西工大-物理性能復(fù)習(xí)題答案

1復(fù)習(xí)題第一章-11、①一個(gè)具有5MeV能量的α粒子穿過原子，是否可用經(jīng)典力學(xué)來處理？②槍彈的質(zhì)量為0.02Kg，飛行速度為1000m/s，求其德布羅意波長，并討論有無必要用量子力學(xué)來處理？2、求下列粒子的德布羅意波的波長：①在300K以下平均熱動(dòng)能E=2/3(kT)運(yùn)動(dòng)的電子，②以30m/s運(yùn)動(dòng)的0.1Kg的高爾夫球，并討論有無必要用量子力學(xué)來處理？3、什么是物質(zhì)波，波函數(shù)表示的物理意義是什么？4、請對經(jīng)典自由電子學(xué)說，量子電子理論及能帶理論進(jìn)行比較。25、解釋費(fèi)密分布函數(shù)圖的物理意義。6、什么是費(fèi)密界？7、畫出準(zhǔn)自由電子模型的E-K曲線，并指出何處為允帶、禁帶？8、禁帶的起因是什么？9、什么是布里淵區(qū)？10、請分析準(zhǔn)自由電子近似能級密度曲線與自由電子近似的能級密度的不同。復(fù)習(xí)題第一章-2311、請畫出能帶交疊時(shí)的準(zhǔn)自由電子能級曲線并加以分析。12、請畫出二個(gè)H原子距離R≈0.53?時(shí)，形成穩(wěn)定的分子，二個(gè)電子占據(jù)的能級情況，并從能級角度說明。13、對金屬來說，如果N個(gè)原子鍵合（如果原子為同一量子狀態(tài)），晶體能級將發(fā)生什么變化？請畫出。14、測不準(zhǔn)關(guān)系表明了什么？是否是測量儀器不夠精確所致？15、是否可以將p,x同時(shí)測準(zhǔn)？為什么？16、請用能帶中的能級狀態(tài)密度Z(E)分布曲線來表示布氏區(qū)的能量狀態(tài)復(fù)習(xí)題第一章-34復(fù)習(xí)題電學(xué)1、金屬晶體產(chǎn)生電阻的根源是什么？2、試述金屬中電子散射系數(shù)μ同馬西森定律間的關(guān)系。3、簡述金屬電阻率在不同溫度范圍內(nèi)與溫度的關(guān)系。4、簡述雙電橋法測量電阻的優(yōu)點(diǎn)，有關(guān)導(dǎo)線和接觸電阻是如何消除的？5、如何采用電阻法測繪二元共晶圖中的溶解度曲線。6、請對二元連續(xù)固溶體電阻率與原子濃度間的關(guān)系用圖表示，并加以說明。7、如何用電阻法評價(jià)半導(dǎo)體單晶的純度？8、請用能帶理論解釋材料導(dǎo)體、半導(dǎo)體、絕緣體特性5復(fù)習(xí)題熱學(xué)-1試述經(jīng)典熱容理論、愛因斯坦熱容理論與德拜熱容理論比較的異同之處？德拜熱容理論的成功之處是什么？P291第2題P291第3題“所有金屬的熱容都是固定不變的，等于3R”此種說法對嗎？請結(jié)合金屬銅的熱容曲線說明。陶瓷材料與金屬材料熱容相比主要差別是什么？什么是一級相變？什么是二級相變？各有哪些變化？請比較DSC法、DTA法，各有什么特點(diǎn)?69、在金屬凝固和熔化熱分析曲線上實(shí)驗(yàn)曲線與理論曲線有何不同？為什么？10、試分析教科書中，圖5.18曲線11、P291第4題12、P291第5題13、影響熱膨脹的因素有哪些？14、P291第8題15、P291第9題16、鋼不同顯微組織的密度、比容排序17、P292第14題復(fù)習(xí)題熱學(xué)-27什么是原子固有磁矩？電子磁矩的最小單位是什么？金屬到底是抗磁性還是順磁性從那些方面判斷？正離子的抗磁性的特點(diǎn)正離子的順磁性的特點(diǎn)自由電子的順磁性的特點(diǎn)什么是鐵磁性材料的退磁場？與哪些因素有關(guān)？什么是自發(fā)磁化理論？形成鐵磁性的基本條件是什么？技術(shù)磁化的本質(zhì)是什么？哪些是組織敏感參數(shù)？哪些是組織不敏感參數(shù)？復(fù)習(xí)題磁學(xué)-18復(fù)習(xí)題磁學(xué)-212、P37610題13、P37612題14、P37613題15、P37614題16、P37615題17、P375第1題18、P375第2題19、P375第3題20、P375第4題91、①一個(gè)具有5MeV能量的α粒子穿過原子，是否可用經(jīng)典力學(xué)來處理？②槍彈的質(zhì)量為0.02Kg，飛行速度為1000m/s，求其德布羅意波長，并討論有無必要用量子力學(xué)來處理？第一章答案解：分別計(jì)算兩種情況的波長，加以判斷102、求下列粒子的德布羅意波的波長：①在300K以下平均熱動(dòng)能E=2/3(kT)運(yùn)動(dòng)的電子，②以30m/s運(yùn)動(dòng)的0.1Kg的高爾夫球，并討論有無必要用量子力學(xué)來處理？解：

