【考试突击】武汉理工大学材料工程基础第一章量纲分析习题解答
材料现代分析方法第一章习题答案
第一章1.X射线学有几个分支？每个分支的研究对象是什么?答：X射线学分为三大分支：X射线透射学、X射线衍射学、X射线光谱学。
X射线透射学的研究对象有人体，工件等，用它的强透射性为人体诊断伤病、用于探测工件内部的缺陷等。
X射线衍射学是根据衍射花样,在波长已知的情况下测定晶体结构，研究与结构和结构变化的相关的各种问题。
X射线光谱学是根据衍射花样,在分光晶体结构已知的情况下，测定各种物质发出的X 射线的波长和强度，从而研究物质的原子结构和成分。
2. 试计算当管电压为50 kV时，X射线管中电子击靶时的速度与动能,以及所发射的连续谱的短波限和光子的最大能量是多少?解:已知条件：U=50kV电子静止质量:m0=9.1×10—31kg光速：c=2.998×108m/s电子电量:e=1.602×10—19C普朗克常数：h=6。
626×10-34J。
s电子从阴极飞出到达靶的过程中所获得的总动能为：E=eU=1。
602×10-19C×50kV=8。
01×10-18kJ由于E=1/2m0v02所以电子击靶时的速度为：v0=（2E/m0）1/2=4。
2×106m/s所发射连续谱的短波限λ0的大小仅取决于加速电压：λ0(Å）＝12400/U（伏）＝0。
248Å辐射出来的光子的最大动能为：E0＝hv＝h c/λ0＝1.99×10-15J3.说明为什么对于同一材料其λK<λKβ<λKα？答:导致光电效应的X光子能量＝将物质K电子移到原子引力范围以外所需作的功hV k = W k以kα为例:hV kα= E L–E k= W k–W L= hV k–hV L∴h V k〉h V kα∴λk<λkα以kβ为例:h V k β= E M–E k= W k–W M=h V k–h V M∴h V k > h V k β∴λk<λkβE L–E k〈E M–E k∴hV kα< h V kβ∴λkβ〈λkα4。
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1-10临界半径比的定义是：紧密堆积的阴离子恰好互相接触，并与中心的阳离子也恰好接触的条件下，阳离子半径与阴离子半径之比。
即每种配位体的阳、阴离子半径比的下限。
计算下列配位的临界半径比：（a）立方体配位；（b）八面体配位；（c）四面体配位；（d）三角形配位。
解：（1）立方体配位在立方体的对角线上正、负离子相互接触，在立方体的棱上两个负离子相互接触。
因此：（2）八面体配位在八面体中，中心对称的一对阴离子中心连线上正、负离子相互接触，棱上两个负离子相互接触。
因此：（3）四面体配位在四面体中中心正离子与四个负离子直接接触，四个负离子之间相互接触（中心角）。
因此：底面上对角中心线长为：（4）三角体配位在三角体中，在同一个平面上中心正离子与三个负离子直接接触，三个负离子之间相互接触。
因此：2-10ZnO是六方晶系，a=0.3242nm，c=0.5195nm，每个晶胞中含2个ZnO分子，测得晶体密度分别为5.74，5.606g/cm3，求这两种情况下各产生什么型式的固溶体？解：六方晶系的晶胞体积V===4.73cm3在两种密度下晶胞的重量分别为W1=d1v=5.74×4.73×10-23=2.72×10-22(g)W2=d2v=5.606×4.73×10-23=2.65×10-22(g)理论上单位晶胞重W==2.69(g)∴密度是d1时为间隙型固溶体，是d2时为置换型固溶体。
2-11非化学计量化合物Fe x O中，Fe3+/Fe2+=0.1，求Fe x O中的空位浓度及x值。
解：非化学计量化合物Fe x O，可认为是α(mol)的Fe2O3溶入FeO中，缺陷反应式为：Fe2O32Fe+V+3O Oα2αα此非化学计量化合物的组成为：Fe Fe O已知：Fe3+/Fe2+＝0.1则：∴α＝0.044∴x＝2α+(1－3α)＝1－α＝0.956又：∵[V3+]＝α＝0.044正常格点数N＝1+x＝1+0.956＝1.956∴空位浓度为3-5玻璃的组成是13wt%Na2O、13wt%CaO、74wt%SiO2，计算桥氧分数？解：Na2O CaO SiO2wt%131374mol0.210.23 1.23mol%12.613.873.6R=(12.6+13.8+73.6×2)/73.6=2.39∵Z=4∴X=2R﹣Z=2.39×2﹣4=0.72Y=Z﹣X=4﹣0.72=3.28氧桥%=3.28/（3.28×0.5+0.72）=69.5%3-9在SiO2中应加入多少Na2O，使玻璃的O/Si=2.5，此时析晶能力是增强还是削弱？解：设加入x mol的Na2O，而SiO2的量为y mol。
