材料物理性能試題及其答案

1、西 安 科 技 大 學 20112012學 年 第 2 學 期 考 試 試 題（卷） 學院：材料科學與工程學院 班級： 姓名： 學號：裝 訂 線裝 訂 線 以 內(nèi) 不 準 作 任 何 標 記裝 訂 線考試科目材料物理性能考試性質(zhì)考查命題呂海燕審批種現(xiàn)象叫 。材料在恒變形的條件下，隨著時間的延長，彈性應力逐漸 的現(xiàn)象稱為應力松弛。 10、由于固體內(nèi)部的原因使 消耗的現(xiàn)象稱為“內(nèi)耗”。內(nèi)耗的表現(xiàn)形式有很大差異，其中線性滯彈性內(nèi)耗表現(xiàn)為只與 有關(guān)，而完全與頻率無關(guān)只與振幅有關(guān)的內(nèi)耗稱為 。二、是非題（每題2分，共20分）：1、點缺陷引起的剩余電阻率變化遠比線缺陷的影響大。( )2、由于晶格熱振動的加

2、劇，金屬和半導體的電阻率均隨溫度的升高而增大。 （ ）3、P型半導體以電子導電為主，而N型半導體以空穴導電為主。（ ） 4、溫度升高，鐵磁性材料的飽和磁化強度MS、剩磁Br、矯頑力HC均降低。 （ ）5、抗磁體的磁化率或者與溫度無關(guān)，或者隨溫度變化產(chǎn)生很大變化。 （ ）6、導溫系數(shù)反映的是溫度變化過程中材料各部分溫度趨于一致的能力。 （ ）7、一級相變時，體積和熱焓無明顯變化，而摩爾定壓熱容為無限大。 （ ）8、自由電子對摩爾定容熱容的貢獻與點陣振動相比微不足道。（ ） 9、磁疇壁的遷移過程是通過原子擴散完成的。 （ ）10、宏觀上，彈性模量E代表材料對彈性正應變的抗力；微觀上E表征原子間的結(jié)

3、合力。（ ） 試卷類型A考試地點臨潼學生班級材料09級1-4成績1.命題時請盡量采用計算機錄入，手寫稿必須字跡工整、清晰可辯。審批由系主任負責；2.考試科目應與教學計劃保持一致，不能用簡寫或別稱。考試性質(zhì)為“考試”或“考查”；3.試卷類型注明ABCD等字樣，考試地點注明“雁塔”或“臨潼”；4.試題（卷）內(nèi)容不要超出線格范圍，以免影響試題印制和教師評分。一、 填空題（每空1分，共25分）：1、量子自由電子理論與經(jīng)典自由電子理論的主要區(qū)別在于 ，而能帶理論是在量子自由電子學說的基礎上充分考慮了 的結(jié)果。2、按對外電場的響應方式，材料的電學性能可分為 和 。3、電介質(zhì)的極化包括 、 和 。4、超導體

4、的兩個基本特性是 和 。5、材料的磁性來源于原子磁矩。原子磁矩包括 、 和 。 6、原子間結(jié)合力越大，金屬熔點越高，切變模量G ，位錯運動阻力越大，塑性抗力越大，硬度越高，因而熱膨脹系數(shù) 。7、固體的導熱包括電子、聲子和光子導熱，對純金屬而言， 是主要機制；在合金中 的作用要加強，而在絕緣體內(nèi)幾乎只存在 一種形式。8、列舉三種你所知道的熱分析方法： 、 、 。9、材料去除應力后，應變并不立即消失，而是先消失一部分，另一部分逐漸消失，這 西 安 科 技 大 學 20112012 學 年 第 2 學 期 考 試 試 題（卷） 學院：材料科學與工程學院 班級： 姓名： 學號：裝 訂 線裝 訂 線 以

5、 內(nèi) 不 準 作 任 何 標 記裝 訂 線考試科目材料物理性能試卷類型A學生班級材料09級1-4注意：1、答案一律寫在答題紙；2、不抄題，寫清題號；3、考試結(jié)束后交回試題！三、名詞解釋（每題3分，共15分）：1、費米能：2、順磁體： 3、魏得曼-弗蘭茲定律：4、因瓦效應： 5、弛豫模量：四、簡答題（每題6分，共30分）：1、闡述導體、半導體和絕緣體的能帶結(jié)構(gòu)特點。2、簡述溫度對金屬電阻影響的一般規(guī)律及原因。 3、何謂材料的熱膨脹？其物理本質(zhì)是什么？4、物質(zhì)的鐵磁性產(chǎn)生的充要條件是什么？5、內(nèi)耗法測定-Fe中碳的擴散（遷移）激活能H的方法和原理。五、論述題（每題10分，共10分）：1、鐵磁性材料

