材料物理性能试题及其答案

西 安 科 技 大 学 20112012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：装 订 线装 订 线 以 内 不 准 作 任 何 标 记装 订 线考试科目材料物理性能考试性质考查命题吕海燕审批种现象叫 。材料在恒变形的条件下，随着时间的延长，弹性应力逐渐 的现象称为应力松弛。 10、由于固体内部的原因使 消耗的现象称为“内耗”。内耗的表现形式有很大差异，其中线性滞弹性内耗表现为只与 有关，而完全与频率无关只与振幅有关的内耗称为 。二、是非题（每题2分，共20分）：1、点缺陷引起的剩余电阻率变化远比线缺陷的影响大。( )2、由于晶格热振动的加剧，金属和半导体的电阻率均随温度的升高而增大。 （ ）3、P型半导体以电子导电为主，而N型半导体以空穴导电为主。（ ） 4、温度升高，铁磁性材料的饱和磁化强度MS、剩磁Br、矫顽力HC均降低。 （ ）5、抗磁体的磁化率或者与温度无关，或者随温度变化产生很大变化。 （ ）6、导温系数反映的是温度变化过程中材料各部分温度趋于一致的能力。 （ ）7、一级相变时，体积和热焓无明显变化，而摩尔定压热容为无限大。 （ ）8、自由电子对摩尔定容热容的贡献与点阵振动相比微不足道。（ ） 9、磁畴壁的迁移过程是通过原子扩散完成的。 （ ）10、宏观上，弹性模量E代表材料对弹性正应变的抗力；微观上E表征原子间的结合力。（ ） 试卷类型A考试地点临潼学生班级材料09级1-4成绩1.命题时请尽量采用计算机录入，手写稿必须字迹工整、清晰可辩。审批由系主任负责；2.考试科目应与教学计划保持一致，不能用简写或别称。考试性质为“考试”或“考查”；3.试卷类型注明ABCD等字样，考试地点注明“雁塔”或“临潼”；4.试题（卷）内容不要超出线格范围，以免影响试题印制和教师评分。一、 填空题（每空1分，共25分）：1、量子自由电子理论与经典自由电子理论的主要区别在于 ，而能带理论是在量子自由电子学说的基础上充分考虑了 的结果。2、按对外电场的响应方式，材料的电学性能可分为 和 。3、电介质的极化包括 、 和 。4、超导体的两个基本特性是 和 。5、材料的磁性来源于原子磁矩。原子磁矩包括 、 和 。 6、原子间结合力越大，金属熔点越高，切变模量G ，位错运动阻力越大，塑性抗力越大，硬度越高，因而热膨胀系数 。7、固体的导热包括电子、声子和光子导热，对纯金属而言， 是主要机制；在合金中 的作用要加强，而在绝缘体内几乎只存在 一种形式。8、列举三种你所知道的热分析方法： 、 、 。9、材料去除应力后，应变并不立即消失，而是先消失一部分，另一部分逐渐消失，这 西 安 科 技 大 学 20112012 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：装 订 线装 订 线 以 内 不 准 作 任 何 标 记装 订 线考试科目材料物理性能试卷类型A学生班级材料09级1-4注意：1、答案一律写在答题纸；2、不抄题，写清题号；3、考试结束后交回试题！三、名词解释（每题3分，共15分）：1、费米能：2、顺磁体： 3、魏得曼-弗兰兹定律：4、因瓦效应： 5、弛豫模量：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。2、简述温度对金属电阻影响的一般规律及原因。 3、何谓材料的热膨胀？其物理本质是什么？4、物质的铁磁性产生的充要条件是什么？5、内耗法测定-Fe中碳的扩散（迁移）激活能H的方法和原理。五、论述题（每题10分，共10分）：1、铁磁性材料的技术磁化过程分为哪几个阶段，请用简图表示，在图中标出自发磁化强度MS，并用文字简单说明各阶段的含义。 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=EF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：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；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； 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；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：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。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/r3。5、内耗法测定-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）：答：第一部分（OA）是可逆磁化过程：可逆是指磁场减少到零时，M沿原曲线减少到零，在可逆磁化阶段，磁化曲线是线性的，没有剩磁和磁滞。在金属软磁材料中，此阶段以可逆壁移为主。第二部分（AB）是不可逆磁化阶段：此阶段内，M随磁化场急剧地增加，M与H曲线不再是线性。此阶段中，若把磁场减少到零，M不再沿原曲线减少到零，而出现剩磁，这种现象成为磁滞，巴克豪森指出，这一阶段由许多M的跳跃性变化组成，是畴壁的不可逆跳跃引起的。第三部分（BC）是磁化矢量的转动过程：第二阶段结束后，畴壁消失，整个铁磁体成为一个单畴体，但其内部磁化强度方向还与外磁场方向不一致。在这一阶段内随磁化场进一步增大，磁矩逐渐转动到与外磁场一致的方向，当磁化到S点时，磁体已磁化到技术饱和，这时的磁化强度称饱和磁化强度Ms。第四部分自C点以后，M-H曲线已近似于水平线，而M-H曲线大体上成为直线，自C点继续增大外磁，Ms还稍有增加，这一过程称为顺磁磁化过程。 第 5 页 共 5 页