當(dāng)電子的波長≈障礙物的縫隙（d晶格常數(shù)），波性顯示出來，需要用量子力學(xué)理論處理問題

高爾夫球波長很短，波性很不明顯，可以忽略不計(jì)，不必用量子力學(xué)理論處理113、什么是物質(zhì)波，波函數(shù)表示的物理意義是什么？解：物質(zhì)波是一種幾率波波函數(shù)的統(tǒng)計(jì)意義：在某一時(shí)刻，在空間的某一點(diǎn)，粒子出現(xiàn)的幾率，正比于該時(shí)刻、該地點(diǎn)的波函數(shù)的平方。1210、請分析準(zhǔn)自由電子近似能級密度曲線與自由電子近似的能級密度的不同。答：答案敘述在教科書P23~2413第二章答案1、P94第9題已知鎳—鐵合金中加入一定量的鉬，可以使合金由統(tǒng)計(jì)均勻狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)椴痪鶆蚬倘荏w……答：P95圖2.70普通無序狀固溶體，隨著冷變形量增加，電阻率明顯上升在不均勻K狀態(tài)時(shí)，冷變形使得固溶體不均勻組織被破壞轉(zhuǎn)變?yōu)槠胀o序狀固溶體，隨著冷變形量增加，電阻率明顯下降當(dāng)鉬含量大于1%時(shí)，電阻率隨冷變形量增加而下降，說明合金是K狀態(tài)。1%時(shí)，電阻率不變即為極限值142、P94第10題試評述下列建議：因?yàn)殂y有良好的導(dǎo)電性而且能夠在鋁中固溶一定的數(shù)量……答：a:固溶強(qiáng)化強(qiáng)度不夠高；電阻率增加；Al價(jià)格昂貴，不宜用于高壓輸電線b:鋁合金第二相強(qiáng)化、加工硬化等153、微觀粒子具有波性，它表示的物理意義是什么？以電子為例：電子是微觀粒子，具有波性。這種電子波是一種具有統(tǒng)計(jì)規(guī)律的幾率波。幾率波它決定了電子在空間某個(gè)位置出現(xiàn)的幾率?？臻g位置坐標(biāo)(x,y,z)，波函數(shù)為Φ(x,y,z,t)，t表示在t時(shí)刻，電子在空間(x,y,z)出現(xiàn)的幾率。函數(shù)寫為Φ（x，y，z，t）或Φ（r,t）3、答：4、請對經(jīng)典自由電子學(xué)說，量子電子理論及能帶理論進(jìn)行比較。4、答：復(fù)習(xí)題第一章-答案16經(jīng)典量子能帶價(jià)電子公有YYY價(jià)電子自由運(yùn)動(dòng)能量自由改變YYY量子化的準(zhǔn)自由電子允帶－量子化禁帶－能量不允許區(qū)金屬是一勢箱勢能Y常數(shù)Y常數(shù)Y周期場服從的規(guī)律理想氣體定律波爾茲曼統(tǒng)計(jì)費(fèi)米－狄拉克統(tǒng)計(jì)能量量子化費(fèi)米能EF量子化規(guī)律能帶(允帶，禁帶)在布里淵區(qū)界面上能量發(fā)生突變；在內(nèi)部能量量子化量子化規(guī)律＋周期場175、解釋費(fèi)密分布函數(shù)圖的物理意義。（費(fèi)米—狄拉克分布函數(shù)）5、答：費(fèi)米分布函數(shù)圖的意義：在熔點(diǎn)以下，雖然自由電子都受到而熱激發(fā)，但只是在EF附近kT范圍內(nèi)的電子，才能由EF以下能級跳到EF以上能級。即溫度變化時(shí)，只有小部分的電子受到影響。18當(dāng)溫度T>OK時(shí)，且EF>>kT（室溫kT=0.025eV）

