材料性能學(xué)知到智慧樹章節(jié)測試課后答案2024年秋聊城大學(xué)

材料性能學(xué)知到智慧樹章節(jié)測試課后答案2024年秋聊城大學(xué)第一章單元測試

實際彈性材料存在不同程度的滯彈性，形變依時間而變。（）

A:對B:錯

答案:對包申格效應(yīng)是指金屬材料經(jīng)預(yù)先加載產(chǎn)生少量塑性變形（殘余應(yīng)變小于4%），然后再同向加載，規(guī)定殘余伸長應(yīng)力增加，反向加載，規(guī)定殘余伸長應(yīng)力降低的現(xiàn)象。（）

A:對B:錯

答案:對非理想彈性變形：滯彈性和粘彈性存在的原因是什么？包申格效應(yīng)如何利用和避免？偽彈性用于形狀記憶合金的原理是什么？金屬和高分子彈性變形產(chǎn)生內(nèi)耗的機理是什么？

答案:1.非理想彈性變形中，滯彈性的存在原因主要是材料內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)的重新調(diào)整需要時間，而粘彈性的原因則是材料同時表現(xiàn)出粘性（流體特性）和彈性（固體特性）。2.包申格效應(yīng)的利用在于通過預(yù)先進行一個方向的加載和卸載，使材料在后續(xù)相反方向的加載中展現(xiàn)出增強的力學(xué)性能。避免包申格效應(yīng)主要是通過熱處理或選擇合適材料及加工工藝來減少或消除內(nèi)部殘余應(yīng)力。3.偽彈性用于形狀記憶合金的原理是基于合金在低溫馬氏體相變和高溫奧氏體相變之間的可逆轉(zhuǎn)換，通過加熱或冷卻使其在預(yù)設(shè)形狀和變形形狀之間切換。4.金屬彈性變形產(chǎn)生內(nèi)耗的機理主要是位錯運動時與晶體缺陷的交互作用導(dǎo)致的能量耗散；高分子彈性變形的內(nèi)耗則源于鏈段運動時的相互摩擦以及分子間相互作用力造成的能量損失。塑性變形：滑移和孿生對金屬塑性變形都有什么貢獻？鋁合金和鋼鐵變形強化的機理是什么？汽車車身板材以鋁代鋼為什么存在問題？

答案:滑移和孿生都是金屬塑性變形的重要機制，它們的貢獻在于使材料在受力時能夠發(fā)生形狀變化而不破裂。1.**滑移**貢獻于塑性變形主要是通過位錯在晶體平面（滑移面）上的運動，導(dǎo)致原子層面的相對滑動，從而使得材料整體發(fā)生塑性形變。這一過程能夠吸收外加的機械能并轉(zhuǎn)化為材料內(nèi)部的畸變能。2.**孿生**則是另一種塑性變形機制，它涉及到晶體的一部分沿著特定的晶面和晶向相對于另一部分發(fā)生均勻的切變，形成鏡面對稱的結(jié)構(gòu)（孿晶）。孿生通常在滑移難以進行或受到限制時發(fā)生，為材料提供了額外的塑性變形能力。**鋁合金和鋼鐵變形強化的機理：**-**鋁合金**：主要通過位錯的交互作用、纏結(jié)和塞積來實現(xiàn)強化。在塑性變形過程中，位錯密度增加，相互阻礙進一步移動，這導(dǎo)致材料硬度和強度提高，即加工硬化（變形強化）。-**鋼鐵**：鋼鐵的變形強化同樣涉及位錯的增殖與阻礙，但其機理更加復(fù)雜，包括固溶強化、細晶強化以及第二相強化等。其中，固溶強化是指溶質(zhì)原子干擾位錯運動；細晶強化是因為晶粒越小，晶界越多，位錯遇到的障礙也越多；第二相強化則是通過在基體中析出硬質(zhì)相顆粒，這些顆粒能夠有效釘扎位錯，阻止其滑移。**汽車車身板材以鋁代鋼存在的問題：**1.**成本**：鋁材的成本通常高于鋼材，這直接影響了制造成本。2.**加工難度**：鋁合金的加工硬化效應(yīng)比鋼材更顯著，這意味著需要更高強度的設(shè)備和更復(fù)雜的工藝來成型。3.**焊接性**：鋁合金的焊接比鋼材更為復(fù)雜，需要特殊技術(shù)和工藝，且焊接接頭的強度和耐腐蝕性可能不如鋼材。4.**連接技術(shù)**：由于物理性質(zhì)的不同，鋁板與鋼件的連接技術(shù)需要重新設(shè)計和驗證，增加了設(shè)計和制造的復(fù)雜度。5.**耐撞性**：雖然鋁合金可以減輕車身重量，但其能量吸收特性與鋼材不同，可能影響汽車的碰撞安全性能，需要特別設(shè)計以滿足安全標準。斷裂：在低碳鋼和高碳鋼拉伸斷裂過程中，晶界所起的作用有何區(qū)別？低應(yīng)力斷裂產(chǎn)生的原因有哪些？

