2009材料物理考题(B)讲解

1、中国地质大学（北京）2009年秋季学期第 页共3页2009年12月第1页共3页2009年12月课程号：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一一二三四总分得分一、填空题（每小题3分，共30分）1裂纹的扩展方式有错开型；掰开型；撕开型。2物质的磁性分为类；分别为抗磁性；顺磁性；铁磁性。铁电畴的定义是铁电体从顺电相变为铁电具有的自发极化，自发极化一致的区域叫做铁电畴。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；组成；显微结构；晶体结构；应力。6.陶瓷含体积百分比为95%的Al2O3（E=380GPa）

2、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_。7影响离子电导率的主要因素有温度；晶体结构；晶体缺陷；非化学计量比产生的晶格缺陷。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逆压电效应。10影响热导率的因素有温度；显微结构；化学组成；气孔。二、简答题（每小题5分，共35分）1-已知铁的表面能丫=2J/m2,杨氏模量e=2x102GPa，晶格常数a=2.5x10-10m,求铁的最大断裂强度；如果在铁中存在一个长度为10 x10-iom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

3、，请算出断裂强度的大小？不一样，铁表面断裂强度是40GPa28.3GPa2简述纤维复合材料的复合原则。（1）纤维尽可能多地承担外加负荷；（2）二者的结合强适当,否则基体中所承受的应力无法传递到纤维上；（3）应力作用的方向应与纤维平行,才能发挥纤维的作用；（4）纤维与基体的热膨胀系数匹配,最好是纤维的热膨胀系数大于基体的；（5）还要考虑二者在高温下的化学相容性。让纤维尽可能多的承受外加负荷二者结合强不宜过强，以防机体所受应力无法传递到纤维上应力作用方向应与纤维方向平行这样才可最大限度的发挥纤维的作用纤维的热膨胀系数应与机体匹配或略大于基体考虑二者在高温下的化学相容性3提高无机材料透光性的措施有哪

4、些?提高材料纯度掺加外加剂改变工艺措施说出电子迁移率卩=工中各参量的物理意义？影响迁移率的主要因素是什么？m*et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。F11匕r1=1Xna建立的重要意义及适用范围？+23kkr0k意义：建立了宏观量与微观量之间的关系，提供了计算介电性能参数的方法适用范围：分子间作用力小的气体非极性液体及固体，NaCl型适当结构对称的分子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。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？三、计算题（1、3小题7

5、分；2小题6分，共20分）一AlO晶体圆柱（如右图），直径为D,受轴向23拉力F,如临界抗剪强度为T，求沿图中所示之一c（0方向）固定滑移系统产生滑移时，所需必要的拉力值。同时计算在滑移面上的法向应力。一A12O3晶体圆柱（如右图），直径为D,受轴向拉力F,临界抗剪强度为T，在滑移面上的应力为CFcos60T二3分兀PD22cos02分兀PD2在滑移面上的应力为bn=亦.2分兀（D/2）2沿（0方向）固定滑移系统产生滑移时，所需必要的拉力值为康宁1723玻璃（硅酸铝玻璃）具有下列性能参数：热导率九=0.021J/（cm.s.C）；线膨胀系数以=4.6X10-6/C；极限抗拉强度f=7.0kg/

6、mm2,弹性模量E=6700Kg/mm2,切变模量卩=0.25。求第一及第二热冲击断裂抵抗因子。康宁玻璃（硅酸铝玻璃）具有下列性能参数：热导率九=0.021J/（cm.s.C）；线膨胀系数a=4.6x10-6/C；极限抗拉强度f=7.0kg/mm2,弹性模量E=6700Kg/mm2，切变模量p=0.25。求第一及第二热冲击断裂抵抗因子。解：根据贞=bf6-卩）=170.3C（3分）maxEa九b（L-a）R=f=XR=3.577（cm.s）Ea已知一透明玻璃板，厚度为d,有单色入射光以极小入射角入射到玻璃板上,入射光强度为10，设材料的反射光系数为m=0.6%，吸收系数为a=0.03cm-i,

7、如果忽略材料的散射.试证明透射光强度为I=（1-m）2I0e-ad；计算厚度d=3cm的该玻璃板的透射光强度。2分）（2分）3.解：(1)I=Ie-od0I二I(1m)2e-od03分)I二I(1m)2e-d=(10.6%)2e-0.03x3I二0.903I2)000综合分析题（15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ATmaxATmaxdTIdt(1-卩)Eo=Rx0.31rhR=maxPCEoEo九G(1-卩)EoffEoX_RPCPCpp2.34.介质对光吸收的一般规律：I光散射方程：反射系数（m）：I_Ie-Sx0w_

8、e-ox0n-1221Vn21+1丿m5.费米分布函数：f(E)_1+exp(E-E)/kT-16体电阻率的理论表达式：pV7891011体电阻率的实验表达式：pV薄圆片式样表面电阻率表达式：导带中导电电子的浓度：价带中空穴的浓度：滑移面上F方向的应力为12.胡克定律：_Es兀r2V_1-hI兀(r+r)2V12-4hI_2兀VlrIln2-r(EE)(2兀m*kTN_2ekTcIh2丿3/2cexp(EE)(2兀m*kT)一fVN_2h1kT)VIh2丿3/2expA/cos_FcosA理论断裂强度：m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

9、钟一.填空题（每小题3分，共30分）1.裂纹的扩展方式有：掰开型、错开型、撕开型。物质的磁性分为3类；分别为顺磁性、抗磁性、铁磁性。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。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。影响蠕变的主要因素有：温度、应力、显微结构、组成、晶体结构。上限弹性模量为331.33GPa；下限弹性模量为293.11GPa。影响离子电导率的主要因素是有温度、晶体结构、晶体缺陷、非化学计量比产生晶格缺陷（气氛，压力）电解质击穿的主要形式有：电击穿，热击穿，化学击穿。压电效应通常可分为2类，分别是正压电效应和逆压电效

10、应。温度、显微结构、化学组成、气孔。二、简答题（每小题5分，共35分）1.b二40GPa，b二28.3GPamc2（1）使纤维尽可能多地承担外加负荷；（2）二者的结合强适当,否则基体中所承受的应力无法传递到纤维上；（3）应力作用的方向应与纤维平行,才能发挥纤维的作用；（4）纤维与基体的热膨胀系数匹配,最好是纤维的热膨胀系数大于基体的；（5）还要考虑二者在高温下的化学相容性。3（1）提高原材料纯度,（2）掺加外加剂,（3）改变工艺措施t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。重要意义：建立了宏观量s与微观量a之

11、间的关系，提供了计算介电性能参r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）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。F2分3.577（cm.s）3分）2分）（2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，因而电兀PD22cos0兀PD2TOC o 1-5 h z在滑移面上的应力为G=02分ncos02康宁玻璃（硅酸铝玻璃）具有下列性能参

12、数：热导率九=0.021J/（cm.s.C）；线膨胀系数=4.6x10-6/C；极限抗拉强度Gf=7.0kg/mm2,弹性模量E=6700Kg/mm2，切变模量p=0.25。求第一及第二热冲击断裂抵抗因子。解：根据贞=Gf-卩）=170.3C（3分）maxEd九G（L-y）fEd3.解：（1）V=Ie-od0I=I（1m）2e-od03分）I=I(1m)2e=(10.6%)2eo.o3x3l=0.90312)000四综合分析题（15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，质点在平衡位置两侧时，受力并不对称。（4分