材料物理性能复习题

一、名词解释

光矢量：即是光波的电场强度矢量。

双折射：当光束通过各向异性介质表面时，折射光会分成两束沿着不同的方向传播，这种由一束入射光折射后分成两束光的现象。

光轴：通过改变入射光的方向，可以发现，在晶体中存在一些特殊的方向，沿着这些方向传播的光不会发生双折射，这些特殊的方向称为晶体的光轴。

热膨胀：物质在加热或冷却时的热胀冷缩现象称为热膨胀。

朗伯特定律：l e I I α-=0，在介质中光强随传播距离呈指数形式衰减的规律即称为朗伯特定律。

热稳定性：指材料承受高温的急剧变化而不致破坏的能力，也称为抗热震性。

滞弹性：指材料在交变载荷的情况下表现为应变对应力的滞后特性即称为滞弹性。

应力感生有序：溶解在固溶体中孤立的间隙原子，置换原子，在外加应力时，这些原子所处的位置的能量即出现差异，因而原子要发生重新分布，即产生有序排列，这种由于应力引起的原子偏离无序状态分布叫应力感生有序。

穆斯堡耳效应：固体中的无反冲核共振吸收即为穆斯堡尔效应。

高分子的分子结构：指除具有低分子化合物所具有的，如同分异构、几何异构、旋光异构等结构特征之外，还有高分子量，通常由103~105个结构单元组成的众多结构特点。

高分子的聚集态结构：是指大分子堆砌、排列的形式和结构。

均方末端距：是描述高分子链的形状和大小时采用末端距的2次方的平均值，用r 2表示，称为均方末端距。

二、填空题

1、下图为聚合物的蠕变和回复曲线，可见一个聚合物材料的总形变是三种形变之和，其中 ε1为普弹形变、 ε2为高弹形变、 ε3为粘性流动。

2、从微观上分析，光子与固体材料相互作用的两种重要结果是：电子极化和电子能态转变

3、在光的非弹性散射光谱中，出现在瑞利线低频侧的散射线统称为斯托克斯线，而在瑞利线高频侧的散射线统称为反斯托克斯线。

4、掺杂在各种基质中的三价稀土离子，它们产生光学跃迁的是4f 电子。

5、红宝石是历史上首先获得的激光材料，它的发光中心是C r 3+ 离子。

6、非稳态法测量材料的热导率是根据试样温度场随时间变化的情况来测量材料热传导性能的方法。

7、弹性模量的物理本质是标志原子间结合力的大小。

8、测量弹性模量的方法有两种：一种是静态测量法，另一种是动态测量法。

9、图中表示曲线（a ）表示熔融石英玻璃（SiO 2）、曲线（b ）表示非晶态聚苯乙烯（PS ）的热导率随温度的变化。

题9图题10图

10、下图为铜单晶的对数减缩量与应变振幅的关系。其中Δ1是由位错被钉扎时阻尼振动引起的，ΔH是由位错脱钉过程引起的。

11、按照形成聚合物的元素种类通常把聚合物分为有机聚合物、无机聚合物和元素有机聚合物。

12、一光纤的芯子折射率n1=1.62，包层折射率n2=1.52，试计算光发生全反射的临界角θ=69.76o。

C

13、光线波导的纤芯相是高折射率材料，而包层是低折射率材料。

三、简答题

1、简述固体吸收和发光的三种机制，并画出相应的示意图。（140页）

答：固体吸收和发光的三种机制是：受激吸收、自发辐射、受激辐射。

受激吸收是固体吸收一个光子的过程，固体粒子由E1能级跃迁到E2，光子能量hv=E2-E1；自发辐射是固体发射一个光子的过程，固体中粒子由E2能级跃迁到E1，光子能量hv=E2-E1；受激辐射是当一个能量满足E2-E1=hv的光子趋近高能级E2的原子，有可能诱导高能级原子发射一个和自己性质完全相同的光子，此受激光子与入射光子具有相同频率、方向和偏振状态。示意图如下：

题1图题2图

2、试用双原子模型说明固体热膨胀的物理本质。（176页）

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

U 1（T 1）、U 2（T 2）向U 3（T 3）变化，振幅增加，振动中心就由r 0'，r 0''向r 0'''右移，导致双原子间距增大，产生热膨胀。

3、聚乙烯在下列条件下缓慢结晶，各生成什么样的晶体？

（1）从极稀溶液中缓慢结晶：片晶

（2）从熔体中结晶：球晶

（3）极高压力下固体挤出：纤维状晶体

（4）在溶液中强烈搅拌下结晶：串晶

4、试说明滞弹性内耗的特征以及它与静滞后型内耗和阻尼共振型内耗的区别。 （271页） 答：滞弹性内耗的特征是：应变-应力滞后回线的出现是由于实验的动态性质所决定的。即回线的面积与振动频率相关，与振幅无关。静滞后型内耗与滞弹性内耗刚好相反，其回线面积与振动频率无关，而与振幅相关，但不是单纯的线性关系。阻尼共振型内耗与滞弹性内耗相似，与振幅无关，与频率密切相关，不同的是阻尼共振型内耗所对应的频率一般对温度不敏感，而前者的弛豫时间对温度却很敏感。

5、简述高分子链的构象的自由连接链模型。 （340页）

答：高分子链构象的自由连接链模型：一个高分子链是由很大数目的单链所组成，这些单链可以自由转动，即可在空间各个方向自由取向，形成无数而可区别的构象。

6、说明为什么橡胶急剧拉伸时，橡胶的温度上升，而缓慢拉伸时，橡胶发热。

答：（1）急剧拉伸时,绝热条件下，对于无熵变0dS =。吉布斯自由能的变化

dG SdT VdP fdL =-++ 2,,P T P L

G S f T L L T ∂∂∂⎛⎫⎛⎫=-= ⎪ ⎪∂∂∂∂⎝⎭⎝⎭ ——（1） ∵ (),,P P L P T S S dS dT dL T L ∂∂⎛⎫⎛⎫=+ ⎪ ⎪∂∂⎝⎭⎝⎭,,0P L P L

C f dT dL T T ∂⎛⎫=-= ⎪∂⎝⎭（2） ∴ (),,S P L P L T f dT dL C T ∂⎛⎫=

⎪∂⎝⎭ ——（3） ∵ 0dL >，,0P L C >，(),0P L f T ∂>， ∴ ()0S dT > ——（4） 此现象称为高夫－朱尔效应，是橡胶熵弹性的证明。

（2）缓慢拉伸时，由于等温条件，0dT =，利用（1）式，吸收的热量

(),T P L

f d Q TdS T dL T ∂⎛⎫'==- ⎪∂⎝⎭ ∵ 0T >，0dL >，(),0P L f T ∂> ∴ ()0T d Q '<

7、产生光吸收的原因是什么？ （121页）

答：当光穿过介质时，入射光子的能量与介质中某两个能态之间的能量差值相等时，引起介质的价电子跃迁或使原子振动而消耗能量，此外，介质中的价电子会吸收光子而激发，当尚未退激时，在运动中与其他分子碰撞，电子的能量转化为分子的动能即热能，从而构成光能的衰减，即产生光吸收。