材料物理性能思考題

1、材料物理性能思考題第一章：材料電學性能1 如何評價材料的導電能力？如何界定超導、導體、半導體和絕緣體材料？2 經典導電理論的主要內容是什么？它如何解釋歐姆定律？它有哪些局限性？3 自由電子近似下的量子導電理論如何看待自由電子的能量和運動行為？4 根據自由電子近似下的量子導電理論解釋：準連續(xù)能級、能級的簡并狀態(tài)、簡并度、能態(tài)密度、k空間、等幅平面波和能級密度函數(shù)。5 自由電子近似下的等能面為什么是球面？倒易空間的倒易節(jié)點數(shù)與不含自旋的能態(tài)數(shù)是何關系？為什么自由電子的波矢量是一個倒易矢量？6 自由電子在允許能級的分布遵循何種分布規(guī)律？何為費米面和費米能級？何為有效電子？價電子與有效電子有何關系？如

2、何根據價電子濃度確定原子的費米半徑？7 自由電子的平均能量與溫度有何種關系？溫度如何影響費米能級？根據自由電子近似下的量子導電理論，試分析溫度如何影響材料的導電性。8 自由電子近似下的量子導電理論與經典導電理論在歐姆定律的微觀解釋方面有何異同點？9 何為能帶理論？它與近自由電子近似和緊束縛近似下的量子導電理論有何關系？10 孤立原子相互靠近時，為什么會發(fā)生能級分裂和形成能帶？禁帶的形成規(guī)律是什么？何為材料的能帶結構？11 在布里淵區(qū)的界面附近，費米面和能級密度函數(shù)有何變化規(guī)律？哪些條件下會發(fā)生禁帶重疊或禁帶消失現(xiàn)象？試分析禁帶的產生原因。12 在能帶理論中，自由電子的能量和運動行為與自由電子近

3、似下有何不同？13 自由電子的能態(tài)或能量與其運動速度和加速度有何關系？何為電子的有效質量？其物理本質是什么？14 試分析、闡述導體、半導體（本征、摻雜）和絕緣體的能帶結構特點。15 能帶論對歐姆定律的微觀解釋與自由電子近似下的量子導電理論有何異同點？16 解釋原胞、基矢、基元和布里淵區(qū)的含義17 試指出影響材料導電性的內外因素和影響規(guī)律，并分析其原因。18 材料電阻的測試方法由哪幾種？各有何特點？19 簡述用電阻法測繪固溶度曲線的原理和方法。第二章：材料熱學性能1 簡述材料熱容的定義，為什么說材料的等容熱容Cv的物理本質是材料內能隨溫度的變化率時常需附加無相變、無化學反應和無非體積功的條件？C

4、v和Cp的本質差別是什么？對實際材料進行熱分析時，若有相變發(fā)生，為什么其Cp中還能反映相變的熱效應？2 微觀上如何認識材料內能的構成？3 簡述杜隆珀替經典熱容理論模型和結果，評價其局限性。4 解釋何為晶格熱振動、格波和色散關系？何為簡諧近似和非簡諧近似？如何界定連續(xù)介質和非連續(xù)介質？色散關系式的個數(shù)如何確定？色散與非色散介質中格波的相速度和群速度有何差異？5 解釋何為晶格振動模式？格波的波矢數(shù)和模式數(shù)如何確定？為什么晶體中有3PN種振動模式（或格波）？6 對晶格熱振動進行正則坐標變換的意義是什么？根據量子力學，線性諧振子的能量表達式是什么？7 何為聲子？對一個線性諧振子， 聲子的種類、聲子的數(shù)

5、量及其數(shù)量的增減各代表什么物理意義？為什么聲子數(shù)量具有統(tǒng)計平均值？它與溫度有何關系8 解釋何為格波模式密度或模式密度函數(shù)？簡述模式密度函數(shù)的求取方法。9簡述與晶格熱振動有關的等容熱容的求解方法，并分別說明愛因斯坦理論和德拜理論的近似方法和效果特點，你對兩種理論的結果有何評價？10 自由電子對晶體等容熱容有何貢獻？該熱容隨溫度如何變化？11實際材料的等壓熱容通常由哪些部分組成？又受到哪些因素的影響？有什么影響規(guī)律？12一級相變、二級相變如何界定？為什么一級相變、二級相變在相變溫度點其熱容曲線會出現(xiàn)差異？13 解釋差熱分析（DTA）、差示掃描量熱分析（DSC）；畫出45鋼由室溫加熱到Ac3+305

6、0,保溫后再空冷到室溫全過程的（DTA）曲線，分析該曲線的形成原因，標出各特征溫度點，并說明其發(fā)生的相變。14何謂材料的熱膨脹？其物理本質是什么？為什么熱膨脹系數(shù)能反映原子結合力的大?。繛槭裁春喼C振動近似無法說明熱膨脹的物理本質？15 哪些因素能影響材料的熱膨脹特性？如何影響？為什么一級相變、二級相變在相變溫度點其熱膨脹曲線會出現(xiàn)差異？16 試畫出亞共析、共析、過共析碳鋼由室溫到奧氏體化溫度緩慢加熱和冷卻過程的普通和示差光學膨脹曲線，分析曲線的形成原因，標出各特征溫度點，并說明其發(fā)生的相變和組織轉變。17 簡述由熱膨脹分析方法測繪過冷奧氏體等溫轉變曲線的原理和方法，并說明為什么由膨脹曲線能獲得