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第二章答案2-2（1）一晶面在x、y、z轴上的截距分别为2a、3b、6c，求该晶面的晶面指数；（2）一晶面在x、y、z轴上的截距分别为a/3、b/2、c，求出该晶面的晶面指数。
答：（1）h:k:l==3:2:1,∴该晶面的晶面指数为（321）；（2）h:k:l=3:2:1，∴该晶面的晶面指数为（321）。
2-3在立方晶系晶胞中画出下列晶面指数和晶向指数：（001）与[]，（111）与[]，（）与[111]，（）与[236]，（257）与[]，（123）与[]，（102），（），（），[110]，[]，[]答：2-4定性描述晶体结构的参量有哪些？定量描述晶体结构的参量又有哪些？答：定性：对称轴、对称中心、晶系、点阵。
定量：晶胞参数。
2-5依据结合力的本质不同，晶体中的键合作用分为哪几类？其特点是什么？答：晶体中的键合作用可分为离子键、共价键、金属键、范德华键和氢键。
离子键的特点是没有方向性和饱和性，结合力很大。
共价键的特点是具有方向性和饱和性，结合力也很大。
金属键是没有方向性和饱和性的的共价键，结合力是离子间的静电库仑力。
范德华键是通过分子力而产生的键合，分子力很弱。
氢键是两个电负性较大的原子相结合形成的键，具有饱和性。
2-6等径球最紧密堆积的空隙有哪两种？一个球的周围有多少个四面体空隙、多少个八面体空隙？答：等径球最紧密堆积有六方和面心立方紧密堆积两种，一个球的周围有8个四面体空隙、6个八面体空隙。
2-7n个等径球作最紧密堆积时可形成多少个四面体空隙、多少个八面体空隙？不等径球是如何进行堆积的？答：n个等径球作最紧密堆积时可形成n个八面体空隙、2n个四面体空隙。
不等径球体进行紧密堆积时，可以看成由大球按等径球体紧密堆积后，小球按其大小分别填充到其空隙中，稍大的小球填充八面体空隙，稍小的小球填充四面体空隙，形成不等径球体紧密堆积。
2-8写出面心立方格子的单位平行六面体上所有结点的坐标。
答：面心立方格子的单位平行六面体上所有结点为：（000）、（001）（100）（101）（110）（010）（011）（111）（0）（0）（0）（1）（1）（1）。
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2)第二章答案2- 1 略。
2-2 (1) 一晶面在x 、y 、Z 轴上的截距分别为 2a 、3b 、6c ,求该晶面的晶面指数; 晶面在X 、y 、Z 轴上的截距分别为 a /3、b /2、c ,求出该晶面的晶面指数。
111答： (1) h:k:l= - - - =3:2:1, ∙该晶面的晶面指数为(321);(2) h:k:l=3:2:1,∙∙∙该晶面的晶面指数为(321 )。
2-3在立方晶系晶胞中画出下列晶面指数和晶向指数：(001)与［】匸1］ , (111)与［二：］,C 二)与［111］,(二)与［236］, (257) 与［二T ］ , (123) 与［二］,(102),(二：)，), ［110］,［」］,［□］答：J /问］（2刃）∖/ IHrIyg]2-4定性描述晶体结构的参量有哪些？定量描述晶体结构的参量又有哪些？答：定性：对称轴、对称中心、晶系、点阵。
定量：晶胞参数。
2-5依据结合力的本质不同，晶体中的键合作用分为哪几类？其特点是什么？答：晶体中的键合作用可分为离子键、共价键、金属键、范德华键和氢键。
离子键的特点是没有方向性和饱和性，结合力很大。
共价键的特点是具有方向性和饱和性，结合力也很大。
金属键是没有方向性和饱和性的的共价键， 结合力是离子间的静电库仑力。
范德华键是通过分子力而产生的键合， 分子力很弱。
氢键是两个电负性较大的原子相结合形成的键，具有饱和性。
2-6等径球最紧密堆积的空隙有哪两种？ 一个球的周围有多少个四面体空隙、多少个八面体空隙？答：等径球最紧密堆积有六方和面心立方紧密堆积两种，一个球的周围有8个四面体空隙、6个八面体空隙。
2-7 n 个等径球作最紧密堆积时可形成多少个四面体空隙、多少个八面体空隙？不等径球是 如何进行堆积的？ 答：n 个等径球作最紧密堆积时可形成 n 个八面体空隙、2n 个四面体空隙。
