材料物理考題B

1、 課程號(hào)： 0302053 材料物理A期末考試試卷（B）考試形式：閉卷考試 考試時(shí)間：120分鐘班號(hào)_ 學(xué)號(hào)_ 姓名_ 得分_題號(hào)一二三四總分得分一、填空題(每小題3分，共30分)1.一陶瓷含體積百分比為95%的Al2O3(E=380GPa)和5%的玻璃相(E=84GPa)，其上限彈性模量為_(kāi)331.33GPa_；下限彈性模量為_(kāi)293.11GPa_。2.物質(zhì)的磁性分為 三類(lèi) 類(lèi)；分別為 順磁性 ； 抗磁性 ； 鐵磁性 。3鐵電疇的定義是 鐵電體從順電相變?yōu)殍F電相具有自發(fā)極化，這種自發(fā)極化一致的區(qū)域叫做鐵電疇 。4.描述材料熱學(xué)性能的指標(biāo)有 熱容 ；熱傳導(dǎo)系數(shù) ；熱膨脹系數(shù) 。5.影響蠕變的主

2、要因素 溫度 ； 應(yīng)力 ； 組成 ； 顯微結(jié)構(gòu) ； 晶體結(jié)構(gòu) 。6.采用 霍爾效應(yīng) 實(shí)驗(yàn)可以確定材料是電子導(dǎo)電，采用 電解效應(yīng) 實(shí)驗(yàn)可以確定材料是離子導(dǎo)電。7.離子擴(kuò)散的主要形式有 間隙擴(kuò)散 ； 空位擴(kuò)散 ； 亞晶格間隙擴(kuò)散 。8.介質(zhì)擊穿的主要形式有 電擊穿 ； 熱擊穿 ； 化學(xué)擊穿 。9.壓電效應(yīng)可分為 2 類(lèi)， 分別是 正壓電效應(yīng) 和 負(fù)壓電效應(yīng) 。10.根據(jù)斷裂前發(fā)生塑性形變的情況，大體上可把材料的斷裂方式分為 脆性 斷裂和 韌性 斷裂，其中 脆性 斷裂具有很大的危險(xiǎn)性! 二、簡(jiǎn)答題(每小題5分，共40分)1已知鐵的表面能，楊氏模量，晶格常數(shù)，求鐵的最大斷裂強(qiáng)度；如果在鐵中存在一個(gè)長(zhǎng)度

3、為的裂紋，此時(shí)鐵的斷裂強(qiáng)度與沒(méi)有裂紋存在時(shí)一樣嗎？若不一樣，請(qǐng)算出斷裂強(qiáng)度的大?。坎灰粯?，2簡(jiǎn)述裂紋的起源與快速擴(kuò)展的原因？（1）由于晶體微觀結(jié)構(gòu)中存在缺陷，當(dāng)受到外力作用時(shí)，在這些缺陷處就會(huì)引起應(yīng)力集中，導(dǎo)致裂紋成核。（2）材料表面的機(jī)械損傷與化學(xué)腐蝕形成表面裂紋。（3）由于熱應(yīng)力形成裂紋。裂紋快速擴(kuò)展的原因：裂紋擴(kuò)展是單位面積所釋放的能量大于形成新的單位表面所需要的表面能1晶體微觀結(jié)構(gòu)的缺陷，應(yīng)力在缺陷處集中生成裂紋的核 2由于表面的機(jī)械損傷、化學(xué)腐蝕產(chǎn)生表面裂紋 3 由于熱應(yīng)力的作用產(chǎn)生裂紋快速擴(kuò)展的原因：材料在形成新裂紋時(shí)所釋放的能量大于新表面形成時(shí)所需的表面能3提高無(wú)機(jī)材料透光性的措

4、施有哪些?(1)提高原材料純度, (2) 摻加外加劑, (3) 改變工藝措施1提高純度 2添加外加劑 3改變工藝措施提高原材料純度，摻加外加劑 改良工藝措施4說(shuō)出電子遷移率 中各參量的物理意義？影響遷移率的主要因素是什么？J：電子兩次碰撞所需時(shí)間的平均值，e是電子所帶電荷，m是電子的有效質(zhì)量電子及空穴的有效質(zhì)量，散射的強(qiáng)弱，摻雜濃度和溫度是連續(xù)碰撞兩次的時(shí)間，e是電子的電量，m*是電子的有效質(zhì)量；主要因素有：電子和空穴有效質(zhì)量的大小，散射的強(qiáng)弱，摻雜濃度和溫度。5建立的重要意義及適用范圍？建立了宏觀量e和微觀量a之間的關(guān)系，提供了計(jì)算介電性能參數(shù)的方法適用范圍：分子間作用小的氣體，非極化液體或

