材料物理题库

《材料物理导论》题库

一、选择题

1、下列物理量属于微观量的是【】

A.温度

B.体积

C.速度

D.分子质量

2、将宏观量与微观量联系起来的是【】

A. 普朗克常数

B.密度

C.浓度

D.阿伏伽德罗常数

3、一个量子态可以容纳自旋方向相反的费米子的数量是

【】 A. 一个 B. 两个 C. 无数个 D. 不能确定

4、下列微观粒子属于费米子的是

【】 A.光子 B.电子 C.声子 D.H 原子

5、下列不属于准粒子的是

【】 A.声子 B.激子 C.电子 D.磁子

6、下列哪个粒子属于玻色子

【】 A.质子 B.光子 C.中子 D.电子

7、下列哪种符号表示的是空位缺陷

【】 A.??O V B.?K Ca C.?

i Zn D.Au Cu

8、下列非化学计量化合物属于阳离子缺位型的是

【】 A. y TiO -2 B.O Zn y +1 C. y CaF +2 D. O Fe y -1

9、间隙杂质的主要决定因素是

【】 A.晶体结构类型 B. 体积效应 C. 化学键性质 D. 电价差异

10、所需活化能最小的扩散机制是

【】 A. 空位机制 B. 推填子机制 C. 间隙机制 D. 易位机制

11、关于材料热容的影响因素，下列说法中不正确的是

【】 A. 热容是一个与温度相关的物理量，因此需要用微分来精确定义。

B. 实验证明，高温下化合物的热容可由柯普定律描述。

C. 德拜热容模型已经能够精确描述材料热容随温度的变化。

D. 材料热容与温度的精确关系一般由实验来确定。

12、能增大多晶体的热导率的是

【】 A. 晶粒尺寸大 B. 晶界多 C. 缺陷多 D. 杂质多

13、关于热膨胀，下列说法中不正确的是

【】 A. 各向同性材料的体膨胀系数是线膨胀系数的三倍。

B. 各向异性材料的体膨胀系数等于三个晶轴方向热膨胀系数的加和。

C. 热膨胀的微观机理是由于温度升高，点缺陷密度增高引起晶格膨胀。

D. 由于本质相同，热膨胀与热容随温度变化的趋势相同。

14、下面列举的磁性中属于强磁性的是

【】

A. 顺磁性

B. 亚铁磁性

C. 反铁磁性

D. 抗磁性

15、下列哪项是铁磁性χ-T的相互关系【】

A B C D

16、杂质原子使纯金属的电导率【】

A. 升高

B. 降低

C. 先升后降

D. 先降后升

17、下列哪项是非平衡载流子【】

A. 0n

B. 0p

C. n

D. n

18、如左图对应的吸收过程是【】

A. 本征吸收

B. 激子吸收

C. 杂质吸收

D. 自由载流子吸收

19、300K时Si的E g=1.12eV，如左图，下列关于P在Si中说法正确的是【】

A.浅能级，0.044eV

B.深能级，0.044eV

C.浅能级，1.076eV

D.深能级，1.076eV

20、如左图的发光现象属于的发光类型是【】

A.光致发光

B.电致发光

C.阴极射线发光

D. 高能粒子发光

二填空题

1、晶体产生弗伦克尔缺陷时，晶体体积，晶体密度；而有肖特基缺陷时，晶体体积,晶体密度。一般说离子晶体中正、负离子半径相差不大时，是主要的；两种离子半径相差大时，是主要的。

2、在图下方写出缺陷名称

缺陷缺陷

3、关于固体材料的热容，爱因斯坦模型认为：晶体中每一个原子都是一个独立的振子，原子之间彼此无关，原子以的频率振动；德拜模型考虑到晶体中原子的相互作用，认为晶体中对热容的主要贡献是。

