材料的腐蚀与防护3.3陶瓷材料3.3.1陶瓷结构和性能3.3.2陶瓷的制备和加工3.3.3陶瓷材料的应用3.4高分子材料3.4.1高分子的结构和性质3.4.2高分子材料的加工与应用3.5复合材料3.5.1复合材料的基本概念和分类3.5.2复合材料的制备和应用3.6材料加工和性能测试3.6.1材料的塑性变形和断裂3.6.2材料的热处理工艺3.6.3材料的力学性能测试4.教学方法4.1讲授与实践相结合，充分利用实验室实践环节，加强学生的动手能力；4.2借助多媒体技术，使用PPT、视频等辅助教学手段；4.3鼓励学生参与讨论和互动，培养学生的独立思考和问题解决能力。
5.评价方式5.1平时成绩（包括作业、实验报告等）占50%5.2期末考试占50%6.参考教材6.1《材料科学基础》孙洪武等主编6.2《材料制备科学与工程》王东树等主编6.3《材料加工与表征》吴奕之等主编7.教学进度安排第1-2周：课程介绍，材料工程的概念和发展历史第3-4周：金属材料的结构和性能第5-6周：金属材料的热处理第7-8周：金属材料的腐蚀与防护第9-10周：陶瓷材料的结构和性能第11-12周：陶瓷材料的制备和加工第13-14周：高分子材料的结构和性质第15-16周：高分子材料的加工与应用第17-18周：复合材料的基本概念和分类第19-20周：复合材料的制备和应用第21-22周：材料的塑性变形和断裂第23-24周：材料的热处理工艺第25-26周：材料的力学性能测试第27-28周：复习与总结第29-30周：作业布置与完成第31-32周：实验报告撰写与提交第33-34周：期末考试复习第35-36周：期末考试以上就是《材料工程基础》课程的教学大纲，旨在通过系统性的教学内容和多样化的教学方法，培养学生的材料科学与工程素养，提高学生的综合能力。
《材料科学学与工程基础》教学大纲
《材料科学学与工程基础》教学大纲一、课程基本信息课程名称（中、英文）：《材料科学与工程基础》（Fundations of Materials Science and Engineering ）课程号（代码）：30004030课程类别：专业基础课学时：48 学分：3二、教学目的及要求材料科学是六十年代初期创立的研究材料共性规律的一门学科，其研究内容涉及金属、无机非金属和有机高分子等材料的成分、结构、加工同材料性能及材料应用之间的相互关系。
材料科学、材料工业和高新技术的发展要求高分子材料与工程专业的学生必须具备“大材料”基础和“中材料”专业的宽厚知识结构。
本课程详细阐述高分子材料、金属材料、无机非金属材料、复合材料等。
从材料科学与工程的角度出发，说明各种材料的共性规律及个性特征。
使学生从原理上认识高分子材料的基本属性，及其在材料领域中的地位和作用。
三、教学内容（含各章节主要内容、学时分配，并红字方式注明重点难点）第一章绪论（1学时）简要介绍材料的定义及分类，材料科学与工程的基本内容。
使学生对本课程的学习内容和学习方法建立整体概念。
要点：材料的定义、分类材料科学与工程的定义、性质、重要性（举例）课程学习的目的、方法、要求第二章物质结构基础（15学时）按照从微观到宏观、从内容到表面、从静态到动态、从单组分到多组分的顺序，阐述原子结构、原子间相互作用和结合方式，与固体内部和表面原子的空间排列状态、聚集态结构及变化规律之间的相互关系。
使学生对材料组成（成分）与物质结构的内在联系有较系统、深刻的理解。
1、原子结构及原子之间相互作用、结合及排列（3学时）要点：物质与材料的区别四个量子数的物理意义原子中电子壳层数目、电子填充方式和原则、表达方式电子能级及电子的稳定性原子间相互作用的内在因素和结合类型与性质原子的间距和半径，空间排列状态及配位数键性与键能2、多原子体系中电子的相互作用与稳定性（2学时）要点：原子杂化轨道的类型及空间图形分子轨道的意义、类型及空间图形能带、能隙、带宽等基本概念、导体、绝缘体、导体的能带特点费米能级的基本概念、费米分布的特点和分布函数3、固体中的原子有序（3学时）要点：对称图形和对称操作点阵的意义和特点晶胞的表示和定位、晶系和空间点阵型式晶向、晶面的表示及其指数的计算晶面间距及测定、公式（2-45、2-48）晶体结构与键合性质的关系面心立方、体心立方、密排六方晶体的主要参数和计算方法（点阵常数、晶胞中原子数、致密度、密度、原子间距、配位数；间隙类型、数量和大小）离子晶体的配位数和晶格类型4、固体中的原子无序（3学时）要点：固溶体的概念、分类及典型结构特点点缺陷的主要类型，金属晶体中的空位计算棱位错和螺旋位错的特征和区别、位错线与柏格斯矢量非晶体的结构模型、分布函数及其图形体积扩散机制、扩散激活能和FICK第一定律、公式（2-80、2-81）5、固体中的转变（2学时）要点：四种转变类型及特点一级相变和二级相变的数学表达式及物理意义相律和相图，公式（2-90）二元相图（匀晶、共晶）：特征点、线、区域的意义杠杆法则及计算公式（2-94）6、固体物质的表面结构（1学时）要点：表面张力和表面能的概念表面结构特点与成因表面能与表面特性的关系润湿过程的种类及公式（2-107、2-108、2-109、2-115）粘附公式（2-121）7、小结（1学时）归纳、讨论第二章基本概念和作业中的问题第三章材料的组成及结构（8学时）从材料的组成（成分）入手，详细阐述高分子材料、金属材料、无机非金属材料，及其多相多组分复合材料的聚集态结构和宏观组织结构特点。
