03年试题答案

1、四川大学期末考试（A卷）标准答案及评分标准（20042005学年第下学期）课程号：30014530课序号：0-3课程名称：材料科学与工程基础适用专业年级：高分子材料与工程2003级学生人数：326印题份数：340一、名词解释（10分）共5个名词解释，每个2分。1. heatcapacity热容（翻译正确得1分）,在没有相变或化学变化的条件下，将一摩尔材料的温度升高1C所需的能量（解释和说明得1公）。在解释和说明时如英文书所述，是材料吸收外界环境热量的性质，代表升高单位温度所需的能量，也得全分。解释和说明时把意思说活楚即可。2. insulator：绝缘体（翻译正确得1分），电阻率在10duct

2、ilefracture:延性断裂（翻译正确得1分）、是指在断裂前产生明显的永久变形，并且经常有缩颈现象发生的断裂类型（解释和说明得1分）。解释和说明时把意思说活楚即可，即只要说明断裂前有永久变形或塑性变形即可。transmissivity:透过率（翻译正确得1分）,是指光线通过某物体时，透射光强度与入射光强度之比（解释和说明得1分）。解释和说明时把意思说活楚即可。二、判断下列说法是否正确，如果你认为是正确的，请在括号内填（T）,反之，则填（F）。（1。分）计分方法每题1分1. 聚丙烯比聚乙烯更容易老化。（T）2. 在同样的加热条件下，材料的热容量越大，材料的温度上升得越快。（F）3. 淬火方法

3、可以提高结晶性聚合物的透明性。（T）4. 在现有的超导材料中，金届的超导转变温度比金届氧化物的超导转变温度更高。（F）5. 材料的刚性越大，材料就越脆。（F）在.m以上的材料，或电导率在10-7在（.m）-1（或Sm-1）以下的材料（解释和说明得1分）。直接说电阻率很大，或电导率很小也可得全分。解释和说明时把意思说活楚即可。3. creep：蠕变（翻译正确得1分）、是指在一定温度、一定压力下，材料的形变随时间的延长而增加的现象（解释和说明得1允）。解释和说明时把意思说活楚即可。面心立方晶格的金届没有韧-脆性转变温度（T）PE可以用作高频绝缘材料。（T）材料的线膨胀系数在所有温度下都是常数。（F

4、）氯丁橡胶的介电常数比聚氯乙烯的介电常数大（T）10P型半导体的载流子是空穴。（T）三、填空（15分）1-8小题，10小题中每空0.5分;9小题每空1分。1. 按受力方式，材料的弹性模量分为三种类型，它们是正弹性模量（E）、也弹性模量（G）和体积弹性模量（G）。2. 按照粘附摩擦的机理，摩擦系数的大小取决丁材料的剪切强度和抗压强度。3. 按照马克三角形，影响聚合物耐热性的三个主要因素是交联、结晶、和刚性链。4. 决定材料电导率的三个基本参数是载流子的类型、载流子的密度、和迁移5. 公。（注意这里只要提到载流子而未完全按要求填，应给分）随着温度的升高，高分子材料的下列性能值是升高还是降低：介电常

5、数升高、拉伸强度降低、热导率升高。（注意，用符号表示也算对）列出阻止金届塑性变形的三种增强方法晶粒减小、固溶体、和应变硬化。6. 写出以下材料性能参数的量纲：模量GPa（MPa也算对）、断裂韧性MPa.m1/2、比热容J.kg-1.K-1（或kJ.kg-1.K-1）、磁化强度A.m-1。7. 写出按照压痕硬度法原理测试材料硬度的三种主要方法的名称布氏、_JS氏、维氏。8. 写出以下各性能参数之间的关系式渗透率（液体）J（D、L、c1、c2）,J=D（c1-c2）/L（或D（c2-c1）/L、或前面加负号均算正确）本征半导体的电导率b（Eg、T）:b=、0exp（-Eg/2kT）写出两种无量纲性

6、能参数的名称相对介电常数、磁化率。（注意该题只要写出的是无量纲的性能参数均正确）四、作图题（10分）1、画出钢、铸铁、陶瓷、橡胶、聚乙烯、聚苯乙烯、固化的酚醛树脂（电木）玻璃、A12O3、碳纤维复合材料的应力-应变曲线示意图。（5分）该题每条曲线0.5,只要能示意就可。关键是区分弹性和非弹性。2、画出磁滞回线示意图（5分）该题共5分，画出曲线示意图得4公；标注再得1公,五、简述题（20分）1、从高分子材料、金届材料和陶瓷材料在组成和结构方面的差别，解释它们在模量和强度、耐热性、导电和导热性、耐腐蚀性、热膨胀性方面的差别（15分）答案：金届材料由金届元素或主要由金届元素组成，键合方式金届键（1分

7、|）,金届正离子和自由电子作用，易形成晶体，如立方结构、面心立方、密堆六方（巨|）。无机非金届材料除有机物和金届以外，包括常见的陶瓷、玻璃、水泥、耐火材料；组分：硅酸盐类、氧化物类，氮、碳（不含H）（巨|）;结合键：离子键、共价键、混合键（回。高分子材料主要有CK。元素组成，链内由共价键组成，链问由范德华氏力构成（|1.5分）;多层次结构（链结构、聚集态结构和微区结构等），聚集态包括无定形，取向，半晶等，分子链以特定构象进入晶胞，多种结晶形态（E）。模量：金届材料和陶瓷材料模量高（1池；高分子材料模量低（HF|）。强度：金届材料和陶瓷材料强度大（0.5分|）;高分子材料强度小（|0.5刘）耐热

