材料物理 习题与考核

练 习 题

第一章 材料物理基本知识简介

1.一电子通过5 400 V 电位差的电场。

(1)计算它的德布罗意波波长(1.67×10-11m)；

(2)计算它的波数；

(3)计算它对Ni 晶体(111)面(面间距102.0410d -=⨯m)的布拉格衍射角(2°18′)。

2.有两种原子，基态电子壳层是这样填充的(1)1s 2、2s 22p 6、3s 23p 3；(2)1s 2、2s 22p 6、3s 23p 33d 10、4s 24p 64d 10。请分别写出3n =的所有电子的四个量子数的可能组态。

3.如电子占据某一能级的几率为1/4，另一能级被占据的几率为3/4。

(1)分别计算两个能级的能量比费密能高出多少kT ?

(2)应用你计算的结果说明费密分布函数的特点。

图1.37 一束入射的电子波

4.计算Cu 的0F E (2838.510/m n -=⨯。

5.计算Na 在0K 时自由电子的平均动能。(Na 的相对原子质量3322.99, 1.01310kg/m r A ρ==⨯)。

6.已知晶面间距为d ，晶面指数为(h k l )的平行晶面的倒易矢量为*hkl r ，一电子波与该晶面系

成θ角入射(见图l.37)，试证明产生布拉格反射的临界波矢量K 的轨迹满足方程

*||cos ||/2hkl r ϕ=K 。

7.试用布拉格反射定律说明晶体电子能谱中禁带产生的原因。

8.试用晶体能带理论说明元素的导体、半导体、绝缘体的导电性质。

9.过渡族金属物理性能的特殊性与电子能带结构有何联系?

10.试比较非晶态固体电子能带结构与晶态固体能带结构的差异并说明差异产生的主要原因。

11.试用玻璃化转变的自由体积理论解释非晶态高聚物熔体冷却时体积变化的现象。

12.高聚物的流动机理是什么？试说明相对分子量对玻璃化温度和流动温度的影响趋势。

13.为什么增塑更有利于玻璃化温度的降低，而共聚对熔点的影响更大？

14.高聚物的结晶融化过程与玻璃化转变过程有什么本质的不同？高聚物结构和外界条件对这两个转变过程的影响有那些相同点和不同点？

第二章材料的热学性能

1. 计算室温（298K）时莫来石瓷的摩尔热容值，并与杜隆-珀替定律计算的结果比较。

2. 请说明固体材料的热膨胀系数不因内含均匀分散的气孔而改变。

3. 固体材料热膨胀的本质是什么？

4. 试解释为什么玻璃的热导率常常低于晶态固体几个数量级。

5. 根据材料结构定性比较高聚物、金属和无机材料的热容和热导率大小。

6. 提高无机材料热稳定的措施有哪些？

7. 差热分析法对参比物有何要求？

第三章材料的光学性能

1.一入射光以较小的入射角i和折射角r穿过一透明玻璃板。证明透过后的光强系数为(1-R)2。。设玻璃对光的衰减不计。

2.一透明Al2O3板厚度为1mm，用以测定光的吸收系数。如果光通过板厚之后，其强度降低了15％,计算吸收及散射系数的总和。

3.试总结提高无机材料透光性的措施。

4.试述影响折射率的因素。

5. 从波动观点和能量观点，分别解释拉曼散射的“红移”与“蓝移”现象。

6. 弹性散射和非弹性散射有何区别

7. 受激辐射与自发辐射有何区别

8.试述改善乳浊性能的工艺措施。

9.着色剂有几种？试述着色机理。

第四章材料的导电性能

1、铂线300K时电阻率为1×10-7Ω·m，假设铂线成分为理想纯。试求1000K时的电阻率。

2、镍铬丝电阻率(300K) 1×10-6Ω·m,加热至400K时电阻率增加5%，假定在400K温度以下马基申法则成立。试计算由于晶格缺陷和杂质引起的电阻率。

3、为什么金属的电阻温度系数为正的？

4、试说明接触电阻发生的原因和减小这个电阻的措施。

6、说明一下温度对过渡族金属氧化物混合导电的影响。

7、试说明用电阻法研究金属的晶体缺陷（冷加工或高温淬火）时为什么电阻测量要在低温下进行？

8、试解释不均匀固溶体（K状态）进行冷塑性变形后，其电阻下降的原因

9、合金中形成固溶体和化合物对其电阻如何影响? 固溶体的有序化又如何影响合金电阻?

10.双碱效应和压碱效应对玻璃态无机材料的电导率有何影响？

11、热电偶测量温度的原理是什么？

第五章材料的介电性能

1.一块1cm×4cm×0.5cm的陶瓷介质，其电容为

2.4×10-6μF，tan =0.02，试求介质的相对介电常数和在11 kHz下介质的电导率。

2.绘出典型的铁电体的电滞回线，说明其主要参数的物理意义和造成P-E非线性关系的原因。

3.试说明压电体、热释电体、铁电体各自在晶体结构上的特点。

4.BaTiO3陶瓷和聚碳酸酯都可做电容器，试从电容率、介电损耗、介电强度以及温度稳定性、

经时稳定性、成本等方面比较它们的各自优缺点。

5.以典型的PZT 铁电陶瓷为例，试总结它的介电性、铁电性的影响因素。

6..结合逆压电效应试说明超声马达的工作原理。

第六章 材料的磁学性能

1.试说明以下磁学参量的定义和概念：

磁化强度、矫顽力、饱和磁化强度、磁导率、磁化率、剩余磁感应强度、磁滞损耗、磁各向异性常数、饱和磁滞伸缩系数

2.在磁场作用下，金属离子都产生一定的抗磁性，为何只有部分金属是抗磁金属?

3.试说明Al 、Mg 、Ti 、Nb 、V 、Zr 、Mo 和W 等金属具有顺磁性的原因。

4.试绘出抗磁体、顺磁体、铁磁体、亚铁磁体、反铁磁体的磁化曲线，说明它们的磁化率与温度的关系，磁矩分布有何特点?

5.抗磁性和顺磁性的形成条件和来源是什么?

6.什么是自发磁化? 铁磁性产生的条件是什么?

7.铁磁性参量Ms 、s λ

、K 、TC 、χ、Br 、Hc 、μ等各受哪些因素影响?

8.用杂质理论解释铁磁材料的磁化过程的三个阶段特征。

9.形状各向异性的起因 ? 对铁磁体的磁化曲线有何影响?

10.测量钢中残余奥氏体含量有哪些方法? 磁性法测定钢中残余奥氏体含量有何优点?其依据是什么?

11.试说明用磁性法分析碳钢淬火后回火过程中的组织转变。

第七章 材料弹性变形与内耗

1、用双原子模型解释材料弹性的物理本质。

2、表征材料原子间结合力强弱的常用物理参数有哪些？说明这些参数间的关系。

3、什么是材料的内耗？弛豫型内耗的特征是什么？它同静滞后型内耗有何差异？

4、内耗法测定α-Fe 中碳的扩散（迁移）激活能的方法和原理。

5、表征材料内耗（阻尼）有哪些物理量？它们之间关系如何？