7、組織轉變量曲線？對不完全轉變又如何處理？18 解釋溫度場、溫度梯度、熱通量、導熱系數(shù)、熱阻、導溫系數(shù)。19材料導熱的物理本質是什么？有哪幾種導熱機制？微觀上它們的導熱系數(shù)有何不同？影響導熱的因素有哪些？第三章：材料的磁性 1復習磁場、磁場強度、磁化強度、磁感應強度（磁通量密度）、磁化率、磁導率等概念及它們的關系。2簡述環(huán)電流與磁矩的關系、電子的循軌磁矩與其角動量（動量矩）的關系、電子的自旋磁矩與其自旋角動量的關系；說明主量子數(shù)、軌道角量子數(shù)、軌道磁量子數(shù)（空間量子數(shù)）、自旋量子數(shù)、自旋磁量子數(shù)及其取值范圍。 3 孤立原子的總磁矩與其核外電子的循軌磁矩和自旋磁矩是什么關系？ 4 解釋什么是抗磁性

8、、順磁性和鐵磁性物質。 5 簡述物質的順磁性和抗磁性是如何產生的？它們都受到哪些因素的影響？6 簡述鐵磁質磁化曲線和磁滯回線的特點，解釋剩余磁感應強度和矯頑力；何謂磁位能，它與哪些因素有關？如何降低體系的磁位能？7 解釋磁各向異性、易磁化方向和難磁化方向，簡述什么是磁各向異性能和磁化功？它們有何關系？如何降低體系的磁各向異性能？8 解釋磁致伸縮、磁致伸縮系數(shù)和磁彈性能。如何降低體系的磁彈性能？9 簡述形狀各向異性、退磁場強度、退磁因子、退磁能和它們的關系？如何降低體系的退磁能？10 簡述Wiss鐵磁性假說的主要內容，說明物質自發(fā)磁化形成鐵磁質的條件；為什么交換積分常數(shù)A能決定原子磁矩的磁有序結

9、構？原子間距為什么能影響 交換積分常數(shù)A？居里溫度Tc以上，鐵磁質為什么轉變?yōu)轫槾刨|？11何謂磁疇？簡述鐵磁質磁疇結構特點，并指出磁疇結構和磁疇壁結構的決定因素；磁疇壁的本質是什么？有幾種類型？12 何謂鐵磁質的技術磁化？其磁化過程中磁疇結構的變化規(guī)律是什么？13 磁疇壁遷移的阻力有哪些？為什么它們能影響磁疇壁遷移？14 何為動態(tài)磁特性？磁場頻率和場強幅值對動態(tài)下磁滯回線的形狀有何種影響規(guī)律？復數(shù)磁導率的實部和虛部各有什么物理含義？15 材料磁性的影響因素有哪些？影響規(guī)律是什么？16 對多相合金，其飽和磁化強度Ms與各組成相的Msi和體積分數(shù)Vi有何關系？該關系有何應用？如何用磁性分析法分析淬

10、火鋼中殘余奧氏體的相對量？第五章：材料的彈性與內耗1何謂材料的彈性？彈性模量的物理意義是什么？哪些因素影響材料的彈性模量？材料的靜態(tài)彈性模量和動態(tài)彈性模量有何差異？2 何謂理想彈性體？實際彈性體在彈性范圍內存在哪些非彈性現(xiàn)象？什么是材料的內耗現(xiàn)象？解釋動滯后和靜滯后。3什么是粘、滯彈性的靜態(tài)響應特性？解釋恒應力下的應變弛豫，恒應變下應力弛豫，未弛豫模量，充分弛豫模量，動態(tài)模量，恒應力下的應變弛豫時間和恒應變下應力弛豫時間。4什么是粘、滯彈性的動態(tài)響應特性？圖示說明總應變中哪部分是與應力同位相的彈性應變？哪部分是滯后應變中與應力同位相的分量？哪部分是滯后應變中滯后應力位相的分量？這些應變或應變分量與復模量、動態(tài)模量、未弛豫模量、充分弛豫模量、模量虧損和內耗有什么關系？復模量的實部和虛部各有何含義？5為什么對粘、滯彈性材料應變相對于應力的滯后角能代表其內耗？為什么等式成立？6試證明對滯彈性（弛豫型）內耗，其內耗與應變振幅的大小無關、（）=1時內耗有最大值，并分析其原因。7對于由原子擴散（或熱激活過程）引起的滯彈性（弛豫型）內耗，其弛豫時間與溫度有何關系？該關系為什么能給內