答案:低碳鋼：晶界作用較小，主要為韌性斷裂。高碳鋼：晶界作用較大，容易發(fā)生脆性斷裂。低應(yīng)力斷裂產(chǎn)生原因：環(huán)境介質(zhì)腐蝕、材料內(nèi)部缺陷、高循環(huán)疲勞、氫脆、加工硬化等。

第二章單元測試

熱膨脹的實質(zhì)是原子的非簡諧振動。（）

A:錯B:對

答案:對聲子的速度僅與晶體密度和彈性力學(xué)性質(zhì)有關(guān)，與頻率無關(guān)。（）

A:錯B:對

答案:對熱電制冷是可逆的熱力學(xué)過程。（）

A:錯B:對

答案:錯簡述熱傳導(dǎo)的微觀機理和影響因素。

答案:熱傳導(dǎo)的微觀機理主要是通過物質(zhì)內(nèi)部粒子（如原子、分子）的熱運動和相互碰撞來傳遞能量。當(dāng)物質(zhì)內(nèi)部存在溫差時，高溫區(qū)的粒子動能高于低溫區(qū)，高能粒子與相鄰低能粒子碰撞時會傳遞部分能量，導(dǎo)致能量從高溫區(qū)域向低溫區(qū)域轉(zhuǎn)移，從而實現(xiàn)熱量的傳導(dǎo)。影響熱傳導(dǎo)的因素主要包括：1.材料性質(zhì)：導(dǎo)熱系數(shù)是表征材料導(dǎo)熱能力的物理量，不同材料的導(dǎo)熱系數(shù)差異大，如金屬通常具有較高的導(dǎo)熱系數(shù)，而絕緣體則較低。2.溫度差：溫差越大，熱量傳遞的動力越強，導(dǎo)熱速率越快。3.材料的結(jié)構(gòu)和密度：材料的微觀結(jié)構(gòu)（如晶體結(jié)構(gòu)、缺陷）、密度等也會影響熱傳導(dǎo)效率。4.物質(zhì)的狀態(tài)：固體、液體和氣體的導(dǎo)熱性能不同，一般而言，固體>液體>氣體。5.尺寸和形狀：導(dǎo)熱物體的幾何尺寸及形狀影響熱流路徑，進而影響熱傳導(dǎo)過程。解釋為什么玻璃的熱導(dǎo)率常低于晶態(tài)固體幾個數(shù)量級。

答案:玻璃的熱導(dǎo)率低于晶態(tài)固體幾個數(shù)量級主要是因為其非晶質(zhì)結(jié)構(gòu)。在晶體中，原子或分子按照有序的周期性排列，形成了明確的晶格結(jié)構(gòu)，這有利于聲子（晶格振動的能量量子）的傳播，從而高效傳遞熱量。而玻璃是一種無定形固體，其內(nèi)部原子或分子排列混亂無序，導(dǎo)致聲子的散射增加，聲子傳播路徑受阻，熱傳導(dǎo)效率大大降低。因此，相比于晶態(tài)固體，玻璃的熱導(dǎo)率要低幾個數(shù)量級。

第三章單元測試

因為尺寸越大磁彈性能就越高，因此封閉磁疇結(jié)構(gòu)還要分成更小的封閉疇使得磁彈性能更低。（）

A:對B:錯

答案:對在未加磁場時，材料是自發(fā)磁化形成的兩個磁疇，磁疇壁通過夾雜相。（）

A:對B:錯

答案:對鐵磁性材料會什么會形成磁疇？

答案:鐵磁性材料會形成磁疇是因為在其內(nèi)部存在微觀尺度上的磁化區(qū)域，這些區(qū)域內(nèi)的原子磁矩（即電子的自旋和軌道磁矩）自發(fā)地排列成一致的方向，形成小范圍的磁化區(qū)域，即磁疇。這種自發(fā)磁化現(xiàn)象是由于鐵磁性材料中的電子能級結(jié)構(gòu)和交換作用力共同作用的結(jié)果。簡述鐵磁材料的磁化過程。