5、固體，NaCl類(lèi)型和具有適當(dāng)對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)的晶體重要意義：建立了宏觀量er與微觀量a之間的關(guān)系，提供了計(jì)算介電性能參數(shù)的方法；適用范圍：分子間作用很弱的氣體、非極性液體和非極性固體，一些NaCl型離子晶體和具有適當(dāng)對(duì)稱(chēng)的晶體。 6畫(huà)出典型的矩磁材料的磁滯回線，并簡(jiǎn)單說(shuō)明矩磁材料的應(yīng)用。磁滯線呈矩形，在兩方面的剩磁正好能表示計(jì)算機(jī)中的“0”和“1”，因此矩磁性材料常用于制作“記憶”元件。磁滯回線呈矩形，在兩個(gè)方向上的剩磁可用于表示計(jì)算機(jī)二進(jìn)制的“0”和“1”，故適合于制成“記憶”元件。（3分）7為什么金屬的電阻因溫度升高而增大，而半導(dǎo)體的電阻卻因溫度的升高而減??？金屬在溫度升高之后，自由電子的碰撞加劇

6、，對(duì)電子的定向運(yùn)動(dòng)起到阻礙作用，因而電阻增大，而半導(dǎo)體只有溫度升高時(shí)才能激發(fā)電子，且數(shù)量很少，所以電阻較小當(dāng)金屬溫度升高時(shí)，自由電子碰撞的次數(shù)增多，阻礙了電子的運(yùn)動(dòng)，因而電阻增大。而半導(dǎo)體當(dāng)溫度升高時(shí)才能激發(fā)出電子，并且是少數(shù)的，因而電阻減小。8簡(jiǎn)述介質(zhì)損耗的概念及分類(lèi)。概念：電解質(zhì)在電廠作用下，在單位時(shí)間內(nèi)因發(fā)熱而消耗的能量，成為電解質(zhì)的損耗功率，又叫介質(zhì)損耗分類(lèi)：電導(dǎo) 電離 結(jié)構(gòu) 極化介質(zhì)損耗的概念：電介質(zhì)在電場(chǎng)作用下，在單位時(shí)間內(nèi)因發(fā)熱而消耗的能量，稱(chēng)為電介質(zhì)的損耗功率，簡(jiǎn)稱(chēng)介質(zhì)損耗。介質(zhì)損耗的分類(lèi)：電導(dǎo)損耗、極化損耗、電離損耗、結(jié)構(gòu)損耗、宏觀結(jié)構(gòu)不均勻的介質(zhì)損耗。三、計(jì)算題（每小題10

7、分，共20分）1. 無(wú)機(jī)材料絕緣電阻的測(cè)量試樣的外徑f50mm，厚度h=2mm，電極尺寸如下圖所示，其中D126mm，D238mm，D348mm，另一面為全電極。采用直流三端電極法進(jìn)行測(cè)量。（1） 請(qǐng)畫(huà)出測(cè)量試樣體電阻率和表面電阻率的接線電路圖。hagD1D2D3f（2） 若采用500V直流電源測(cè)出試樣的體電阻為250MW，表面電阻為50MW，計(jì)算該材料的體電阻率和表面電阻率。2康寧1723玻璃（硅酸鋁玻璃）具有下列性能參數(shù)：熱導(dǎo)率= 0.021J/(cm.s.)；線膨脹系數(shù)=4.6×10-6/；極限抗拉強(qiáng)度=7.0kg/mm2, 彈性模量E = 6700Kg/mm2,切變模量= 0

8、.25。求第一及第二熱沖擊斷裂抵抗因子。四綜合分析題（10分）簡(jiǎn)述固體熱膨脹的微觀機(jī)理，并分析影響熱膨脹的因素。附：基本公式1 第一、第二和第三熱斷裂抵抗因子分別為2介質(zhì)對(duì)光吸收的一般規(guī)律： 3光散射方程： 4反射系數(shù)(m) ： 5費(fèi)米分布函數(shù)： 6體電阻率的理論表達(dá)式： 體電阻率的實(shí)驗(yàn)表達(dá)式： 7薄圓片式樣表面電阻率表達(dá)式： 8導(dǎo)帶中導(dǎo)電電子的濃度：價(jià)帶中空穴的濃度：9滑移面上F方向的應(yīng)力為 ： 10理論斷裂強(qiáng)度：11格利菲斯裂紋斷裂強(qiáng)度： 12胡克定律： 課程號(hào)： 0302053 材料物理A期末考試試卷B標(biāo)準(zhǔn)答案考試形式：閉卷考試 考試時(shí)間：120分鐘一. 填空題(每小題3分，共30分)1

