材料物理习题和思考题.pdf

材料物理习题和思考题 第一章 材料的电子理论 1 重要名词 重要名词 自由电子近似 波函数的归一化条件 波恩 卡曼边界条件 允许波长 K 空间 状态密度 费米能 电子的费米 狄拉克统计分布 布洛赫定理 近自由电子近似 能带 允带 禁带 紧束缚近似 布 拉格定律 布里渊区 等能面 费米面 费米球 电子密度泛函 2 说明自由电子近似的基本假设 在该假设下 自由电子在一维金属晶体中如何分布 电子的波长 能 量各如何分布 3 何谓 K 空间 K 空间中的 2 2 2 和 1 1 3 两点那个代表的能级能量高 4 何谓状态密度 状态密度与电子能量是何种关系 5 用公式 1 k exp 1 F T E E f E 解释左图的自由电子在 0K 和 TK 时的能量分布 并说明 T 改变时该能量分布如何变化 6 说明的物理意义 并简要说明为什么在讨论左图的电子能量 分布时不考虑和的区别 0 F E 0 F E F E 7 近自由电子假设和自由电子假设中电子所处的势场有何区别 前者的主要假设是什么 8 画出自由电子近似和近自由电子近似下的 E K 曲线 并说明他们的区别 解释能带的概念 9 从左图说明能带产生的原因 1 10 什么是布里渊区 给出一维 K 空间前三个布里渊 区的范围 注意其特点 将一维布里渊区的特点推广到 二维 三维的情形 他们的第一 第二 第 n 布里渊区 有何种关系 11 解释左下图的二维晶体布里渊区的等能线 并说明 能隙和能量交叠出现的原因 12 画图说明自由电子近似和近自由电子近似下的状态 密度的异同 13 画图说明导体 半导体 绝缘体能带结构的异同 14 简要说明用现代电子理论进行合金设计的主要 思想 15 简要说明电子密度泛函方法的主要思想 第二章 材料的晶态结构与缺陷 1 重要名词 重要名词 晶体 非晶态 准晶体 点阵 晶格 晶胞 点阵常数 晶格常数 晶格参数 晶系 布拉菲点阵 晶向指数 晶面指数 面心立方 体心立方 密排六方 同素异构现象 合金 固溶体 间 隙式固溶体 置换式固溶体 中间相 正常价化合物 电子化合物 间隙相和间隙化合物 拓扑密堆相 超结构 超点阵 有序固溶体 径向分布函数 位置矢径分布函数 陶瓷 特种陶瓷 硅氧四面体 岛 状结构 组群状结构 链状结构 层状结构 架状结构 低维材料 吸附 物理吸附 化学吸附 解吸 凝结 临界晶核 稳定晶核 多晶体 外延生长 同质外延 异质外延 错配度 晶体缺陷 化学缺陷 点阵缺陷 点缺陷 线缺陷 面缺陷 空位和间隙原子 空位形成能 辐照损伤 位错 柏氏矢量 刃型 位错 螺型位错 混合型位错 晶界 小角度晶界 大角度晶界 过冷液体模型 小岛模型 重合位置点 阵模型 重合位置密度 孪晶 孪晶界 共格界面 非共格界面 外表面 清洁表面 实际表面 表面弛 豫 表面重构 相界 2 晶体为何有各向异性 3 在晶胞中画出下列晶面和晶向 111 110 111 011 120 111 110 225 101 210 4 在图上标出下列晶向和晶面的指数 2 5 计算面心立方和体心立方结构的致密度 画出其任意原子的配位原子 比较两种结构的区别 6 置换式固溶体和间隙式固溶体引起的点阵畸变有何不同 7 从非晶体和晶体的 X 射线衍射特征的区别解释其结构的区别 8 钠钙玻璃与石英玻璃在结构上有何不同 性能又有何不同 9 比较晶体 非晶体和准晶体在结构上的异同 10 简述薄膜形核的过程和长大的过程 11 为何从球冠形晶核模型推导出的临界晶核半径与实际偏差很大 更符合实际的模型是什么样的 12 薄膜的组织结构有几种形态 各有何特点 13 薄膜的晶体结构与体材料有区别吗 如果有 是怎样的区别 14 简述薄膜的表面结构与温度的关系 15 说明晶体缺陷的概念和分类方法 就你所知简述各种晶体缺陷的概念 特征及其对性能的影响 16 解释空位浓度与自由能的关系曲线 并以之说明点缺陷的特征 17 空位形成浓度依据什么原理测定 用什么方法测定 18 点缺陷对性能有何影响 19 比较刃型位错 螺型位错和混合型位错的滑移异同 20 小角度晶界和大角度晶界是如何划分的 为什么要那样划分 其晶界能有何不同 21 小角度晶界和大角度晶界的结构模型各是什么样的 Z Y X Z Y X Z Y X Z Y X 第三章 固态扩散 1 