三、应用题

1、CaCl 2中Ca 2+置换KCl 中K +而出现点缺陷，写出缺陷反应式。

2、CaCl 2中Ca 2+进入到KCl 间隙中去而出现点缺陷，写出缺陷反应式。

3、高温结构材料Al 2O 3可以用ZrO 2来实现增韧，写出缺陷反应式。

4、高温结构材料Al 2O 3可以用MgO 来促进Al 2O 3的烧结，写出缺陷反应式。

四、简答题

1、温度对热容有何影响？

2、温度对热导率有何影响？

3、半导体导电与金属导电的差别有哪些？

4、为什么金属的电阻因温度升高而增大，而半导体的电阻却因温度的升高而减小？

5、用磁结构图说明材料的五种磁性。

6、太阳电池的基本工作原理。

五、论述题

1、利用原子势能曲线的不对称性解释热膨胀是晶格振动非简谐效应所引起的。

2、解释固体材料声子热导机理及晶体结构对热导的影响。

六、计算题

1、令T=300K ，计算比费米能级高T k B 3的能级被电子占据的概率。（已知203 e ）

2、假设某种材料的费米能级为6.25eV ，并且这种材料中的电子遵守费米分布，计算在低于费米能级0.30eV 处，温度为何值时能级为空的概率为1%。

3、如果MgO 晶体中，含有百万分之一mol 的Al 2O 3杂质，则在MgO 晶体中杂质缺陷浓度是多少。

4、在CaF 2晶体中，缺陷形成能为2.58eV ，肖特基缺陷的生成能为5.5eV ，计算在27℃时热缺陷的浓度？（已知2150102.5?=e ）

5、设电子迁移率为)/(1.02s V cm ?，硅的电子有效质量0*26.0m m n =，如加以cm V /104的

电场，求电子的平均自由时间和平均自由城程。

6、一快硅半导体含有施主杂质浓度315109-?=cm N d ，和受主杂质浓度

316101.1-?=cm N a ，求在T=300K 时（310105.1-?=cm n i ）的电子空穴浓度。

《材料物理性能》试卷B.doc

一、是非题（I 分X1O=10分）得分评分人 1、非等轴晶系的晶体，在膨胀系数低的方向热导率最大。（） 2、粉末和纤维材料的导热系数比烧结材料的低得多。（） 3、第一热应力因子/?是材料允许承受的最大温度差。（） 4、同一种物质，多晶体的热导率总是比单晶的小。（） 5、电化学老化的必要条件是介质中的离子至少有一种参加电导。（） 6、玻璃中的电导基本上是离子电导。（） 7、薄玻璃杯较厚玻璃杯更易因冲开水而炸裂。（） 8、压应力使单晶材料的弹性模量变小。（） 9、多晶陶瓷材料断裂表面能比单晶大。（） 10、材料的断裂强度取决于裂纹的数量。（）二、名词解释（2分X 10=20分）得分评分人题号 -------- - ? ---- * 四五六七八九总分合分人得分材料物理性能课程结束B 试卷考试形式闭卷考试用时120分钟

1、固体电解质: 2、表面传热系数： 3、P型半导体： 4、施主能级： 5、声频支： 6、稳定传热： 7、载流了的迁移率: 8、蠕变： 9、弛豫：

10、滑移系统:

三、简答题（5分X4=20分，任选4题）得分评分人 1、导温系数。的物理意义及其量纲? 2、显微结构对材料脆性断裂的影响? 3、写出两个抗热应力损伤因子的表达式并对其含义及作用加以说明。 4、不同材料在外力作用时有何不同的变形特征?

四、问答题（9分X4=36分）得分评分人 1、何为裂纹的亚临界生长？试用应力腐蚀理论解释裂纹的亚临界生长? 2、请对图1表示的氧化铝单晶的入-丁曲线分析说明。o I JI O 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 T/K图1氧化铝单晶的热导率随温度的变化

无机材料物理性能习题库

2、材料的热学性能 2-1 计算室温（298K ）及高温（1273K ）时莫来石瓷的摩尔热容值，并请和按杜龙-伯蒂规律计算的结果比较。（1）当T=298K ，Cp=a+bT+cT -2=87.55+14.96 10-3298-26.68 105/2982 =87.55+4.46-30.04 =61.97 4.18 J/mol K=259.0346 J/mol K （2）当T=1273K ，Cp=a+bT+cT -2=87.55+14.96 10-31273-26.68 105/12732 =87.55+19.04-1.65 =104.94 4.18 J/mol K=438.65 J/mol K 据杜隆-珀替定律：(3Al 2O 32SiO 4) Cp=21*24.94=523.74 J/mol K 2-2 康宁玻璃（硅酸铝玻璃）具有下列性能参数：λ=0.021J/(cm s ℃); α=4.610?6/℃;σp =7.0Kg/mm 2，E=6700Kg/mm 2，μ=0.25。求其第一及第二热冲击断裂抵抗因子。第一冲击断裂抵抗因子：E R f αμσ)1(-==666 79.8100.75 4.61067009.810-???????=170℃ 第二冲击断裂抵抗因子：E R f αμλσ) 1(-= '=1700.021=3.57 J/(cm s) 2-3 一陶瓷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/(cm 2s ℃)，假定形状因子S=1，估算可安全应用的热冲击最大允许温差。 h r S R T m m 31.01? '=?=226*0.18405 .0*6*31.01 =447℃ 2-4、系统自由能的增加量TS E F -?=?，又有! ln ln ()!! N N N n n =-，若在肖特基缺定律所得的计算值。趋近按，可见，随着温度的升高Petit Dulong C m P -,

西北工业大学博士入学考试材料物理、材料综合复习题

2001博士秋季入学考试试题 1（16分）共价键的数目(为配位电子数)和方向(电子云密度最大方向)取决于什么？利用杂化轨道理论解释金刚石(sp 3)结构中的共价键，并计算碳的sp 3键的键角(109.28)。 2（12分）离子晶体在平衡时的结合能为：)11(80020n R NMe U E b -==πε，M 称为马德隆常数。试解释M 的意义。(西工大固体物理P41；M 是与晶体结构有关的常数) 3（12分）试比较经典的和量子的金属自由电子理论。(方俊鑫P285；黄昆P275) 4（12分）举例说明能带理论在解释固体材料有关性质(绝缘、半导、导体)、设计新材料中的应用。(西工大P111) 5（12分）解释金属及半导体的电阻率(高温时、低温时)随温度变化的规律。(西工大P192)

6（12分）分析固体表面的成分可采用那些分析技术和方法。(电子能谱：光电子能谱、俄歇电子、离子中和谱；离子谱：低能离子散射、高能离子散射、二次离子质谱、溅射中性粒子谱、致脱附离子角分布) 7（12分）晶体致的电缺陷有那些类型？分析其形成原因及对晶体性质的影响。（西工大P149、151） 8（12分）简述物质超到态的主要特征。（西工大P206、零电阻，充合抗磁）答：1，低能电子衍射；2，表面敏感扩展X 吸收精细结构；3，场离子显微镜；4，电子显微镜；5，投射电子显微镜，扫描电子显微镜；6，扫描隧道显微镜；7，原子力显微镜；8，摩擦力显微镜 2001博士春季入学考试试题 1（16）N 对离子组成的NaCl 晶体的总互作用势能为 ??????-=R e R B N R U n 024)(πεα 其中α是马德隆常数，B 为晶格参量，n 为玻恩指数。（1）证明平衡原子间距为n e B R n 2 0104απε=- （2）证明平衡时的结合能为)11(4)(0020n R Ne R U --=πεα