（金屬在熔點(diǎn)之下皆滿足此條件）①T=0K時(shí)E≤EFf=1E＞EFf=0當(dāng)E=EF時(shí)f=1/2196、什么是費(fèi)密界？6、答：EF表示自由電子所能有的最大能量。稱為最大費(fèi)米能或費(fèi)米界7、畫出準(zhǔn)自由電子模型的E-K曲線，并指出何處為允帶、禁帶？7、答：208、禁帶的起因是什么？8、答：禁帶形成的物理學(xué)原理及條件

對于任意一個(gè)K值，不同列原子的反射波相位不同，由于干涉而相互抵消，即反射波為零。表示具有這樣K值的電子波在晶體中傳播沒有受到影響。當(dāng)前進(jìn)波的波長為:2a/n，即時(shí)，形成一個(gè)駐波形成禁帶，電子總速度=0；動(dòng)能=021

當(dāng)前進(jìn)波的波長λ滿足布喇格方程時(shí)，得到一加強(qiáng)的反射波駐波現(xiàn)象與晶體衍射現(xiàn)象完全相同電子突然失去前進(jìn)的速度和動(dòng)能形成駐波產(chǎn)生禁帶

周期場的效應(yīng)是把自由電子E-K關(guān)系的拋物線準(zhǔn)連續(xù)譜分割成為允許能量范圍的允帶和禁止能量范圍的禁帶229、什么是布里淵區(qū)？9、答：布里淵區(qū)——電子所允許存在的能量范圍。在布氏區(qū)內(nèi)部，電子能量是連續(xù)的。而在其界面，電子的能量將發(fā)生突變。12、請畫出二個(gè)H原子距離R≈0.53?時(shí)，形成穩(wěn)定的分子，二個(gè)電子占據(jù)的能級情況，并從能級角度說明。12、答：13、對金屬來說，如果N個(gè)原子鍵合（如果原子為同一量子狀態(tài)），晶體能級將發(fā)生什么變化？請畫出。13、答：N個(gè)原子鍵合時(shí)，一個(gè)原子能級，分裂為N個(gè)分子能級（能量下降）2314、測不準(zhǔn)關(guān)系表明了什么？是否是測量儀器不夠精確所致？14、答：測不準(zhǔn)關(guān)系表明：對于微觀粒子不能同時(shí)用確定的位置和確定的動(dòng)量來描述。也就是說用經(jīng)典力學(xué)的物理量來描述微觀粒子，是測不準(zhǔn)的，只能在一定的近似程度內(nèi)做到。對顯示波性的微觀粒子，如果要愈加精確地測量某一個(gè)量，另一個(gè)量就愈加測不準(zhǔn)。不是測量儀器不夠準(zhǔn)確15、是否可以將p,x同時(shí)測準(zhǔn)？為什么？15、答Δx位置測準(zhǔn)Δp≥h/Δx→∞P愈加測不準(zhǔn)