6、的技術(shù)磁化過程分為哪幾個階段，請用簡圖表示，在圖中標出自發(fā)磁化強度MS，并用文字簡單說明各階段的含義。 材料物理性能 A卷答案一、 填空題（每空1分，共25分）：1、電子運動服從量子力學原理 周期性勢場2、導電性能 介電性能3、電子極化 原子（離子）極化 取向極化4、完全導電性（零電阻） 完全抗磁性5、電子軌道磁矩 電子自旋磁矩 原子核自旋磁矩6、越大 越小7、電子導熱 聲子導熱 聲子導熱8、示差熱分析儀（DTA）、示差掃描熱分析（DSC）、熱重分析（TG） 9、彈性后效 降低（減?。?0、機械能 頻率 靜滯后型內(nèi)耗二、是非題（每題2分，共20分）：1、 2、 3、 4、 5、 6、 7、 8

7、、 9、 10、三、名詞解釋（每題3分，共15分）：1、費米能：按自由電子近似，電子的等能面在k空間是關(guān)于原點對稱的球面。特別有意義的是E=EF的等能面，它被稱為費米面，相應的能量成為費米能。2、順磁體：原子內(nèi)部存在永久磁矩，無外磁場，材料無規(guī)則的熱運動使得材料沒有磁性，當外磁場作用，每個原子的磁矩比較規(guī)則取向，物質(zhì)顯示弱磁場，這樣的磁體稱順磁體。3、魏得曼-弗蘭茲定律：在室溫下許多金屬的熱導率與電導率之比幾乎相同，而不隨金屬的不同而改變。4、因瓦效應：材料在一定溫度范圍內(nèi)所產(chǎn)生的膨脹系數(shù)值低于正常規(guī)律的膨脹系數(shù)值的現(xiàn)象。5、弛豫模量：教材P200四、簡答題（每題6分，共30分）：1、闡述導體

8、、半導體和絕緣體的能帶結(jié)構(gòu)特點。答：導體中含有未滿帶，在外場的作用下，未滿帶上的電子分布發(fā)生偏移，從而改變了原來的中心堆成狀態(tài)，占據(jù)不同狀態(tài)的電子所形成的運動電流不能完全抵消，未抵消的部分就形成了宏觀電流；絕緣體不含未滿帶，滿帶中的電子不會受外場的作用而產(chǎn)生偏離平衡態(tài)的分布，而一些含有空帶的絕緣體，也因為禁帶間隙過大，下層滿帶的電子無法躍遷到空帶上來形成可以導電的未滿帶，所以絕緣體不能導電； 本征半導體的情況和絕緣體類似，區(qū)別是其禁帶能隙比較小，當受到熱激發(fā)或外場作用時，滿帶中的電子比較容易越過能隙，進入上方空的允帶，從而使材料具有一定的導電能力；摻雜半導體則是通過摻入異質(zhì)元素，從而提供額外的

9、自由電子或者額外的空穴以供下層電子向上跨越，使得跨越禁帶的能量變低，電子更加容易進入上層的空帶中，從而具有導電能力。2、簡述溫度對金屬電阻影響的一般規(guī)律及原因。 答：無缺陷理想晶體的電阻是溫度的單值函數(shù)，如果在晶體中存在少量雜質(zhì)和結(jié)構(gòu)缺陷，那么電阻與溫度的關(guān)系曲線將要變化。在低溫下，電子-電子散射對電阻的貢獻顯著，其他溫度電阻取決于電子-聲子散射。3、何謂材料的熱膨脹？其物理本質(zhì)是什么？答：熱膨脹：材料在加熱和冷卻過程中，其宏觀尺寸隨溫度發(fā)生變化的現(xiàn)象。物理本質(zhì)：在非簡諧近似下，隨溫度增加，原子熱振動不僅振幅和頻率增加，其平衡位置距平均尺寸也增加，即導致振動中心右移，原子間距增大，宏觀上變現(xiàn)為

10、熱膨脹。4、物質(zhì)的鐵磁性產(chǎn)生的充要條件是什么？答：(1) 原子中必須有未填滿電子的內(nèi)層，因而存在未被抵消的自旋磁矩。(2) 相鄰原子間距a與未填滿的內(nèi)電子層半徑r之比大于3，即a/r3。5、內(nèi)耗法測定-Fe中碳的擴散（遷移）激活能H的方法和原理。答：參考教材P-211五、論述題（每題10分，共10分）：答：第一部分（OA）是可逆磁化過程：可逆是指磁場減少到零時，M沿原曲線減少到零，在可逆磁化階段，磁化曲線是線性的，沒有剩磁和磁滯。在金屬軟磁材料中，此階段以可逆壁移為主。第二部分（AB）是不可逆磁化階段：此階段內(nèi)，M隨磁化場急劇地增加，M與H曲線不再是線性。此階段中，若把磁場減少到零，M不再沿原曲線減少到零，而出現(xiàn)剩磁，這種現(xiàn)象成為磁滯，巴克豪森指出，這一階段由許多M的跳躍性變化組成，是疇壁的不可逆跳躍引起的。第三部分（BC）是磁化矢量的轉(zhuǎn)動過程：第二階段結(jié)束后，疇壁消失，整個鐵磁體成為一個單疇體，但其內(nèi)部磁化強