无机材料物理性能题库(2)综述

名词解释 1.应变：用来描述物体内部各质点之间的相对位移。 2.弹性模量：表征材料抵抗变形的能力。 3.剪切应变：物体内部一体积元上的二个面元之间的夹角变化。 4.滑移：晶体受力时，晶体的一部分相对另一部分发生平移滑动，就叫滑移. 5.屈服应力：当外力超过物理弹性极限，达到某一点后，在外力几乎不增加的情况下，变形骤然加快，此点为屈服点，达到屈服点的应力叫屈服应力。 6.塑性：使固体产生变形的力，在超过该固体的屈服应力后，出现能使该固体长期保持其变形后的形状或尺寸，即非可逆性。 7.塑性形变：在超过材料的屈服应力作用下，产生变形，外力移去后不能恢复的形变。 8.粘弹性：一些非晶体和多晶体在比较小的应力时,可以同时变现出弹性和粘性，称为粘弹性. 9.滞弹性：弹性行为与时间有关，表征材料的形变在应力移去后能够恢复但不能立即恢复的能力。 10.弛豫:施加恒定应变，则应力将随时间而减小，弹性模量也随时间而降低。 11.蠕变——当对粘弹性体施加恒定应力，其应变随时间而增加，弹性模量也随时间而减小。 12.应力场强度因子：反映裂纹尖端弹性应力场强弱的物理量称为应力强度因子。它和裂纹尺寸、构件几何特征以及载荷有关。 13.断裂韧性：反映材料抗断性能的参数。 14.冲击韧性：指材料在冲击载荷下吸收塑性变形功和断裂功的能力。 15.亚临界裂纹扩展：在低于材料断裂韧性的外加应力场强度作用下所发生的裂纹缓慢扩展称为亚临界裂纹扩展。 16.裂纹偏转增韧：在扩展裂纹剪短应力场中的增强体会导致裂纹发生偏转，从而干扰应力场，导致机体的应力强度降低，起到阻碍裂纹扩展的作用。 17.弥散增韧：在基体中渗入具有一定颗粒尺寸的微细粉料达到增韧的效果，称为弥散增韧。 18.相变增韧：利用多晶多相陶瓷中某些相成份在不同温度的相变，从而达到增韧的效果，称为相变增韧。 19.热容：分子热运动的能量随着温度而变化的一个物理量，定义为物体温度升高1K所需要的能量。 20.比热容：将1g质量的物体温度升高1K所需要增加的热量，简称比热。 21.热膨胀：物体的体积或长度随温度升高而增大的现象。热传导：当固体材料一端的温度笔另一端高时，热量会从热端自动地传向冷端。22.热导率：在物体内部垂直于导热方向取两个相距1米，面积为1平方米的平行平面，若两个平面的温度相差1K，则在1秒内从一个平面传导至另一个平面的热量就规定为该物质的热导率。 23.热稳定性:指材料承受温度的急剧变化而不致破坏的能力，又称为抗热震性。 24.抗热冲击断裂性：材料抵抗温度急剧变化时瞬时断裂的性能。 25.抗热冲击损伤性：材料抵抗热冲击循环作用下缓慢破坏的性能。 26.热应力：材料热膨胀或收缩引起的内应力。 27.声频支振动：振动的质点中包含频率甚低的格波时，质点彼此间的位相差不

材料物理课程复习题终极

《材料物理科学》课程复习题 1简述材料的分类和新材料的特点、要求和发展方向。工程上分：金属材料，无机非金属材料，有机高分子材料及复合材料按状态分：单晶，多晶，非晶，准晶和液晶按化学角度分：无机材料与有机材料按应用分：信息材料，能源材料，生物材料，建筑材料，航空航天材料等按用途分：结构材料和功能材料商品化程度分：传统材料和先进材料新材料的特点要求：结构和性能相结合,智能化,减少污染,可再生性,节省能源,长寿命新材料发展方向（讲义4-5页）纳米材料,先进多相复合材料,高温超导材料,智能材料,生物医学材料 2简述材料的成分结构和性能的关系。(不全) 材料的性质取决于材料的结构。材料的结构，是指材料的组元及其排列和运动方式。它包括形貌，化学成分，相组成，晶体结构和缺陷等内涵 3简述计算机模拟在材料物理学科中的作用。计算机模拟是一种根据实际体系设计，在计算机上进行的模型实验。通常将模拟结果与实际体系的实验数据进行比较。可以检验出模型的准确性，也可以检验由模型导出的解析理论所作的近似是否成功。此外，在模型上获得的微观信息，常常比在实际体系上所作的实验更为详细。往往是在通常实验条件下很难获得的信息。此外，计算机模拟对于理论的发展也有重要的意义，它能为现实模型和实验中无法实现的探索模型作详细的预测，并提供方法。如材料在极端压力或高温下经历相变的四维体系等计算机模拟由于有计算机图形学的帮助，不但能使模拟易于观察和易于理解，而且可进一步与计算机技术中刚开创的虚拟现实的新领域相结合。在虚拟现实中，计算机模拟的不结果不仅可用计算机图形学表达，而且也能用五官来感受。用计算机辅助设计和模拟的专家系统进行材料设计，可以摆脱实验先行的研究方法，用较少的实验，较短的研制过程，就能获得较为理想的材料。材料科学走计算机辅助设计和计算机模拟之路，从理论和实际两个方面向人们提供了材料研究由必然到自由的可能。 4简述材料物理中各种键合的特点。 5魏德曼--弗朗兹定律说明了什么？ K／σ＝3(k／e)2T 式中k是玻尔兹曼常数, e是电子电荷，T是温度；解释了金属的高电导(σ)和热导(K)特性；也解释了金属的光学特性。这个理论的不足之处是从电子的总能量过高地估计了电子的比热。电导和热导的两种输运过程,如果T变化,会引起两种输运的变化