Δp動(dòng)量測準(zhǔn)Δx≥h/Δp→∞X愈加測不準(zhǔn)根據(jù)Δx·Δp≥h測不準(zhǔn)關(guān)系2416、請用能帶中的能級狀態(tài)密度Z(E)分布曲線來表示布氏區(qū)的能量狀態(tài)答：25復(fù)習(xí)題電學(xué)-答案1、答：當(dāng)電子波通過一個(gè)理想的點(diǎn)陣時(shí)(OK)，它將不受到散射；當(dāng)溫度↑，離子(又稱聲子)熱振動(dòng)，使電子波受到散射。在晶體點(diǎn)陣完整性受到破壞的地方，電子波受到散射，如置換原子，錯(cuò)位，缺陷等等。正是由于電子波在這些地方發(fā)生散射，才產(chǎn)生了電阻。1、金屬晶體產(chǎn)生電阻的根源是什么？262、試述金屬中電子散射系數(shù)μ同馬西森定律間的關(guān)系。2、答：電阻率：其中——散射因子μμ與溫度成正比馬基森定律3、簡述金屬電阻率在不同溫度范圍內(nèi)與溫度的關(guān)系。3、答：27ρ

∝

αTρ∝T5ρ∝T2在溫度T>(2/3)ΘD

ρ(T)∝

αT當(dāng)T<<ΘDρ∝T5極低溫(2K)時(shí)ρ∝T2

一般認(rèn)為純金屬在整個(gè)溫度區(qū)間電阻產(chǎn)生的機(jī)制是電子--聲子（離子）散射只是在極低溫(2K)時(shí)，ρ∝T2，這時(shí)電子---電子之間的散射構(gòu)成了電阻產(chǎn)生的主要機(jī)制原因：分析電阻溫度曲線：284、簡述雙電橋法測量電阻的優(yōu)點(diǎn)，有關(guān)導(dǎo)線和接觸電阻是如何消除的？ADCBiV4、答：實(shí)驗(yàn)已作過29②比較一下i1，i2，i3那個(gè)大，∵ACEF線路的電阻小。這樣只要X略有一點(diǎn)變動(dòng)，立即會(huì)大大地影響C點(diǎn)的電位，進(jìn)而影響D點(diǎn)的電位?！嗄莒`敏地反映出X待測電阻的變化，即測量精度較高。優(yōu)點(diǎn)：即可減少導(dǎo)線和接頭電阻引起的誤差。①∵檢流計(jì)G不是直接連接在X,N上，而是通過大電阻R1R2連接?！噙B接導(dǎo)線的電阻和接頭的接觸電阻引起的誤差，基本上不影響測量精度?！咚麄兣cR1R2相比很小，可忽略不計(jì)。VB=VD實(shí)際上已包含了他們的影響。30復(fù)習(xí)題熱學(xué)-1-答案試述經(jīng)典熱容理論、愛因斯坦熱容理論與德拜熱容理論比較的異同之處？1、答：經(jīng)典愛因斯坦德拜假設(shè)固體原子如同氣體分子1）晶格中每個(gè)原子獨(dú)立地做諧振動(dòng)2）晶格振動(dòng)的能量量子化3）每一個(gè)原子振動(dòng)的頻率ν都相同1）相鄰原子間協(xié)調(diào)齊步地振動(dòng)，形成德拜模型2）原子振動(dòng)具有很寬的振動(dòng)譜3）某頻率可能具有的諧振子數(shù)，由頻率分布函數(shù)g(ν)決定摩爾熱容C=dE/dT=3R=常數(shù)=24.9(J/mol·K)1）當(dāng)Ｔ大，C=3R=24.92）當(dāng)溫度很低時(shí)，1）當(dāng)Ｔ大，C=3R=24.92）當(dāng)溫度很低時(shí)，結(jié)論所有金屬的摩爾熱容量都是一個(gè)固定不變與溫度無關(guān)的常數(shù)——杜隆-珀替定律1）當(dāng)Ｔ大，和杜?。晏娑墒且恢碌?）當(dāng)溫度很低時(shí)，1）當(dāng)Ｔ大，和杜?。晏娑墒且恢碌?）當(dāng)溫度很低時(shí)，德拜熱容理論很好地描述了晶體熱容，CV,m∝T3就是著名的德拜三次方定律德拜熱容模型雖比愛因斯坦模型有很大進(jìn)步，但德拜把晶體看成是連續(xù)介質(zhì)。德拜熱容理論在高溫與極低溫區(qū)Ⅰ區(qū)域試驗(yàn)略有差異。這是因?yàn)榈掳堇碚撝悼紤]了晶格振動(dòng)對熱容的貢獻(xiàn)，但實(shí)際上自由電子也有部分貢獻(xiàn)。