答案:0簡要歸納鐵磁性在金屬研究中的應(yīng)用。

答案:鐵磁性在金屬研究中的應(yīng)用主要包括以下幾點：1.**磁性材料開發(fā)**：用于制造永磁體、軟磁材料和磁記錄介質(zhì)等，廣泛應(yīng)用于電子、電力、通信和數(shù)據(jù)存儲等領(lǐng)域。2.**電機與發(fā)電機**：利用鐵磁材料的磁化特性，提高電磁轉(zhuǎn)換效率，是電動機、發(fā)電機等設(shè)備的核心部件。3.**傳感器技術(shù)**：基于鐵磁材料的磁敏效應(yīng)，開發(fā)各種傳感器，如速度傳感器、位置傳感器、電流傳感器等，用于自動化控制、監(jiān)測和測量系統(tǒng)。4.**磁性存儲器**：如硬盤驅(qū)動器，利用鐵磁薄膜的可逆磁化特性進行高密度數(shù)據(jù)存儲。5.**磁性分離技術(shù)**：在礦石處理、廢棄物回收及生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中，利用不同物質(zhì)磁性差異進行高效分離和提純。6.**磁性軸承**：提供無接觸支撐，減少摩擦和磨損，提高系統(tǒng)精度和可靠性。7.**磁共振成像（MRI）**：醫(yī)療領(lǐng)域中，利用鐵磁性物質(zhì)在強磁場中的行為進行人體內(nèi)部結(jié)構(gòu)成像。8.**磁性納米技術(shù)**：在藥物傳遞、細胞分離、催化等領(lǐng)域有重要應(yīng)用，利用納米尺度鐵磁顆粒的獨特性質(zhì)。這些應(yīng)用展示了鐵磁性在現(xiàn)代科技和工業(yè)中的基礎(chǔ)性和廣泛性作用。

第四章單元測試

臨界磁場就是能破壞超導(dǎo)態(tài)的最小磁場，它與超導(dǎo)材料的性質(zhì)無關(guān)。（）

A:錯B:對

答案:錯請描述半導(dǎo)體導(dǎo)電性敏感效應(yīng)的種類及其原理，并談?wù)劯髯缘膽?yīng)用現(xiàn)狀。

答案:半導(dǎo)體導(dǎo)電性敏感效應(yīng)主要包括以下幾種：1.**熱敏效應(yīng)**：半導(dǎo)體的電阻會隨溫度變化而顯著改變。這種效應(yīng)被用于制造熱敏電阻，廣泛應(yīng)用于溫度測量、溫度控制以及電路中的過熱保護。2.**光敏效應(yīng)**：當(dāng)半導(dǎo)體材料受到光照時，其導(dǎo)電性能會發(fā)生變化。這一特性使得光敏電阻、光電池（光伏效應(yīng)）和光電二極管等器件得以應(yīng)用，廣泛用于太陽能轉(zhuǎn)換、自動控制、光學(xué)傳感器等領(lǐng)域。3.**磁敏效應(yīng)**：某些半導(dǎo)體的電阻會隨外加磁場的變化而變化，這稱為磁阻效應(yīng)?；诖嗽淼拇琶粼绱琶綦娮?、霍爾元件等，被用于磁場檢測、位置傳感、速度測量及無觸點開關(guān)等。4.**壓阻效應(yīng)**：半導(dǎo)體的電阻率會隨所受機械應(yīng)力的變化而變化，即壓阻效應(yīng)。利用該效應(yīng)制造的壓阻傳感器被廣泛應(yīng)用于壓力測量、重量感應(yīng)、慣性導(dǎo)航等領(lǐng)域。5.**氣敏效應(yīng)**：某些半導(dǎo)體材料在接觸到特定氣體時，其電導(dǎo)率會發(fā)生改變?；诖嗽淼臍饷魝鞲衅鞅挥糜跉怏w成分分析、環(huán)境監(jiān)測、安全報警系統(tǒng)等。這些效應(yīng)及其原理在現(xiàn)代電子技術(shù)、自動化控制、信息處理、能源轉(zhuǎn)換等多個領(lǐng)域有著極其廣泛的應(yīng)用，是信息技術(shù)發(fā)展的重要基礎(chǔ)。電介質(zhì)極化的類型及其原理。