材料无机材料物理性能考试及答案

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无机材料物理性能试卷一．填空（１×２０＝２０分） 1．CsCl结构中，Ｃs+与Cl-分别构成＿＿＿＿格子。２．影响黏度的因素有＿＿＿＿、＿＿＿＿、＿＿＿＿. ３.影响蠕变的因素有温度、＿＿＿＿、＿＿＿＿、＿＿＿＿. ４．在＿＿＿＿、＿＿＿＿的情况下，室温时绝缘体转化为半导体。５．一般材料的＿＿＿＿远大于＿＿＿＿。６．裂纹尖端出高度的＿＿＿＿导致了较大的裂纹扩展力。７．多组分玻璃中的介质损耗主要包括三个部分：＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿。８．介电常数显著变化是在＿＿＿＿处。９．裂纹有三种扩展方式：＿＿＿＿、＿＿＿＿、＿＿＿＿。１０．电子电导的特征是具有＿＿＿＿。二.名词解释（4×4分=16分） 1.电解效应 2.热膨胀 3.塑性形变 4.磁畴三.问答题（3×8分=24分） 1.简述晶体的结合类型和主要特征： 2.什么叫晶体的热缺陷？有几种类型？写出其浓度表达式?晶体中离子电导分为哪几类？ 3.无机材料的蠕变曲线分为哪几个阶段，分析各阶段的特点。 4.下图为氧化铝单晶的热导率与温度的关系图，试解释图像先增后减的原因。四，计算题（共20分） 1.求熔融石英的结合强度，设估计的表面能为1.75J/m2；Si-O的平衡原子间距为1.6×10-8cm，弹性模量值从60 到75GPa。（10分） 2.康宁1273玻璃(硅酸铝玻璃)具有下列性能参数： =0.021J/(cm ·s ·℃)；a=4.6×10-6℃-1；σp=7.0kg/mm2，

材料物理题库

《材料物理导论》题库一、选择题 1、下列物理量属于微观量的是【】 A.温度 B.体积 C.速度 D.分子质量 2、将宏观量与微观量联系起来的是【】 A. 普朗克常数 B.密度 C.浓度 D.阿伏伽德罗常数 3、一个量子态可以容纳自旋方向相反的费米子的数量是【】 A. 一个 B. 两个 C. 无数个 D. 不能确定 4、下列微观粒子属于费米子的是【】 A.光子 B.电子 C.声子 D.H 原子 5、下列不属于准粒子的是【】 A.声子 B.激子 C.电子 D.磁子 6、下列哪个粒子属于玻色子【】 A.质子 B.光子 C.中子 D.电子 7、下列哪种符号表示的是空位缺陷【】 A.??O V B.?K Ca C.? i Zn D.Au Cu 8、下列非化学计量化合物属于阳离子缺位型的是【】 A. y TiO -2 B.O Zn y +1 C. y CaF +2 D. O Fe y -1 9、间隙杂质的主要决定因素是【】 A.晶体结构类型 B. 体积效应 C. 化学键性质 D. 电价差异 10、所需活化能最小的扩散机制是【】 A. 空位机制 B. 推填子机制 C. 间隙机制 D. 易位机制 11、关于材料热容的影响因素，下列说法中不正确的是【】 A. 热容是一个与温度相关的物理量，因此需要用微分来精确定义。 B. 实验证明，高温下化合物的热容可由柯普定律描述。 C. 德拜热容模型已经能够精确描述材料热容随温度的变化。 D. 材料热容与温度的精确关系一般由实验来确定。 12、能增大多晶体的热导率的是【】 A. 晶粒尺寸大 B. 晶界多 C. 缺陷多 D. 杂质多 13、关于热膨胀，下列说法中不正确的是【】 A. 各向同性材料的体膨胀系数是线膨胀系数的三倍。 B. 各向异性材料的体膨胀系数等于三个晶轴方向热膨胀系数的加和。 C. 热膨胀的微观机理是由于温度升高，点缺陷密度增高引起晶格膨胀。 D. 由于本质相同，热膨胀与热容随温度变化的趋势相同。 14、下面列举的磁性中属于强磁性的是【】 A. 顺磁性 B. 亚铁磁性 C. 反铁磁性 D. 抗磁性

无机材料物理性能课后习题答案

《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Al 2O 3 (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E 1=380GPa,E 2=84GPa,V 1=,V 2=。则有当该陶瓷含有5%的气孔时，将P=代入经验计算公式E=E 0+可得，其上、下限弹性模量分别变为 GPa 和 GPa 。 1-11一圆柱形Al 2O 3晶体受轴向拉力F ，若其临界抗剪强度 τf 为135 MPa,求沿图中所示之方向的滑移系统产生滑移时需要的最小拉力值，并求滑移面的法向应力。 0816 .04.25.2ln ln ln 22 001====A A l l T ε真应变) (91710909.44500 60MPa A F =?==-σ名义应力0851 .010 0=-=?=A A l l ε名义应变) (99510524.445006MPa A F T =?== -σ真应力)(2.36505.08495.03802211GPa V E V E E H =?+?=+=上限弹性模量) (1.323)84 05.038095.0()(1 12211GPa E V E V E L =+=+=--下限弹性模量