不等径球体进行紧密堆积时， 可以看成由大球按等径球体紧密堆积后， 小球按其大小分 别填充到其空隙中， 稍大的小球填充八面体空隙， 稍小的小球填充四面体空隙， 形成不 等径球体紧密堆积。
材料工程基础__武汉理工大学(2)--模拟试题1的标准答案和评分标准
武汉理工大学 试题标准答案及评分标准一、填空题：1、浓度梯度；2、（煤中的碳=烟气中的碳+灰渣中的碳）3、（从上往下流动）；4、对数平均温差；5、使需要的启动功率最小；6、1.005×10—6(m 2.S)； 7.a； 8.c； 9.错二、简答题1、写出加强对流换热可采取的两个措施。
（1）提高气流体的流动速度（2）增大换热物体之间的温度差（3）增加各个换热物体的换热面积。
①可以增大换热物体的面积；②通过改变换热物体的放置位置，增加换热面积（4）改变流体与固体之间的接触角度，减少边界层厚度2、简述2个减少流动阻力损失的措施（1）降低流体的黏度（2）在满足流体输送的前提下，尽可能地降低流动速度（3）在考虑工艺要求的成本的基础上，尽可能地缩短管路的长度（4）采用尽量平滑的进口和出口（5）采用曲率半径的弯管（6）尽量采用逐扩管或阶梯型变化管道3、简述提高实际燃烧温度的主要途径。
（1）选用高发热值的燃料（2）控制适当的空气过剩系数（3）预热空气或燃料（4）减少向外界的散失的热量三、解：两水池的能量方程：we h H H +=吸入管流动阻力系数:()8.2662.04.425.0825,025.010827.010827.042111411=⎪⎭⎫ ⎝⎛++⨯⨯⨯=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛++=ζζλd l d s压出管综合阻力系数: 6.35405.05.52.05025,02.010827.010827.044322422=⎪⎭⎫ ⎝⎛++⨯⨯⨯=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛++=ζζλd l d s 则: )(3.1306.0)8.2666.3540()(222212O mH V s s sV h w =⨯+=+==水泵的扬程: )(75.182575.02O mH H He =⨯==η将以上计算结果代入能量方程,提升高度: )(45.53.1375.18m h H H w e =-=-=四、解：由于三个基准不能同时转换，所以分两步进行：（1）先由干燥无灰基转换为干燥基dafd d C A C )100(100-=89.724.791002.8100100100=⨯-=-=daf d d C A C （2）由干燥基转换为收到基dar ar C M C )100(100-=34.7089.721005.3100100100=⨯-=-=d ar ar C M C 五、解：气体--热电偶—管道的热平衡关系式：rw net r g q t t -=-,)(α热电偶—管道间换热量：w w w rw r r wr r w net F F F E E Q εεϕεε-++--=-111,由于F r ＜＜F w ，φrw =1，有εrw =ε)(,w r rw rw net E E q -=ε)/(4.3551009827310018027315.0669.5100100244440,m w T T C q w r rw rw net =⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛+-⎪⎭⎫ ⎝⎛+⨯=⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎪⎭⎫ ⎝⎛=ε代入热平衡式：得热电偶测量误差：2.4854.355,===-αrw net r g q t t 气体的真实温度：2.1842.41802.4=+=+=r g t t ℃六、题、解)21(1.0049.04/24/)/(22=<=+==M M d ld ld A V Bi πππλαλα∴可以采用集总参数法求解。
工程材料基础知识-课后习题及答案.docx
第一章工程材料基础知识参考答案1.金属材料的力学性能指标有哪些？各用什么符号表示？它们的物理意义是什么？答：常用的力学性能包括：强度、塑性、硬度、冲击韧性、疲劳强度等。
强度是指金属材料在静荷作用下抵抗破坏（过量塑性变形或断裂）的性能。
强度常用材料单位面积所能承受载荷的最大能力（即应力。
，单位为Mpa）表示。
塑性是指金属材料在载荷作用下，产生塑性变形（永久变形）而不被破坏的能力。