9、.上限彈性模量為331.33GPa; 下限彈性模量為293.11GPa 。 2.物質(zhì)的磁性分為3類(lèi)；分別為順磁性、抗磁性、鐵磁性。 3.鐵電疇的定義是：鐵電體從順電相轉(zhuǎn)變?yōu)殍F電相時(shí)具有自發(fā)極化，自發(fā)極化一 致的區(qū)域稱(chēng)為鐵電疇。 4.描述無(wú)機(jī)材料熱學(xué)性能的指標(biāo)有：熱熔，熱傳導(dǎo)系數(shù)，熱膨脹系數(shù)。 5.影響蠕變的主要因素有：溫度、應(yīng)力、顯微結(jié)構(gòu)、組成、晶體結(jié)構(gòu)。 6.采用霍爾效應(yīng)實(shí)驗(yàn)可以確定材料是電子導(dǎo)電，采用電解效應(yīng)實(shí)驗(yàn)可以確定材料是離子導(dǎo)電。7.離子擴(kuò)散的主要形式有：空位擴(kuò)散，間隙擴(kuò)散，亞晶格擴(kuò)散。 8.電解質(zhì)擊穿的主要形式有：電擊穿，熱擊穿，化學(xué)擊穿。 9.壓電效應(yīng)通?？煞譃?類(lèi)，分別是正壓電

10、效應(yīng)和逆壓電效應(yīng)。 10. 延性 (韌性)，脆性，脆性二、簡(jiǎn)答題(每小題5分，共40分)1. ，2（1）由于晶體微觀結(jié)構(gòu)中存在缺陷，當(dāng)受到外力作用時(shí)，在這些缺陷處就會(huì)引起應(yīng)力集中，導(dǎo)致裂紋成核。（2）材料表面的機(jī)械損傷與化學(xué)腐蝕形成表面裂紋。（3）由于熱應(yīng)力形成裂紋。3(1)提高原材料純度, (2) 摻加外加劑, (3) 改變工藝措施4是連續(xù)碰撞兩次的時(shí)間，e是電子的電量，m*是電子的有效質(zhì)量；主要因素有：電子和空穴有效質(zhì)量的大小，散射的強(qiáng)弱，摻雜濃度和溫度。5重要意義：建立了宏觀量er與微觀量a之間的關(guān)系，提供了計(jì)算介電性能參數(shù)的方法；適用范圍：分子間作用很弱的氣體、非極性液體和非極性固體，

11、一些NaCl型離子晶體和具有適當(dāng)對(duì)稱(chēng)的晶體。 6典型矩磁材料的磁滯回線： 繪圖（2分）磁滯回線呈矩形，在兩個(gè)方向上的剩磁可用于表示計(jì)算機(jī)二進(jìn)制的“0”和“1”，故適合于制成“記憶”元件。 （3分）7當(dāng)金屬溫度升高時(shí)，自由電子碰撞的次數(shù)增多，阻礙了電子的運(yùn)動(dòng)，因而電阻增大。而半導(dǎo)體當(dāng)溫度升高時(shí)才能激發(fā)出電子，并且是少數(shù)的，因而電阻減小。8介質(zhì)損耗的概念：（2分）電介質(zhì)在電場(chǎng)作用下，在單位時(shí)間內(nèi)因發(fā)熱而消耗的能量，稱(chēng)為電介質(zhì)的損耗功率，簡(jiǎn)稱(chēng)介質(zhì)損耗。介質(zhì)損耗的分類(lèi)：（3分）電導(dǎo)損耗、極化損耗、電離損耗、結(jié)構(gòu)損耗、宏觀結(jié)構(gòu)不均勻的介質(zhì)損耗。三、計(jì)算題（每小題10分，共20分）1. 無(wú)機(jī)材料絕緣電阻的

12、測(cè)量試樣的外徑f50mm，厚度h=2mm，電極尺寸如下圖所示，其中D126mm，D238mm，D348mm，另一面為全電極。采用直流三端電極法進(jìn)行測(cè)量。（1）請(qǐng)畫(huà)出測(cè)量試樣體電阻率和表面電阻率的接線電路圖。（4分）（2）若采用500V直流電源測(cè)出試樣的體電阻為250MW，表面電阻為50MW，計(jì)算該材料的體電阻率和表面電阻率。（6分）abgr1hr2EVA2.康寧玻璃（硅酸鋁玻璃）具有下列性能參數(shù)：熱導(dǎo)率= 0.021J/(cm.s.)；線膨脹系數(shù)= 4.610-6/；極限抗拉強(qiáng)度= 7.0kg/mm2, 彈性模量E=6700Kg/mm2,切變模量=0.25。求第一及第二熱沖擊斷裂抵抗因子。解：根據(jù) =170.3ºC （5分） （5分）四綜合分析題（10分）簡(jiǎn)述固體熱膨脹的微觀機(jī)理，并分析影響熱膨脹的因素。機(jī)理分析：固體材料的熱膨脹本質(zhì)，歸結(jié)為點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)中的質(zhì)點(diǎn)間的平均距離隨溫度升高而增大。由圖1可以看到，質(zhì)點(diǎn)在平衡位置