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：

—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：

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。答：①导体中含有未满带，在外场的作用下，未满带上的电子分布发生偏移，从而改变了原来的中心堆成状态，占据不同状态的电子所形成的运动电流不能完全抵消，未抵消的部分就形成了宏观电流；②绝缘体不含未满带，满带中的电子不会受外场的作用而产生偏离平衡态的分布，而一些含有空带的绝缘体，也因为禁带间隙过大，下层满带的电子无法跃迁到空带上来形成可以导电的未满带，所以绝缘体不能导电；③本征半导体的情况和绝缘体类似，区别是其禁带能隙比较小，当受到热激发或外场作用时，满带中的电子比较容易越过能隙，进入上方空的允带，从而使材料具有一定的导电能力；④掺杂半导体则是通过掺入异质元素，从而提供额外的自由电子或者额外的空穴以供下层电子向上跨越，使得跨越禁带的能量变低，电子更加容易进入上层的空带中，从而具有导电能力。 2、简述温度对金属电阻影响的一般规律及原因。答：无缺陷理想晶体的电阻是温度的单值函数，如果在晶体中存在少量杂质和结构缺陷，那么电阻与温度的关系曲线将要变化。在低温下，电子-电子散射对电阻的贡献显著，其他温度电阻取决于电子-声子散射。 3、何谓材料的热膨胀？其物理本质是什么？答：①热膨胀：材料在加热和冷却过程中，其宏观尺寸随温度发生变化的现象。 ②物理本质：在非简谐近似下，随温度增加，原子热振动不仅振幅和频率增加，其平衡位置距平均尺寸也增加，即导致振动中心右移，原子间距增大，宏观上变现为热膨胀。 4、物质的铁磁性产生的充要条件是什么？答：(1) 原子中必须有未填满电子的内层，因而存在未被抵消的自旋磁矩。 (2) 相邻原子间距a与未填满的内电子层半径r之比大于3，即a/r＞3。 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。答：参考教材P-211 五、论述题（每题10分，共10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 = 0.0851 I。 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).

材料物理性能课后习题问题详解_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 =2.04×10-10 m ）的布拉格衍射角。（P5） 12 34 131 192 1111 o ' (2) 6.610 = (29.110 5400 1.610 ) =1.67102K 3.7610sin sin 2182h h p mE m d d λπ λ θλ λ θθ----=???????=?==?=解：（1）= （2）波数= （3）2 2. 有两种原子，基态电子壳层是这样填充的 ; ; s s s s s s s 226232 2 6 2 6 10 2 6 10 （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[]1 1 ln[1] ()()1/4ln 3()3/4ln 3F F 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8.5×103 kg/m 3 ，计算其E 0 F 。（P16） 2 2 03 23426 23 3 31 18(3/8)2(6.6310)8.510 =(3 6.0210/8)291063.5 =1.0910 6.83F h E n m J eV ππ---=????????=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）

无机材料物理性能期末复习题

期末复习题参考答案一、填空 1.一长30cm的圆杆，直径4mm，承受5000N的轴向拉力。如直径拉成3.8 mm，且体积保持不变，在此拉力下名义应力值为，名义应变值为。 2.克劳修斯—莫索蒂方程建立了宏观量介电常数与微观量极化率之间的关系。 3．固体材料的热膨胀本质是点阵结构中质点间平均距离随温度升高而增大。 4．格波间相互作用力愈强，也就是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。 5．电介质材料中的压电性、铁电性与热释电性是由于相应压电体、铁电体和热释电体都是不具有对称中心的晶体。 6．复介电常数由实部和虚部这两部分组成，实部与通常应用的介电常数一致，虚部表示了电介质中能量损耗的大小。 7．无机非金属材料中的载流子主要是电子和离子。 8．广义虎克定律适用于各向异性的非均匀材料。 ?（1-m）2x。9．设某一玻璃的光反射损失为m，如果连续透过x块平板玻璃，则透过部分应为 I 10．对于中心穿透裂纹的大而薄的板，其几何形状因子Y= 。 11．设电介质中带电质点的电荷量q，在电场作用下极化后，正电荷与负电荷的位移矢量为l，则此偶极矩为 ql 。 12．裂纹扩展的动力是物体内储存的弹性应变能的降低大于等于由于开裂形成两个新表面所需的表面能。 13.Griffith微裂纹理论认为，断裂并不是两部分晶体同时沿整个界面拉断，而是裂纹扩展的结果。14．考虑散热的影响，材料允许承受的最大温度差可用第二热应力因子表示。 15．当温度不太高时，固体材料中的热导形式主要是声子热导。 16．在应力分量的表示方法中，应力分量σ,τ的下标第一个字母表示方向，第二个字母表示应力作用的方向。 17．电滞回线的存在是判定晶体为铁电体的重要根据。 18．原子磁矩的来源是电子的轨道磁矩、自旋磁矩和原子核的磁矩。而物质的磁性主要由电子的自旋磁矩引起。 19. 按照格里菲斯微裂纹理论，材料的断裂强度不是取决于裂纹的数量，而是决定于裂纹的大小，即是由最危险的裂纹尺寸或临界裂纹尺寸决定材料的断裂强度。 20.复合体中热膨胀滞后现象产生的原因是由于不同相间或晶粒的不同方向上膨胀系数差别很大，产生很大的内应力，使坯体产生微裂纹。 21.晶体发生塑性变形的方式主要有滑移和孪生。 22.铁电体是具有自发极化且在外电场作用下具有电滞回线的晶体。 23.自发磁化的本质是电子间的静电交换相互作用。二、名词解释自发极化：极化并非由外电场所引起，而是由极性晶体内部结构特点所引起，使晶体中的每个晶胞内存在固有电偶极矩，这种极化机制为自发极化。断裂能：是一种织构敏感参数,起着断裂过程的阻力作用，不仅取决于组分、结构，在很大程度上受到微观缺陷、显微结构的影响。包括热力学表面能、塑性形变能、微裂纹形成能、相变弹性能等。滞弹性：当应力作用于实际固体时，固体形变的产生与消除需要一定的时间，这种与时间有关的弹性称为滞弹性。格波：处于格点上的原子的热振动可描述成类似于机械波传播的结果，这种波称为格波，格波的一个