實(shí)驗(yàn)指出：在低溫時(shí)，熱容和T3成比例。而上式的理論值比實(shí)驗(yàn)值更快地趨于零

誤差來源于：愛因斯坦忽略了鄰近原子之間存在的聯(lián)系。認(rèn)為每個(gè)原子的振動(dòng)頻率是相同的322、德拜熱容理論的成功之處是什么？2、答案見上表3、P291第2題3、答案見書P2174、P291第3題4、答案見書P223圖5.10，圖5.116、陶瓷材料與金屬材料熱容相比主要差別是什么？6、答案見書P218圖5.433什么是原子固有磁矩？電子磁矩的最小單位是什么？金屬到底是抗磁性還是順磁性從那些方面判斷？正離子的抗磁性的特點(diǎn)正離子的順磁性的特點(diǎn)自由電子的順磁性的特點(diǎn)什么是鐵磁性材料的退磁場？與哪些因素有關(guān)？什么是自發(fā)磁化理論？形成鐵磁性的基本條件是什么？技術(shù)磁化的本質(zhì)是什么？哪些是組織敏感參數(shù)？哪些是組織不敏感參數(shù)？復(fù)習(xí)題磁學(xué)-134復(fù)習(xí)題磁學(xué)-212、P37610題13、P37612題14、P37613題15、P37614題16、P37615題17、P375第1題18、P375第2題19、P375第3題20、P375第4題351、答：原子固有磁矩（本征磁矩）=電子軌道磁矩（矢量）+電子自旋磁矩（矢量）2、答：玻爾磁子μB3、答：正離子的抗磁性、正離子的順磁性、自由電子的抗磁性、自由電子的順磁性復(fù)習(xí)題磁學(xué)-答案36單位體積中的正離子數(shù)正離子的電子數(shù)電子質(zhì)量電子軌道半徑平方平均值任何物質(zhì)在外磁場作用下都要產(chǎn)生抗磁性χ抗數(shù)量級很小10-6，常被順磁性或其它磁性掩蓋4、答：χ抗與z成正比，與溫度、磁場強(qiáng)弱無關(guān)37答：正離子的順磁性來源于原子的固有磁矩（本征磁矩）m產(chǎn)生順磁性的條件——原子的固有磁矩m≠0居里定律正離子的順磁性與溫度成反比答：自由電子主要表現(xiàn)為順磁性順磁磁化率：38答：鐵磁性材料被磁化后，內(nèi)部形成于外磁場方向相反的磁場Hd。退磁場與磁化強(qiáng)度M成正比；退磁因子與鐵磁體的形狀有關(guān)。閉合環(huán)形試樣無退磁場，最易磁化答：鐵磁性物質(zhì)內(nèi)部存在很強(qiáng)的“分子場”，在此作用下，原子磁矩。。。P303答：①原子內(nèi)部要