2008材料物理考题(B)

课程号： 0302053 材料物理A期末考试试卷（B）考试形式：闭卷考试 考试时间：120分钟班号_ 学号_ 姓名_ 得分_题号一二三四总分得分一、填空题(每小题3分，共30分)1.一陶瓷含体积百分比为95%的Al2O3(E=380GPa)和5%的玻璃相(E=84GPa)，其上限弹性模量为_331.33GPa_；下限弹性模量为_293.11GPa_。2.物质的磁性分为 三类 类；分别为 顺磁性 ； 抗磁性 ； 铁磁性 。3铁电畴的定义是 铁电体从顺电相变为铁电相具有自发极化，这种自发极化一致的区域叫做铁电畴 。4.描述材料热学性能的指标有 热容 ；热传导系数 ；热膨胀系数 。5.影响蠕变的主要因素 温度 ； 应力 ； 组成 ； 显微结构 ； 晶体结构 。6.采用 霍尔效应 实验可以确定材料是电子导电，采用 电解效应 实验可以确定材料是离子导电。7.离子扩散的主要形式有 间隙扩散 ； 空位扩散 ； 亚晶格间隙扩散 。8.介质击穿的主要形式有 电击穿 ； 热击穿 ； 化学击穿 。9.压电效应可分为 2 类， 分别是 正压电效应 和 负压电效应 。10.根据断裂前发生塑性形变的情况，大体上可把材料的断裂方式分为 脆性 断裂和 韧性 断裂，其中 脆性 断裂具有很大的危险性! 二、简答题(每小题5分，共40分)1已知铁的表面能，杨氏模量，晶格常数，求铁的最大断裂强度；如果在铁中存在一个长度为的裂纹，此时铁的断裂强度与没有裂纹存在时一样吗？若不一样，请算出断裂强度的大小？不一样，2简述裂纹的起源与快速扩展的原因？（1）由于晶体微观结构中存在缺陷，当受到外力作用时，在这些缺陷处就会引起应力集中，导致裂纹成核。（2）材料表面的机械损伤与化学腐蚀形成表面裂纹。（3）由于热应力形成裂纹。裂纹快速扩展的原因：裂纹扩展是单位面积所释放的能量大于形成新的单位表面所需要的表面能1晶体微观结构的缺陷，应力在缺陷处集中生成裂纹的核 2由于表面的机械损伤、化学腐蚀产生表面裂纹 3 由于热应力的作用产生裂纹快速扩展的原因：材料在形成新裂纹时所释放的能量大于新表面形成时所需的表面能3提高无机材料透光性的措施有哪些?(1)提高原材料纯度, (2) 掺加外加剂, (3) 改变工艺措施1提高纯度 2添加外加剂 3改变工艺措施提高原材料纯度，掺加外加剂 改良工艺措施4说出电子迁移率 中各参量的物理意义？影响迁移率的主要因素是什么？J：电子两次碰撞所需时间的平均值，e是电子所带电荷，m是电子的有效质量电子及空穴的有效质量，散射的强弱，掺杂浓度和温度是连续碰撞两次的时间，e是电子的电量，m*是电子的有效质量；主要因素有：电子和空穴有效质量的大小，散射的强弱，掺杂浓度和温度。5建立的重要意义及适用范围？建立了宏观量e和微观量a之间的关系，提供了计算介电性能参数的方法适用范围：分子间作用小的气体，非极化液体或固体，NaCl类型和具有适当对称结构的晶体重要意义：建立了宏观量er与微观量a之间的关系，提供了计算介电性能参数的方法；适用范围：分子间作用很弱的气体、非极性液体和非极性固体，一些NaCl型离子晶体和具有适当对称的晶体。 6画出典型的矩磁材料的磁滞回线，并简单说明矩磁材料的应用。磁滞线呈矩形，在两方面的剩磁正好能表示计算机中的“0”和“1”，因此矩磁性材料常用于制作“记忆”元件。磁滞回线呈矩形，在两个方向上的剩磁可用于表示计算机二进制的“0”和“1”，故适合于制成“记忆”元件。（3分）7为什么金属的电阻因温度升高而增大，而半导体的电阻却因温度的升高而减小？金属在温度升高之后，自由电子的碰撞加剧，对电子的定向运动起到阻碍作用，因而电阻增大，而半导体只有温度升高时才能激发电子，且数量很少，所以电阻较小当金属温度升高时，自由电子碰撞的次数增多，阻碍了电子的运动，因而电阻增大。而半导体当温度升高时才能激发出电子，并且是少数的，因而电阻减小。8简述介质损耗的概念及分类。概念：电解质在电厂作用下，在单位时间内因发热而消耗的能量，成为电解质的损耗功率，又叫介质损耗分类：电导 电离 结构 极化介质损耗的概念：电介质在电场作用下，在单位时间内因发热而消耗的能量，称为电介质的损耗功率，简称介质损耗。介质损耗的分类：电导损耗、极化损耗、电离损耗、结构损耗、宏观结构不均匀的介质损耗。三、计算题（每小题10分，共20分）1. 无机材料绝缘电阻的测量试样的外径f50mm，厚度h=2mm，电极尺寸如下图所示，其中D126mm，D238mm，D348mm，另一面为全电极。