答案:電介質(zhì)極化的類型包括：1.電子式極化2.離子式極化3.偶極子取向極化4.空間電荷極化5.轉(zhuǎn)向極化原理簡述：-電子式極化：外電場作用下，介質(zhì)中正負電荷中心不重合，電子云微小位移產(chǎn)生凈偶極矩。-離子式極化：離子晶體中正負離子相對位移，但不跨越晶格位置，形成宏觀偶極矩。-偶極子取向極化：極性分子的固有偶極矩在外電場作用下重新排列取向，整體呈現(xiàn)極化。-空間電荷極化：在非對稱或有缺陷的介質(zhì)中，電場使自由電荷分離，形成空間上的電荷分布。-轉(zhuǎn)向極化：某些介電材料中的大分子鏈或自由偶極子在外電場作用下旋轉(zhuǎn)，其固有偶極矩轉(zhuǎn)向電場方向，導(dǎo)致極化。簡述介電常數(shù)以及影響介電常數(shù)的因素。

答案:介電常數(shù)（DielectricConstant，符號為ε）是表征電介質(zhì)極化程度的物理量，反映材料在電場作用下儲存電能的能力，相對介電常數(shù)（相對真空的介電常數(shù)）通常用于衡量絕緣材料的電性能。它定義為材料中電場強度與該材料外施加的電勢差比值與真空中相同比值的比值。影響介電常數(shù)的因素主要包括：1.**分子極性**：極性分子材料的介電常數(shù)高于非極性分子材料，因為極性分子更容易在電場作用下取向極化。2.**溫度**：對于大多數(shù)材料，介電常數(shù)隨溫度升高而降低，但某些含有水合物的材料可能表現(xiàn)出相反的趨勢。3.**頻率**：在交變電場中，介電常數(shù)可能隨電場頻率變化，這種現(xiàn)象稱為介電弛豫，不同材料在不同頻率下的介電響應(yīng)各異。4.**濕度**：由于水的介電常數(shù)很高，材料的含水量增加通常會導(dǎo)致其介電常數(shù)增大。5.**機械應(yīng)力**：材料受到的機械應(yīng)力可以改變其分子結(jié)構(gòu)和排列，從而影響介電常數(shù)。6.**雜質(zhì)和缺陷**：材料中的雜質(zhì)和晶體缺陷可以干擾電荷的分布，影響介電性能。7.**厚度和幾何形狀**：在特定條件下，如薄膜或多層結(jié)構(gòu)中，介電常數(shù)可能會受到材料厚度和幾何形狀的影響。簡述電介質(zhì)損耗的形式及其原理。

答案:電介質(zhì)損耗主要有以下幾種形式：1.電導(dǎo)損耗：在電場作用下，電介質(zhì)中不可避免地存在少量自由電荷（離子、電子等），這些自由電荷的移動形成電流，從而造成能量損耗。其原理類似于導(dǎo)體中的電流引起的焦耳熱損失。2.極化損耗：當(dāng)電介質(zhì)置于電場中時，介質(zhì)中的分子或原子會發(fā)生極化，即正負電荷中心分離，形成偶極子。在交變電場作用下，這些偶極子的轉(zhuǎn)向跟不上電場的快速變化，導(dǎo)致能量轉(zhuǎn)換為熱能而損耗。這種損耗與介質(zhì)的極化機制（如電子位移極化、離子位移極化、偶極子取向極化等）密切相關(guān)。3.游離損耗：在強電場作用下，電介質(zhì)中可能產(chǎn)生局部放電或電離現(xiàn)象，形成游離區(qū)。這些游離過程消耗電能并轉(zhuǎn)化為熱能和光能等，導(dǎo)致電介質(zhì)性能下降。4.弛豫損耗：在某些電介質(zhì)中，極化過程不是瞬時完成的，而是需要一定時間（弛豫時間）。當(dāng)外加電場頻率與介質(zhì)的固有弛豫時間匹配時，極化過程跟不上電場的變化，產(chǎn)生額外的能量損耗，稱為弛豫損耗。這主要與介質(zhì)內(nèi)部的結(jié)構(gòu)和分子運動特性有關(guān)。