金属塑性常用伸长率5和断面收缩率出来表示：硬度是指材料抵抗局部变形，特别是塑性变形、压痕或划痕的能力，是衡量材料软硬程度的指标，是一个综合的物理量。
常用的硬度指标有布氏硬度（HBS、HBW）、洛氏硬度（HRA、HRB、HRC等）和维氏硬度（HV）。
以很大速度作用于机件上的载荷称为冲击载荷,金属在冲击载荷作用下抵抗破坏的能力叫做冲击韧性。
冲击韧性的常用指标为冲击韧度，用符号a k表示。
疲劳强度是指金属材料在无限多次交变载荷作用下而不破坏的最大应力称为疲劳强度或疲劳极限。
疲劳强度用。
-1表示，单位为MPa。
2.对某零件有力学性能要求时，一般可在其设计图上提出硬度技术要求而不是强度或塑性要求，这是为什么？答：这是由它们的定义、性质和测量方法决定的。
硬度是一个表征材料性能的综合性指标，表示材料表面局部区域内抵抗变形和破坏的能力，同时硬度的测量操作简单，不破坏零件，而强度和塑性的测量操作复杂且破坏零件，所以实际生产中，在零件设计图或工艺卡上一般提出硬度技术要求而不提强度或塑性值。
3.比较布氏、洛氏、维氏硬度的测量原理及应用范围。
答：（1）布氏硬度测量原理：采用直径为D的球形压头，以相应的试验力F压入材料的表面，经规定保持时间后卸除试验力，用读数显微镜测量残余压痕平均直径d,用球冠形压痕单位表面积上所受的压力表示硬度值。
实际测量可通过测出d值后查表获得硬度值。
布氏硬度测量范围：用于原材料与半成品硬度测量，可用于测量铸铁；非铁金属（有色金属）、硬度较低的钢（如退火、正火、调质处理的钢）（2）洛氏硬度测量原理：用金刚石圆锥或淬火钢球压头，在试验压力F的作用下，将压头压入材料表面，保持规定时间后，去除主试验力，保持初始试验力，用残余压痕深度增量计算硬度值，实际测量时，可通过试验机的表盘直接读出洛氏硬度的数值。
材料工程基础__武汉理工大学(1)--期末模拟试题1
武武武武武武考试试题纸一、概念题1、在分子扩散过程中，扩散通量与 成正比。
2、燃料燃烧计算中的碳平衡的意义是： 。
3、按照分散垂直气流法则，在垂直分散通道内，当几何压头起主导作用时，冷气体流动方向应该是 。
4、在换热器计算中，换热器的平均温度差是以 计算。
（也可写出计算式）5、离心式泵与风机常在零流量下启动，这是因为 。
6、4℃水的动力粘度为1.005×10—3(Pa.S)，运动粘度为 。
7.理想流体是: a）无粘性；b）粘度为常数；c）温度为常数；d）符合PV=RT。
8.在单层园筒壁内，稳定导热的温度分布曲线为：（a）折线；（b）直线；（c）抛物线；（d）对数曲线。
9.两无限大的平行平板相距越近，它们之间的辐射换热量越大？二、简答题1、写出加强对流换热可采取的两个措施。
2、简述2个减少流动阻力损失的措施3、简述提高实际燃烧温度的主要途径。
三、已知水泵的轴功率为25kw，流量0.06m3/s，效率为0.75。
吸入管道d1=0.25m，l1=8m，压出管道d2=0.2m，l2=50m，沿程阻力系数均为0.25，局部阻力系数为ζ1=4.4,ζ2=0.2,ζ3=0.5,ζ4=5.5。
求水泵将水由A池提升到B池到高度H。
四、已知煤的组成（w%）：且M ar=3.5%, A d=8.2%,求收到基时碳的百分含量。
五、用热电偶测量管道内气体温度。
已知热电偶的指示温度为t1=180℃，管道内壁温度tw=98℃，气体与热电偶测点之间的换热系数α=85w/m℃。
热电偶测点表面黑度为0.15。
求热电偶的测量误差和气体的真实温度。
六、一直径为5 cm、长为30 cm的钢圆柱体，初始温度为30℃，将其放入炉温为1200℃的加热炉中加热，升温到800℃方可取出。
设钢圆柱体表面与炉气间的换热系数为140 W／(m2·℃)，问需多长时间才能达到要求。
钢的物性参数：c=0.48 kJ／(kg·℃)，ρ=7753 kg／m3，λ=33W／(m·℃)。
量纲试题参考答案
1、你认为，量纲分析中最重要的概念和原则是什么？为什么？各举例说明。
答：量纲分析中最重要的概念是量纲。
应当区别量纲和单位，量纲不是单位。
量纲表示物理量的基本属性。
不同属性的物理量具有不同的量纲。
单位是用来对物理量度量的标准。
最重要的原理是∏定理：问题中若有N 个变量（包括n 个自变量和1个应变量），而基本量的数目为k ，那么一定形成N-k 个无量纲变量（包括N-k-1个无量纲自变量和1个无量纲应变量），他们之间形成确定的函数关系。