8、性：陶瓷材料最高，金届材料次之，高分子材料最低（度）。导电性：金届材料最好，陶瓷材料和高分子材料均差（度|）。导热性：金届材料最好，陶瓷材料和高分子材料均差（回）。耐腐蚀性：金届材料主要电化学腐蚀（0.5分|）;陶瓷材料主要是化学腐蚀（叵5旧；高分子材料物理腐蚀为主（0.5分|）。热膨胀性：陶瓷材料和金届材料较小，高分子材料较大（度|）。注意只要将意思表达即可得到相应的分数。（若能简要说明原因最好，如原子或分子问键合类型和强度的影响，自由电子的影响等）2、（a）Brieflyexplainwhymetalsareopaquetoelectromagneticradiationhavingpho

9、tonenergieswithinthevisibleregionofthespectrum.（b）Whyaremetalstransparenttohigh-frequencyx-rayand丫-rayradiation?（5分）答案：（a）高能级（价带）只部分填充电子，具有可见光频率的辐射，会激发电子到费米能级以上的空能级（吸收再发射光子）（四）。（b对高频辐射无吸收，故透明（E六、计算题(35分)1、Atroomtemperaturetheelectricalconductivityandtheelectronmobilityforcoppeiare6.0107(Qm)-1and0.00

10、30n?/Vs,respectively.(a)Computethenumberoffreeelectronspercubicmeterforcopperatroomtemperature(b)Whatisthenumberoffreeelectronspercopperatom?Assumeadensityof8.9g/dri(atomicweightofcopperis63.5g/mol)(10分)解：(a)=n|e|e,所以n=/|e|e(写出公式得空，公式转换再得四)=(6.0107Q-1m-1)(1.610-19C)(0.0030m2/V-s)=1.251029(个/m3)(代入数据

11、得1刑，计算正确再得(b)每立方米铜原子数，N=(/M)Na(写出公式得罚)=8.9106(g/m3)63.5(g/mol)6.021023=8.441028个/m3(代入数据得1刃，计算正确再得顷每个铜原子的自由电子数：1.251029(个/m3)/8.441028(个/m3)=1.48(代入数据计算正确得1可说明：如未按照上述步骤写出公式代入数据，而在计算中遵循公式和步骤，直接代入数据计算，且计算正确也可以得到全分。2、Acylindricalrod380mmlong,havingadiameterof10.0mm,istobesubjectedtcatensileload.Ifthero

12、distoexperienceneitherplasticdeformationnoranelongationofmorethan0.9mmwhentheappliedloadis24,500N,whichofthefourmetalsoralloyslistedbelowarepossiblecandidates?(10分)MaterialofElnticitv(GPaYieldStreiiih:VMjiTrfrith(AfPa)Alninicjinn70255例alloyB心dlloy1(11)34542UCoppei110灿细Slee!Z(J7450550解：=F/A0=F/（d02/4

13、）（写出公式得*）=24500N/（3.14102mm2/4）=312MPa（代入数据计算正确再得丘）因此从屈服强度来看，只有SteelalloyandBrassalloy才有可能。（说明得1分I）另外：=l/l0=0.9mm/380mm=0.00237（写出公式得1刘，计算正确再得回）由=E,得E=/（写出公式及转换得叵斗或直接写出转化公式）=315MPa/0.00237=133MPa,（代入数据计算正确再得叵|）因此，l<0.9mm,E必须大丁133MPa,因此Steelalloy合适。（说明,只有Steelalloy合适再得列。说明：如未按照上述步骤写出公式代入数据，而在计算中遵循

14、公式和步骤，直接代入数据计算，且计算正确也可以得到全分。3、已知某种透明材料的折射率为1.6,当可见光垂直入射并透过40mm厚的该透明材料时，透射率为0.80,当该种透明材料的厚度减少到20mm时，透射率为多少？。（7分）解：反射率R=（n1-1）2/（n1+1）2=（1.6-1）2/（1.6+1）2=0.053（写出公式苴，代入数据计算正确再得问;T=（1-R）2e-;或写成I=I0（1-R）2e-l（写出公式国）0.80=（1-0.053）2e-0.04;6=2.86（代入数据得四；计算正确再得回，注意R的数值取0.0533或0.05325,得到的6的数值相应有变化）材料厚度减少到20mm

15、时，T=（1-R）2e-l=（1-0.053）2e-2.860.02=0.847代入数据得并计算正确再得回说明：如未按照上述步骤写出公式代入数据，而在计算中遵循公式和步骤，直接代入数据计算，且计算正确也可以得到全分。4、一高为30.5mm的长方体由面积为25x25mm薄铝板和硫化橡胶（厚度分别为0.5mm和0.75mm）交替层压制成。问该复合板的热导率为多少？（a）平行板的方向；（b）垂直板的方向。（入ai=0.22,入r=0.00012,单位JS-1-m-1-K-1）（8分）铝板和橡胶板的层数：30.5mm/(1.25mm)=24.4层，即24层多0.5mm；因此该复合材料为25层薄铝板和24层橡胶板，即两边为薄铝板，中间交替层压。(只要得到层数分别为25和24,即可得丑)体积分数分别为：Vai=(250.5)/30.5=0.41VR=(240.75)/30.5=0.59(或=1-0.41=0.59)(知道计算体积分数得回，体积分数计算正确得四。)(a) 平行板方向：入L=VA1入A1+VR入R(写出公式得四。)=0.41