材料物理题库

一、单选题 1、新相与母相之间一定存在的差异是（）。 A、晶态结构 B、化学成分 C、化学成分和晶态结构 D、晶态结构或化学成分答案：A 2、马氏体的命名是因（）科学家，Martens以其名字命名的。 A、德国 B、英国 C、俄罗斯 D、美国答案：A 3、下列情况中，哪个不是二级相变的特点？（） A、有相变潜热 B、一阶偏导相等 C、有热容突变 D、二阶偏导不相等答案：A 4、下列性质不是金属玻璃特性的是（）。 A、高电阻 B、高韧性 C、高硬度 D、优良磁性能答案：B 5、下列情况中，哪个不是一级相变的特点？（） A、化学位相同 B、一阶偏导不相等 C、有热容突变 D、有相变潜热答案：C 6、下列不是马氏体转变特点的是（）。 A、切变共格 B、表面浮凸 C、扩散 D、可逆性答案：C 7、马氏体按下列哪种方式转变时，不能与母相保持共格关系。（） A、变温生核，恒温瞬时长大 B、变温生核，变温长大 C、等温马氏体 D、以上都可以答案：A 8、形变诱导马氏体相变是指在（）时进行塑性变形，即可诱发马氏体相变。 A、M s以上 B、M s以下 C、M f以上 D、M f以下答案：A 9、下贝氏体的典型形貌是（）。 A、针状 B、羽状 C、盘状 D、球状答案：A 10、在恒压条件下，自由度计算公式为（）？ A、f=c-p+2 B、f=c-p+1 C、f=c-p D、f=c-p-1 答案：B 二、判断题 1、共析转变是指由一个固相同时生成两个新相的相变过程。（）答案：对 2、新相生成时，若扩散速率小于相变速率则不能生成平衡相。（）答案：错

3、马氏体相变的典型特点是切变共格与表面浮凸。（）答案：对 4、马氏体相变阻力很大，需要较大的过冷度才能进行。（）答案：对 5、新相生成时一定伴随原子扩散。（）答案：错 6、缺陷处能量较高，可以为相变提供驱动力，有利于新相的生成与长大。（）答案：对 7、两相界面如果为共格相界时，新相更容易形成球状晶粒。（）答案：错三、名词解释 1、扩散系数：答案：指当浓度为一个单位时,单位时间内通过单位面积的气体量。 2、形状记忆效应：答案：一定形状的材料在一定温度下制成一定形状，改变温度后加外力使其发生塑性变形，然后再反向改变温度，当温度超过该种材料的某一临界点时，无须外应力的作用又恢复原来的形状。 3、扩散型相变：答案：特点是相变过程中有原子扩散，切相变过程受原子扩散控制。 4、热弹性马氏体：答案：始终保持与母相共格，可随温度上升、降低而缩小、长大的马氏体。 5、C曲线：答案：共析转变的TTT（时间-转变量-温度）曲线，每一变化均为快-慢-快都是C形，因此又称为“C曲线” 6、玻璃化温度（Tg）：答案：过冷液体冷却到某一温度Tg时，生成非晶态结构，Tg称为玻璃化温度。四、填空题 1、扩散相变的典型代表是( )相变。答案：珠光体 2、新相与母相之间一定伴随着( )改变。答案：晶态结构 3、固态相变的阻力是新相的界面能和( )。答案：应变能 4、当( )时，相变不能按平衡相图转变，生成亚稳相。答案：扩散速率小于相变速率 5、当含碳量小于0.77%时，共析转变先共析相为( )。答案：铁素体（或F） 6、热弹性马氏体始终与母相保持共格关系，可随着温度的升高而( )。

材料物理习题

07 级材料物理习题一、概念： 1. 布里渊区和金属费米面 2. 直接带隙和间接带隙半导体 3. 德拜温度和德拜频率 4. 绝缘体、半导体和金属 5. 铁电性、压电性和介电性 6. 第一类超导体和第二类超导体 7. 单晶、多晶、非晶 8. 铁磁性、抗磁性、顺磁性、反铁磁性、亚铁磁性 9. 弗仑克尔缺陷 10.霍尔效应 11.双折射现象、o 光和e 光 12.热胀冷缩引起的热应力和温差引起的热应力 13.磁化曲线和磁滞回线二、简答： 1. 对半导体，试说明下列概念：（1）能隙；（2）空穴；（3）施主和受主杂质；（4）p型和n型掺杂；（5）载流子浓度；（6）施主能级为什么靠近导带？受主能级为什么靠近价带？ 2. 半导体激光器中，与激光辐射有关的三个能级跃迁过程是什么？画出其能级变化示意图并给予解释。 3. 分别举出一种硬、软磁材料，并阐述在实际应用过程中对硬、软磁材料的电学性能有哪些要求。