重要名词 重要名词 扩散 扩散通量 扩散系数 菲克 扩散 第一定律 菲克 扩散 第二定律 误差函数 渗碳 扩散激活能 间隙扩散 置换扩散 原子跳动频率 原子振动频率 柯肯达尔效应 短路扩散 2 说明扩散第一定律的适用条件并举例说明其应用 3 推导扩散第二定律 4 给出无限长棒扩散偶的初始条件和边界条件 用通解 B2erf 2 A DtxC解出 C x t 并以之 说明扩散偶焊接面的浓度 C 0 t 有何规律 5 给出渗碳过程的初始条件和边界条件 用通解 B2erf 2 A DtxC解出 C x t 6 间隙扩散和置换扩散都有扩散系数D a2P 但两者的扩散系数为何有明显差别 两者的 各由什么因素 决定 7 为什么置换扩散的机制不是直接换位和环形换位 8 为什么晶界扩散速度一般比体扩散快 这一规律在什么情况下才成立 9 简述温度 固溶体类型 晶体结构 晶体学各向异性 浓度 晶体缺陷 第三组元对扩散系数的影响 及其原因 10 C 在 Fe 中的 C 的扩散系数大还是在 Fe 中的扩散系数大 渗碳是在 Fe 中进行还是在 Fe 中进行 为什么 3 4 第四章 材料的固态相变 1 重要名词 重要名词 相 相变 一级相变 二级相变 扩散型相变 非扩散型相变 半扩散型相变 位向关系 惯习面 共析转变 C曲线 马氏体 切变共格 表面浮凸 T0 Ms Mf 等温马氏体 形变诱发马氏体 Md As Ad Af K S关系 西山关系 板条马氏体 片状马氏体 热弹性马氏体 非热弹性马氏体 形状 记忆效应 单程形状记忆效应 双程形状记忆效应 形状记忆合金 SMA 贝氏体 上贝氏体 下贝氏体 玻璃态转变 玻璃化转变温度 Tg 非晶形成的临界冷速 2 一级相变 二级相变各有什么特点 3 说明固态相变的一般特征 4 说明界面能和弹性应变能对第二相形状的影响 如果新旧相之间的界面为共格 半共格 非共格界面 新相易于生成什么形状 5 同素异构转变的生核部位一般在什么地方 为什么 6 以珠光体为例描述共析转变的过程 7 珠光体转变的动力学曲线是什么形状 为什么 8 描述马氏体转变的一般特征 9 马氏体转变动力学的四种形式各是什么 10 从热力学解释形变诱发马氏体出现的原因 11 描述板条马氏体和片状马氏体的形态 亚结构 12 比较 Bain 模型 K S 模型 G T 模型在描述马氏体转变机制的成功和不足之处 13 叙述热弹性马氏体和非热弹性马氏体在相界面 长大方式 逆转变等方面的区别 14 说名形状记忆效应出现的机理 15 简要说明上贝氏体和下贝氏体的形态和亚结构 16 说明贝氏体转变的动力学特征 17 说明贝氏体转变的一般特征 18 贝氏体是如何定义的 19 画图说明玻璃态转变温度的意义 为什么这一温度不易测定 实际上它是如何规定的 20 说明合金获得非晶态的条件和方法 第五章 材料的电学性能 1 重要名词 重要名词 电子导电的弛豫时间 平均自由程 有效电子数 声子 德拜温度 马西森定律 剩余电 阻率 剩余电阻比 电阻温度系数 霍尔效应 霍尔系数 超导现象 超导转变温度 超导体 迈斯纳效 应 第一类超导体 临界磁场强度 第二类超导体 上 下临界磁场强度 临界电流密度 约瑟夫森效应 BCS 理论 热电势 绝对塞贝克系数 塞贝克效应 塞贝克系数 珀耳帖效应 电介质 极化 感生电荷 束缚电荷 相对介电常数 介电常数 极性分子电介质 非极性分子电介质 极化强度 电极化率 电子位移极化 粒子位移极化 取向极化 介电体击穿 介电击穿强度 2 用能带理论解释 1 5 价元素和离子晶体的导电性 3 叙述马西森定律的内容并说明为什么电阻分为与温度有关和无关的两项 4 叙述剩余电阻率的概念 存在原因及其应用 5 说明霍尔效应的现象 原因及其应用 6 举出电导功能材料的三个实例 7 画图说明超导的临界磁场强度的概念以及在不同的磁场强度下超导状态的变化 8 说明约瑟夫森效应的现象和应用 真实电介质平板电容器总电流的矢量图 9 说明 BCS 理论的基本观点及其成功和局限 10 举例说明超导现象的应用及其应用中的问题 11 说明热电势的概念及其产生的原因和影响因素 12 说明塞贝克效应的现象并举出其应用的实例 可否用该 效应发电 13 说明珀耳帖效应的现象及其与焦耳热的区别 并举出其 应用实例 14 说明极性分子电介质和非极性分子电介质的概念及其极 化机理的不同 15 说明极化的三种机理 16 分析右图解释介电损耗出现的原因 5 6 第六章 材料的磁性 1 重要名词 重要名词 磁场强度 磁偶极子 磁偶极矩 磁动量 静磁能 磁化 磁矩 磁化强度 磁化率 相 对磁导率 抗磁体 顺磁体 铁磁体 亚铁磁体 反铁磁体 强磁体 弱磁体 电子轨道磁矩 电子自旋 磁矩 原子核磁矩 原子的磁矩 居里温度 退磁状态 饱和磁化强度 饱和磁感应强度 退磁 剩余磁 化强度 剩余磁感应强度 剩磁 矫顽力 磁滞现象 磁滞回线 磁化功 磁晶各向异性 磁晶各向异性 能 磁晶各向异性常数 磁畴 畴壁 180 和 90 畴壁 磁畴的结构 硬磁材料 软磁材料 磁记录材料 磁致伸缩 2 理解表征材料磁性的常用参数的概念 意义及他们之间的关系 3 理解根据磁化率对材料所分的五类及其特征 4 简要阐述电子轨道磁矩和自旋磁矩的来源和大小 5 简述原子磁矩在不同情况下的来源 原子核磁矩对原子磁矩的影响如何 6 所有的材料均有抗磁性 的说法对否 所有的材料都是抗磁体 的说法对否 说明原因 7 简述顺磁性的来源及其磁化率与温度的关系 8 原子磁矩如何从实验得出 简述其理论依据 9 简述铁磁性的来源 居里温度存在的原因及材料具有铁磁性的条件 10 简述反铁磁性和亚铁磁性的来源 11 简述铁磁性材料的磁化过程和磁致回线概念 12 简述磁畴的概念 成因和畴壁厚度的影响因素 13 简述实际磁畴的结构及其成因 14 简述硬磁材料 软磁材料的性能要求及其常用的体系 7 第七章 材料的热学性质 1 重要名词 重要名词 能量按自由度均分原则 杜隆 珀替定律 狄拉克常数 爱因斯坦温度 德拜温度 奈曼 考普定律 傅里叶定律 热流密度 导热系数 导温系数 魏德曼 弗兰兹 洛伦兹定律 平均线膨胀 系数和平均体膨胀系数 线膨胀系数和体膨胀系数 因瓦合金 可伐合金 热双金属 2 推导杜隆 珀替定律并说明其适用范围 3 简述经典热容模型 爱因斯坦热容模型和德拜热容模型的基本假设 结果 适用范围的区别和联系 4 德拜温度可用何种方法确定 5 在不同温度下金属的热容各有什么构成 有何特点 6 固溶体 化合物 复相材料的热容与其组份各有何种关系 7 材料的导热有几种机制 简述对不同材料和温度何种机制起主要作用 8 金属 陶瓷 高分子材料的导热各有何特点 为什么 9 金属的电导率和热导率有何关系 该关系在什么条件下适用 10 固溶体的热导率与其组份有何关系 复相材料呢 11 用公式说明多孔材料作隔热材料的原因 12 材料的线膨胀系数和体膨胀系数有何关系 13 简述材料热膨胀的微观机理 14 热膨胀系数与热容有何关系 为什么 15 热膨胀系数与熔点 德拜温度各有何种关系 为什么 16 简述固溶体和多相材料的热膨胀系数与其组份的关系 第八章 材料的力学性质 1 重要名词 重要名词 弹性变形 塑性变形 蠕变 应力 名义应力 真实应力 应变 拉伸应变 真应变 剪 切应变 压缩应变 Hook 定律 正弹性模量 切弹性模量 体积弹性模量 泊松比 固溶强化 细晶强 化 第二相强化 析出强化 弥散强化 加工硬化 形变强化 应力松弛 理论结合强度 应力集中 材料强度的尺寸效应 断裂韧性 冲击韧性 塑性材料 脆性材料 粘性形变 粘弹性 2 说明 Hook 定律的意义及其不同表达式以及不同弹性模量的关系 3 从原子间结合力与距离的关系解释晶体弹性变形的特点 4 为什么塑性变形的实际应力总是小于理论切变强度 简述位错运动的阻力来源 5 简述晶体蠕变和应力松弛的主要机制 6 解释左面的钨多晶体的变形机制图 8 7 推导晶体材料的理论断裂强度 8 用 Griffith 理论说明材料的断裂强度低于理论断 裂强度的原因 9 Griffith 理论适用于什么材料 对塑性材料应如 何修正 10 脆性材料总是脆性断裂吗 塑性材料又如何 11 从下图的非晶 Cu57Zn43 黄铜的应力 温度关 系说明非晶态金属的力学性能特点及其变形机制 9 第九章 材料的光学性质 1 重要名词 重要名词 透射率 吸收率 反射率 透明材料 半透明材料 不透明材料 吸收系数 2 试述光与固体材料作用的两种微观机制 3 为什么金属对可见光不透明 4 已知金刚石的相对介电常数 r 5 5 磁化率 2 17 10 5 试求其中的光速 5 已知碲化锌的E