即：12(,,...)0N k f -∏∏∏=以分析单摆问题为例：显然，单摆的周期p T 取决于四个控制参数，即悬物的质量m ，细绳的长度l ,重力加速度g 以及初始方位角α，于是有一下函数关系：(,,,)p f m l g αT =量纲：m(M), l (L),g(2LT -),α为无量纲数问题中自变量有4个参数，有三个具有独立的量纲，所以问题中的无量纲数只有一个。
选取m, l ,g 作为本问题的基本单位系统就有：12/(/)(1,1,1,)p l g f αT = 可以写为：12/(/)()p l g f αT =这样我们就可以得出一下几个结果：A. p T 正比于12lB. p T 反比于12gC. p T 与m 无关D. p T 只取决于α，()f α的具体形式要用实验或理论分析来求取。
如果初始的方位角α是个小量，那问题就更简单了，从物理上可以判断，()f α实际上是α的偶函数，将()f α在α=0处进行泰勒展开：24''(4)()(0)(0).(0).+......(0)24f f f f f ααα=++≅！于是近似有：12(/).(0)p T l g f = 那么只要一次实验就可以确定(0)f 数值了，这个常数值其实就是从理 论意义上可以推导出的2π。
2、在流体力学和固体力学问题中，各举两个无量纲数，对每个无量纲数，说明其物理意义，并举例说明可以用它来表示现象发生质的变化的判据。
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③力学问题,选 , d , w 为基本物理量 ④ 的个数为 6-3=3
1
F d wb1 c1
a1
2
d w
a2 b2 c2
������3 = ������ ������ 3 ������ ������ 3 ������������ 3
������
⑤由和谐性
1 : 即 [ML 2 ] 1[ L]a [ L 1 ]b [ML3 ]c
= ������������
1
1 1
1
M :1 C L :1 a b 3c : 2 b
a 2 b 2 c 1
则 1
F p Eu 2 d w w2
2
2 2 2
2 :[ML1 1 ] 2[ L]a [ L 1 ]b [ML3 求准则方程：代入得 ：f = k������ 2−������ 4−2������ 5 ������2−������ 4+������ 5 ������1−������ 4 ������ ������ 4 ������������ 5 ������ ������ ������ 4 ������������ = k( ) ������������������ ������ 2 ������ 2 ������ 2 ������
M :1 c2 L : 1 a2 b2 3c2 : 1 b 2 a2 1 b2 1 c 1 2
则2
dw
1 Re
������ ������ 2
a3=1;b3=2,c3=0,既有������3 = ������
量纲分析习题解答
对于球体在水流中运动,其运动速度 w 与球体的直径 d、作用于 球体上的力 F、水的动力粘度μ 及水的密度ρ 、重力加速度 g 有关。用量 纲分析的指数法确定描述现象的无量纲量。
1. 用瑞利法： 解：①影响 f 的因素有 w, , ,g 和 d ②函数式：f = f ( w, , ,g,d) ③指数式：f = k������ ������ 1 ������������ 2 ������������ 3 ������ ������ 4 ������������ 5 ④各物理量量纲： [w]=LT-1 ; [d]=L; [f]=MLT-2 ;[μ]=ML-1T-1[g]=LT-1; [ρ]==ML-3 ⑤量纲方程： MLT-2=(LT-1)a1(L)a2(ML-3)a3(ML-1T-1)a4（LT-2）a5 ⑥根据量纲和谐性：M: 1 = ������3 + ������4 L: 1 = ������1 + ������2 − 3������3 − ������4 + ������5 T: −2 = −������1 − ������4 − 2������5 3 个方程，5 个未知数，→解：设 4 和 a5 为已知量。 a1=2-a4-2a5
2������ 5
1 ������ 1 ������������ ������ = ; = 2 ; Eu = 2 2 Re ������������������ ������������ ������ ������ ������ ������
2、用 定理法
解:①影响因素有 f , w, , , d ,g