采用直流三端电极法进行测量。（1） 请画出测量试样体电阻率和表面电阻率的接线电路图。hagD1D2D3f（2） 若采用500V直流电源测出试样的体电阻为250MW，表面电阻为50MW，计算该材料的体电阻率和表面电阻率。2康宁1723玻璃（硅酸铝玻璃）具有下列性能参数：热导率= 0.021J/(cm.s.)；线膨胀系数=4.610-6/；极限抗拉强度=7.0kg/mm2, 弹性模量E = 6700Kg/mm2,切变模量= 0.25。求第一及第二热冲击断裂抵抗因子。四综合分析题（10分）简述固体热膨胀的微观机理，并分析影响热膨胀的因素。附：基本公式1 第一、第二和第三热断裂抵抗因子分别为2介质对光吸收的一般规律： 3光散射方程： 4反射系数(m) ： 5费米分布函数： 6体电阻率的理论表达式： 体电阻率的实验表达式： 7薄圆片式样表面电阻率表达式： 8导带中导电电子的浓度：价带中空穴的浓度：9滑移面上F方向的应力为 ： 10理论断裂强度：11格利菲斯裂纹断裂强度： 12胡克定律： 课程号： 0302053 材料物理A期末考试试卷B标准答案考试形式：闭卷考试 考试时间：120分钟一. 填空题(每小题3分，共30分)1.上限弹性模量为331.33GPa; 下限弹性模量为293.11GPa 。 2.物质的磁性分为3类；分别为顺磁性、抗磁性、铁磁性。 3.铁电畴的定义是：铁电体从顺电相转变为铁电相时具有自发极化，自发极化一 致的区域称为铁电畴。 4.描述无机材料热学性能的指标有：热熔，热传导系数，热膨胀系数。 5.影响蠕变的主要因素有：温度、应力、显微结构、组成、晶体结构。 6.采用霍尔效应实验可以确定材料是电子导电，采用电解效应实验可以确定材料是离子导电。7.离子扩散的主要形式有：空位扩散，间隙扩散，亚晶格扩散。 8.电解质击穿的主要形式有：电击穿，热击穿，化学击穿。 9.压电效应通常可分为2类，分别是正压电效应和逆压电效应。 10. 延性 (韧性)，脆性，脆性二、简答题(每小题5分，共40分)1. ，2（1）由于晶体微观结构中存在缺陷，当受到外力作用时，在这些缺陷处就会引起应力集中，导致裂纹成核。（2）材料表面的机械损伤与化学腐蚀形成表面裂纹。（3）由于热应力形成裂纹。3(1)提高原材料纯度, (2) 掺加外加剂, (3) 改变工艺措施4是连续碰撞两次的时间，e是电子的电量，m*是电子的有效质量；主要因素有：电子和空穴有效质量的大小，散射的强弱，掺杂浓度和温度。5重要意义：建立了宏观量er与微观量a之间的关系，提供了计算介电性能参数的方法；适用范围：分子间作用很弱的气体、非极性液体和非极性固体，一些NaCl型离子晶体和具有适当对称的晶体。 6典型矩磁材料的磁滞回线： 绘图（2分）磁滞回线呈矩形，在两个方向上的剩磁可用于表示计算机二进制的“0”和“1”，故适合于制成“记忆”元件。 （3分）7当金属温度升高时，自由电子碰撞的次数增多，阻碍了电子的运动，因而电阻增大。而半导体当温度升高时才能激发出电子，并且是少数的，因而电阻减小。8介质损耗的概念：（2分）电介质在电场作用下，在单位时间内因发热而消耗的能量，称为电介质的损耗功率，简称介质损耗。介质损耗的分类：（3分）电导损耗、极化损耗、电离损耗、结构损耗、宏观结构不均匀的介质损耗。三、计算题（每小题10分，共20分）1. 无机材料绝缘电阻的测量试样的外径f50mm，厚度h=2mm，电极尺寸如下图所示，其中D126mm，D238mm，D348mm，另一面为全电极。采用直流三端电极法进行测量。（1）请画出测量试样体电阻率和表面电阻率的接线电路图。（4分）（2）若采用500V直流电源测出试样的体电阻为250MW，表面电阻为50MW，计算该材料的体电阻率和表面电阻率。（6分）abgr1hr2EVA2.康宁玻璃（硅酸铝玻璃）具有下列性能参数：热导率= 0.021J/(cm.s.)；线膨胀系数= 4.610-6/；极限抗拉强度= 7.0kg/mm2, 弹性模量E=6700Kg/mm2,切变模量=0.25。求第一及第二热冲击断裂抵抗因子。解：根据 =170.3C （5分） （5分）四综合分析题（10分）简述固体热膨胀的微观机理，并分析影响热膨胀的因素。机理分析：固体材料的热膨胀本质，归结为点阵结构中的质点间的平均距离随温度升高而增大。由图1可以看到，质点在平衡位置