4. 描述半导体的pn结的光伏过程。 5. 非金属材料透明和不透明的能带结构。 6. 解释为什么旭日和夕阳呈红色。 7. 怎么给透明材料着色？ 8. 荧光和磷光的区别？画图说明产生荧光和磷光的机理。 9. 画图说明金属的热容随温度的变化规律。微观机制是什么？ 10. 金属晶体与离子晶体的导热机制和特点是什么？ 11. 塞贝克效应及其微观机制？ 12. 单程记忆合金与双程记忆合金。 13. 在XPS分析中，鬼线是什么原因产生的？ 14. 在XPS分析中，荷电位移是什么原因产生的？用哪些方法消除荷电位移造成的误差？三、填空题 1. 按照频率响应由高到低，写出3种电介质的微观激化机制：________________ 、 _____________ 、_____________ 。 2. 物质具有磁性的根源在于 _______________________________________________ 。3. 反铁磁体材料的磁化率x在尼尔温度处呈现 _____________________ 。

材料物理性能部分课后习题8页

课后习题第一章 1.德拜热容的成功之处是什么？答：德拜热容的成功之处是在低温下，德拜热容理论很好的描述了晶体热容，CV.M∝T的三次方 2.何为德拜温度？有什么物理意义？答：HD=hνMAX/k 德拜温度是反映晶体点阵内原子间结合力的一个物理量德拜温度反映了原子间结合力，德拜温度越高，原子间结合力越强 3.试用双原子模型说明固体热膨胀的物理本质答：如图，U1（T1）、U2（T2）、U3(T3）为不同温度时的能量，当原子热振动通过平衡位置r0时，全部能量转化为动能，偏离平衡位置时，动能又逐渐转化为势能；到达振幅最大值时动能降为零，势能打到最大。由势能曲线的不对称可以看到，随温度升高，势能由U1(T1）、U2（T2）向U3（T3）变化，振幅增加，振动中心就由r0'，r0''向r0'''右移，导致双原子间距增大，产生热膨胀第二章 1.镍铬丝电阻率300K为1×10-6Ω·m加热到4000K时电阻率增加5%假定在此温度区间内马西森定则成立。试计算由于晶格缺陷和杂质引起的电阻率。解：按题意:p(300k) = 10∧-6 则: p(400k) = (10∧-6)* (1+0.05) ----(1) 在400K温度下马西森法则成立，则: p(400k) = p(镍400k) + p(杂400k)

----(2) 又: p(镍400k) = p(镍300k) * [1+ α * 100] ----(3) 其中参数: α为镍的温度系数约 = 0.007 ; p(镍300k)(室温) = 7*10∧-6 Ω.cm) 将(1)和(3)代入(2)可算出杂质引起的电阻率 p(杂400k)。 2.为什么金属的电阻因温度升高而增大，而半导体的电阻却因温度的升高而减小？对金属材料，尽管温度对有效电子数和电子平均速率几乎没有影响，然而温度升高会使离子振动加剧，热振动振幅加大，原子的无序度增加，周期势场的涨落也加大。这些因素都使电子运动的自由称减小，散射几率增加而导致电阻率增大而对半导体当温度升高时，满带中有少量电子有可能被激发到上面的空带中去，在外电场作用下，这些电子将参与导电。同时，满带中由于少了一些电子，在满带顶部附近出现了一些空的量子状态，满带变成了部分占满的能带，在外电场作用下，仍留在满带中的电子也能够起导电作用。 3.表征超导体性能的3个主要指标是什么?(P80) （表征超导体的两个基本特性完全的导电性和完全的抗磁性） 1)，临界转变温度TC，即成为超导态的最高温度 2)。临界磁场HC，即能破坏超导态的最小磁场，HC的大小与超导材料的性质有关 3)，临界电流密度JC，即材料保持超导状态的最大输入电流第三章 1.什么是自发磁化？（P142) 在铁磁质内部存在着很强的“分子场”,在这种“分子场”的作用下，原