材料科学与工程基础习题评讲PPT学习教案
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)
第22页/共59页
3.61* Sketch within a cubic unit cell the following planes:
a
第23页/共59页
3.61* Sketch within a cubic unit cell the following planes:
a
b
c
第24页/共59页ຫໍສະໝຸດ dfeg h
第25页/共59页
3.62 Sketch the atomic packing of (a) the (100) plane for the FCC crystal structure, and (b) the (111) plane for the BCC crystal structure (similar
（6）羰基中C、O间的原子键合 C sp2杂化
第10页/共59页
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 CN=8 R = r+/0.732=0.133/0.732 = 0.182 nm
l ＝0 corresponds to an s subshell l ＝1 corresponds to a p subshell l ＝2 corresponds to a d subshell l ＝3 corresponds to an f subshell For the K shell, the four quantum numbers for each of the two
材料科学基础之《晶体缺陷》讲解
材料科学基础之《晶体缺陷》讲解作者：曹梅青谢鲲夏鹏成岳丽杰来源：《科技视界》 2014年第28期曹梅青谢鲲夏鹏成岳丽杰（山东科技大学材料科学与工程学院，山东青岛 266590）【摘要】材料科学基础课程中的《晶体缺陷》内容是学生较难理解的内容，学好本章内容对学生掌握材料科学基础课程具有十分重要的作用。
文章详细介绍了如何讲解点缺陷、线缺陷和面缺陷，通过举例式教学配合播放动画视频，提高了学生学习兴趣，增强了学习效果。
【关键词】晶体缺陷；点缺陷；位错；面缺陷0 前言材料科学基础是金属材料专业一门重要的专业基础课，也是该专业学生接触到的第一门专业课，它对构建金属材料专业知识体系和后续专业课的学习具有非常重要的作用。
“晶体缺陷”在《材料科学基础》课程中占据非常重要的地位，它与晶体结构紧密相连，又是“材料的形变与再结晶”章节学习的基础，起到承上启下的作用。
该部分内容涉及到的为抽象的晶体内部微观内容，学生理解起来非常困难，是历届学生反映最难理解掌握的章节，清楚讲解晶体缺陷内容对学生掌握材料科学基础课程具有非常重要的作用。
1 点缺陷讲解点缺陷是指在结点上或邻近的微观区域内偏离晶体结构的正常排列的一种缺陷[2]。
包括空位、间隙原子和置换原子等。
点缺陷的存在提高了材料的电阻，加速原子扩散，改变材料的力学性能，还会形成其它的缺陷。
点缺陷内容较易理解，在讲解点缺陷时配合播放FLASH动画视频，使学生能够理解几种点缺陷的形成、分类。
点缺陷的存在会产生晶格畸变，使体系能量升高，称为晶格畸变能，当有空位存在时其周围为拉应力场，这时候可以给学生举排方队的例子，假如所有学生都排好了队列，突然有一个学生跑到了方队之外，这就是肖脱基空位，这时候缺位的同学周围就显得松散，方队队形破坏；假如该同学挤到其他同学中间就是弗兰克尔空位。
讲解置换原子时也可以举学生排方队的例子，尺寸比溶剂原子大的置换原子产生的是压应力场，就好像本来方队同学的身材都差不多，这时候有一个大胖子替换了其中一名同学，这时候他周围的同学的间距就会缩小，产生一压应力场，队列破坏，反之，如果是尺寸小的置换原子就像一名小朋友替换了其中的同学，周围间距会变大，产生拉应力场，队列也会破坏。
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（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: