2008材料物理考题(B)

中国地质大学(北京)2008秋季学期课程编号：030205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分钟班级编号、学生编号、姓名、分数标题号一个二三四总分得分一、填空(每题3分，共30分)1.陶瓷含有95%体积的Al2O 3(E=380 GPA)和5%的玻璃相(E=84GPa)，其弹性模量上限为_ _ 331.33GPa _ _ _ _ _ _ _ _ _ _；较低的弹性模量为_ _ 293.11 GPa _ _。2.物质的磁性可以分为三类。分别顺磁；反磁性；铁磁性。3.铁电畴被定义为铁电体从顺电相到铁电相的自发极化。自发极化一致的区域称为铁电畴。4.热容量是描述材料热性能的指标。导热系数；热膨胀系数。5.影响蠕变温度的主要因素；压力。构成；微观结构；晶体结构。6.霍尔效应实验可以用来确定材料是导电的，电解效应实验可以用来确定材料是离子导电的。7.离子扩散的主要形式是间隙扩散。空位扩散；亚晶格间隙扩散。8.电介质击穿的主要形式是电击穿。热击穿；化学分解。9.压电效应可以分为两类，即正压电效应和负压电效应。10.根据断裂前的塑性变形，材料的断裂方式一般可分为脆性断裂和延性断裂，其中脆性断裂是非常危险的！二、简答题(每题5分，共40分)1.已知铁的表面能、杨氏模量和晶格常数，并计算出铁的最大断裂强度。如果铁有一个长度的裂纹，铁的断裂强度与没有裂纹的断裂强度是一样的吗？如果没有，请计算断裂强度？不一样。,2.简要描述裂纹的起源和快速扩展的原因？(1)由于晶体微观结构中的缺陷，在外力作用下，这些缺陷处会产生应力集中，导致裂纹成核。(2)材料表面的机械损伤和化学腐蚀形成表面裂纹。(3)热应力导致裂纹形成。裂纹快速增长的原因：裂纹增长是单位面积释放的能量大于形成新的单位表面所需的表面能。1.晶体微结构中的缺陷。应力集中在缺陷处产生裂纹的原子核2。机械损伤和化学腐蚀导致的表面裂纹3。热应力导致的裂纹快速增长的原因是：形成新裂纹时材料释放的能量大于形成新表面时所需的表面能。3.提高无机材料透明度的措施有哪些？(1)提高原料纯度，(2)添加添加剂，(3)改变工艺措施1提高纯度2添加添加剂3改变工艺措施提高原料纯度和添加添加剂改进工艺措施4.说出电子迁移率中每个参数的物理意义？影响流动性的主要因素是什么？j:两次电子碰撞所需时间的平均值，e是电子携带的电荷，m是电子的有效质量电子和空穴的有效质量、散射强度、掺杂浓度和温度是两次连续碰撞的时间，e是电子的电量，m*是电子的有效质量；主要因素有：电子和空穴的有效质量、散射强度、掺杂浓度和温度。5.设立的意义和适用范围？建立了宏观量E和微观量A之间的关系，给出了计算介电性能参数的方法。适用范围：分子间相互作用小的气体、非极化液体或固体、氯化钠型和具有适当对称结构的晶体意义：建立了宏观量er与微观量A的关系，给出了计算介电性能参数的方法。适用范围：分子间相互作用弱的气体、非极性液体和非极性固体、一些氯化钠型离子晶体和具有适当对称性的晶体。6.画出典型矩形磁性材料的磁滞回线，并简要说明矩形m的应用磁滞线是矩形的，并且在两个方面的剩磁在计算机中可以精确地表示“0”和“1”，所以矩形磁性材料经常被用来制造“记忆”元件。磁滞回线是矩形的，两个方向的剩磁可以用来表示计算机的二进制“0”和“1”，因此它适用于制作“记忆”元件。(3分)7.为什么金属的电阻随着温度的升高而增加，而半导体的电阻随着温度的升高而降低？金属温度升高后，自由电子的碰撞加剧，阻碍了电子的定向运动，从而增加了电阻，而半导体只有在温度升高时才能激发电子，而且数量很少，所以电阻很小。当金属温度升高时，自由电子碰撞的次数增加，阻碍了电子的运动，从而增加了电阻。然而，半导体只能在温度升高时激发电子，而且数量很少，所以电阻会降低。8.简要描述介质损耗的概念和分类。概念：在发电厂的作用下，电解液因单位时间内加热而消耗的能量成为电解液损耗功率，也称为介质损耗。分类：导电电离结构的极化电介质损耗的概念：电介质在电场作用下，在单位时间内因加热而消耗的能量称为电介质损耗功率，简称电介质损耗。介质损耗的分类：电导率损耗、极化损耗、电离损耗、结构损耗和具有宏观结构不均匀性的介质损耗。三、计算问题(每项10分，共20分)1.无机材料绝缘电阻测量样品的外径F=50 mm，厚度h=2mm，电极尺寸如下图所示，其中D1=26 mm，D2=38 mm，D3=48 mm，另一侧为全电极。测量采用直流三端电极法。(1)请画出测量样品体积电阻率和表面电阻率的接线图。hagD1D2D3f(2)如果用500伏DC电源测得样品的体电阻和表面电阻分别为250毫瓦和50毫瓦，则计算材料的体电阻率和表面电阻率。2.康宁1723玻璃(硅酸铝玻璃)具有以下性能参数：热导率=0.021j/(cm . s )；线性膨胀系数=4.610-6/；极限拉伸强度=7.0千克/平方毫米，弹性模量E=6700Kg千克/平方毫米，剪切模量=0.25。找出第一个和第二个抗热震断裂系数。四.综合分析问题(10分)简述了固体热膨胀的微观机理，分析了影响热膨胀的因素。附录：基本公式1.第一、第二和第三抗热断裂因子分别是2.介质吸收光的一般规律：3.光散射方程：4.反射系数(m):5.费米分布函数：6.体积电阻率的理论表达式：体积电阻率的实验表达式：7.薄圆板图案的表面电阻率表达式：8.导带中导电电子的浓度：价带中空穴的浓度：9.滑动面上F方向的应力为：10.理论断裂强度：11.格里菲斯裂纹断裂强度：12.胡克定律：课程编号：030205材料物理A期末考试试卷标准答案考试形式：闭卷考试考试时间：120分钟一、填空(每题3分，共30分)1.上限弹性模量为331.33GPa较低的弹性模量为293.11GPa. 2。物质的磁性可以分为三类。它们分别是顺磁的、反磁的和铁磁的。3.铁电畴的定义是：当铁电体从顺电相转变为铁电相时，它们具有自发极化，自发极化发生的区域称为铁电畴。4.描述无机材料热性能的指标包括：热熔性、导热系数和热膨胀系数。5.影响蠕变的主要因素包括温度、应力、显微组织、成分和晶体结构。6.霍尔效应实验可以用来确定材料是导电的，电解效应实验可以用来确定材料是离子导电的。7.离子扩散的主要形式有：空位扩散、间隙扩散和亚间隙扩散。8.电解质击穿的主要形式有：电击穿、热击穿和化学击穿。9.压电效应一般可分为两类，即正压电效应和逆压电效应。10.延展性(韧性)、脆性、脆性二、简答题(每题5分，共40分)1.2.(1)由于晶体微观结构中的缺陷，在外力作用下，这些缺陷处会产生应力集中，导致裂纹成核。(2)材料表面的机械损伤和化学腐蚀形成表面裂纹。(3)热应力导致裂纹形成。3.(1)提高原料纯度，(2)添加添加剂，(3)改变工艺措施4.是两次连续碰撞的时间，e是电子的电量，m*是电子的有效质量；主要因素有：电子和空穴的有效质量、散射强度、掺杂浓度和温度。5.意义：建立了宏观量er与微观量A的关系，给出了计算介电性能参数的方法。适用范围：分子间相互作用弱的气体、非极性液体和非极性固体、一些氯化钠型离子晶体和具有适当对称性的晶体。6.典型力矩磁性材料的磁滞回线：图纸(2分)磁滞回线是矩形的，两个方向的剩磁可以用来表示计算机的二进制“0”和“1”，因此它适用于制作“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加，阻碍了电子的运动，从而增加了电阻。然而，半导体只能在温度升高时激发电子，而且数量很少，所以电阻会降低。8.介电损耗的概念：(2)电介质在电场作用下，由于单位时间内加热而消耗的能量称为介电损耗功率，简称介电损耗。介电损耗的分类：(3分)电导率损耗、极化损耗、电离损耗、结构损耗、宏观不均匀介电损耗。三、计算问题(每项10分，共20分)1.无机材料绝缘电阻测量样品的外径F=50 mm，厚度h=2mm，电极尺寸如下图所示，其中D1=26 mm，D2=38 mm，D3=48 mm，另一侧为全电极。测量采用直流三端电极法。(1)请画出测量样品体积电阻率和表面电阻率的接线图。(4分)(2)如果用500伏DC电源测得样品的体电阻和表面电阻分别为250毫瓦和50毫瓦，则计算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)具有以下性能参数：热导率=0.021j/(cm . s )；线性膨胀系数=4.610-6/；极限拉伸强度=7.0千克/平方毫米，弹性模量E=6700Kg千克/平方毫米，剪切模量=0.25。找出第一个和第二个抗热震断裂系数。解决方案：根据=170.3(5分)(5分)四.综合分析问题(10分)简述了固体热膨胀的微观机理，分析了影响热膨胀的因素。机理分析：固体材料热膨胀的本质是随着温度的升高，晶格结构中颗粒间的平均距离增加。从图1可以看出，当粒子在平衡位置的两侧时，力是不对称的。(2分)固体材料的