第五章單元測試

金屬斷口微觀特征主要是韌窩。（）

A:錯B:對

答案:對脆性斷裂的斷口一般與正應(yīng)力垂直，比較齊平光亮，呈放射狀或結(jié)晶狀。（）

A:錯B:對

答案:對材料壓電性能的主要參數(shù)及其意義。

答案:材料壓電性能的主要參數(shù)包括：1.**介電常數(shù)**（DielectricConstant）：衡量材料在電場作用下極化程度的物理量，反映材料存儲電能的能力。介電常數(shù)越大，材料的電容效應(yīng)越強。2.**壓電常數(shù)**（PiezoelectricCoefficient）：描述材料在機械應(yīng)力作用下產(chǎn)生電荷的能力，以及在電場作用下產(chǎn)生形變的能力。它分為橫向和縱向壓電常數(shù)，分別對應(yīng)不同的應(yīng)力/應(yīng)變方向與電場方向的關(guān)系，是評價材料壓電性能好壞的關(guān)鍵參數(shù)。3.**彈性常數(shù)**（ElasticConstant）：描述材料抵抗形變的能力，包括楊氏模量、剪切模量等，影響材料將電能轉(zhuǎn)換為機械振動（或反之）的效率。4.**機電耦合系數(shù)**（ElectromechanicalCouplingCoefficient）：表示壓電材料中機械能與電能轉(zhuǎn)換效率的度量，值范圍在0到1之間，越接近1表示能量轉(zhuǎn)換效率越高。5.**居里點**（CuriePoint）：材料失去壓電性的溫度，超過此溫度，由于相變，壓電效應(yīng)消失。6.**諧振頻率**（ResonantFrequency）：材料在特定條件下振動的自然頻率，對設(shè)計傳感器和執(zhí)行器的工作頻率范圍有重要影響。這些參數(shù)共同決定了材料在壓電應(yīng)用中的適用性和性能，如傳感器、執(zhí)行器、換能器等設(shè)備的設(shè)計與優(yōu)化。什么是自發(fā)極化？討論自發(fā)極化的原因。

答案:自發(fā)極化是某些電介質(zhì)材料在無外加電場條件下內(nèi)部自發(fā)形成的電偶極矩現(xiàn)象。這種現(xiàn)象源自于材料內(nèi)部的微觀結(jié)構(gòu)不對稱性，導(dǎo)致正負電荷中心不重合，從而在晶體中產(chǎn)生永久性的電偶極子排列。什么是鐵電體？鐵電體具有哪些特性？

答案:鐵電體是一種具有自發(fā)極化特性的晶體材料，即使在沒有外加電場的情況下，其內(nèi)部仍能保持一定的極化狀態(tài)。鐵電體的主要特性包括：1.自發(fā)極化：鐵電體中的正負電荷中心不重合，導(dǎo)致在晶體內(nèi)部產(chǎn)生永久的電偶極矩。2.電滯回線：當(dāng)鐵電體受到外加電場作用時，其極化強度與電場的關(guān)系呈現(xiàn)出典型的電滯回線特征。3.可逆極化切換：通過改變外加電場的方向，可以改變鐵電體內(nèi)部的極化方向。4.居里點：鐵電體的鐵電性在達到一定溫度（居里溫度）時會消失，轉(zhuǎn)變?yōu)轫橂娤唷?.壓電效應(yīng)：鐵電體在機械應(yīng)力作用下會產(chǎn)生電荷，反之施加電場也能引起形變，具有壓電性能。6.介電常數(shù)高：鐵電體在電場作用下的介電響應(yīng)較強，顯示出較高的介電常數(shù)。7.拓撲結(jié)構(gòu)：鐵電體中可能存在疇結(jié)構(gòu)，即極化方向不同的微區(qū)域，它們的排列和變化對鐵電體的性質(zhì)有重要影響。

第六章單元測試

壓電式傳感器中的壓電元件材料一般有三類：單晶體、多晶體、高分子壓電材料。（）

A:對B:錯

答案:對鐵電體需要極化處理才能顯示熱釋電和壓電效應(yīng)。（）

A:錯B:對

答案:對壓電體、熱釋電體和鐵電體在晶體結(jié)構(gòu)上有什么區(qū)別？

答案:壓電體：具有非中心對稱的晶體結(jié)構(gòu)，可以將機械能轉(zhuǎn)換為電能，也可以將電能轉(zhuǎn)換為機械能。熱釋電體：具有