材料物理期末考题1

一、选择题： 1、材料的硬度取决于（c） A、显微结构 B、裂纹 C、化学组成和物质结构 D、杂质 2、下列不属于激光工作物质的是（a） A、CaWO3:Nd3+ B、Y3A l5O12:Nd3+ C、Y3A l5O12:Ce3+ D、La2O2S:Nd3+ 3、下列关于磁性材料的说法中，不正确的是（d） A、所有材料都有抗磁性，因为它很弱，只有当其它类型的磁性完全消失的时候才能被观察 B、抗磁体和顺磁体对于磁性材料应用来说都视为无磁性 C、材料是否真有铁磁性取决于原子是否具有由未成对电子以及原子在晶格中的排列方式 D、亚铁磁性在宏观性能上与铁磁性类似，区别在于亚铁磁性材料的饱和磁化强度比铁磁性的高。 4、下列元素中常用作稀土发光材料激活剂的是（a） A、Eu3+ B、Y3+ C、Lu3+ D、La3+ 5、下列哪种材料不能用作吸声材料（d） A、涂料 B、泡沫材料 C、陶瓷 D、金属 6、一硅酸铝玻璃的性能为α=4.6*10-6/K σf=7*10-6N/m2E=4.7*10-6N/m2μ=0.5 其第一热冲击断裂因子R1为（c） A、234.6K B、242.8K C、162K D、183K 7、光信号在玻璃光纤中传输时存在传输损耗，下列哪种情况不属于传输损耗（d） A、光纤材料的本证损耗 B、光纤材料的杂质吸收 C、光纤材料的结构缺陷 D、光纤材料的长度 8、当不同壁面反射而达到听者的声音所经过的路程大于直达声（c）米，则到达的反射将形成回声。 A、12 B、15 C、17 D、20 9、下面举例的磁性中属于强磁性的是（b） A、顺磁性 B、亚铁磁性 C、反铁磁性 D、抗磁性 10、下列属于抗磁性材料的是（d） A、Fe B、Ni C、Dy D、Zn 二、填空题 1、压电功能材料一般利用压电材料的压电功能、热释电功能、电致伸缩功能或光电功能 2、半导体材料的导电率取决于材料中的载流子浓度和电子迁移率 3、自发磁化的物理本质是电子间的静电交换相互作用，材料具有铁磁性的充分必要条件为：（1）必要条件材料原子中具有未充满的电子壳层，即原子磁矩和（2）充分条件交换积分 A>0 4、V族杂质在硅锗中电离，故放出电子产生导电导子形成正电中心，称为施主，释放电子的过程称为施主电离。依靠导带电子导电的半导体称为n型半导体 5、混响是指声源在房间内停止发声后，残余声能仍在房间内往复发射而保留一段时间 6、荧光材料由基质和激活离子组成，前者的主要作用是为后者提供一个合适的晶格场。 7、电子电导的特征是具有霍尔效应 8、应变用来表征材料受力时内部各质点之间的相对位移，对于各向同性材料，有三种基本的应变类型，分别是拉伸应变、剪切应变和压缩应变 9、裂纹有三种扩展方式：张开型、错开型和撕开型三、判断题 1、金属材料其价电子数越高，则参与导电的电子数越多，电阻率越低。（F）

材料物理复习题

1. 简述物理气相沉积薄膜的物理过程一般，单个气相原子的动能（22 1 mv E k = ）大于基体中一个原子的动能（kT 23 ），若发生碰撞，入射原子能快速交出多余的能量，则易被吸附。吸附过程包括物理吸附和化学吸附，物理吸附依靠德华力，作用围约为0.4nm ；化学吸附依靠吸附原子和基体表面原子间形成的化学键，作用围小（0.1~0.3nm ），吸附能较大，解吸较前者困难。单个气相原子吸附在基体上后，由几个被吸附的单个原子相互结合形成各种大小不一的小原子团（凝结相），小原子团长大为晶核，晶核继续长大，形成不连续薄膜，进而得到连续薄膜。 2. 简述: 临界核概念; 微滴理论; 原子理论; 表面结构驰豫和重构 ①要形成薄膜，需有特殊的小原子团产生，这种小原子团不分解出单原子或双原子等，是稳定的，称为稳定核。临界核比最小稳定核少一个原子，由薄膜材料和基片种类决定。 ②将吸附在基片表面的原子团视为微小的凝聚滴（如图），由热力学理论知，形成这个微滴时总自由能的变化为：?G=a 3r 3g v +a 1r 2σ0+a 2r 2σ1-a 2r 2σ2 只有 r >r*→ ?G ↓→才稳定 v v v d G a r g a r a r a r dr a a a r a g a a a G a g σσσσσσσσσ23102122102122310212222 3 32220234 27** ?=++-=-+-∴= +-?=3 （）微滴的临界半径（）总自由能变化最大值

在基片单位表面上吸附的原子数（原子密度）为：成核速率为当原子数>100个以上的微滴，其表面能和自由能可以用块状材料的相应数值。 ③当小于100个以下，甚至几个原子的微滴时，需用原子理论。成核速率∝临界核密度×每个核的捕获围×吸附原子向临界核的总速度由统计理论，临界核密度: s v v v v a r a r G r r f G r f g G f r g r d G r G f dr g πθπθπθπθθθ πσπθσπθπθσσπθσ2 1222232 20 033203 002cos 2cos sin sin 23cos cos 4()4 4 ()3 1 ()3 20, 16()/3**=?==?=-+∴?= =?=∴?=+?=?=-?=假设微滴为球帽形（1-）面积（1-）面积（）=4形成该微滴后，体系总的自由能变化 4（） v g 2 f G θθσσθσθσσσσσ2010()00cos 0*==??==+=∴↑≥?22201 当时，完全润湿，，即形成稳定核无需克服能量位垒，由，可知，则最大。基片表面上有台阶、微裂缝等，有助于（+）促进成核p P R R E kT v τ0 1 ( )exp(/)==1n x P P I n An v I Zn An v Z E E G v I Zn a R r v kT πθ111 000 (2sin )exp() **** ∝?=---∴=-2 比例系数，约为10微滴的表面能和体积的自由能变化用块材数值不？ ()()10100111101000exp /i 0exp /exp /基片单位面积上的吸附点数基片单位面积上吸附的单原子密度临界核的结合能 -临界核中的原子数目不计入吸附能的单原子位能. 令，则：（）i i i i i i i i i i n n n E iE kT n n n E E n n E n n E iE kT n E kT n n * *????=- ?????----??????==-= ? ??? ????

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