材料物理性能课后答案
【篇一：《材料物理性能》王振廷版课后答案106页】
磁化强度、磁导率、磁化率、剩余磁感应强度、磁各向异性常数、
饱和磁致伸缩系数。
a、磁化强度：一个物体在外磁场中被磁化的程度，用单位体积内磁
矩的多少来衡量，成为磁化强度m
c、饱和磁化强度：磁化曲线中随着磁化场的增加，磁化强度m或
磁感强度b开始增加较缓慢，然后迅速增加，再转而缓慢地增加，
最后磁化至饱和。ms成为饱和磁化强度，bs成为饱和磁感应强度。
e、磁化率：从宏观上来看，物体在磁场中被磁化的程度与磁化场的
磁场强度有关。
h、磁晶各向异性常数：磁化强度矢量沿不同晶轴方向的能量差代表磁晶各向异性能，用ek表示。磁晶各向异性能是磁化矢量方向的函数。
2、计算gd3+和cr3+的自由离子磁矩？gd3+的离子磁矩比cr3+离
子磁矩高的原因是什么？
gd3+有7个未成对电子, cr3+ 3个未成对电子.
3、过渡族金属晶体中的原子（或离子）磁矩比它们各自的自由离子
磁矩低的原因是什么？
4、试绘图说明抗磁性、顺磁性、铁磁性物质在外场b=0的磁行为。
5、分析物质的抗磁性、顺磁性、反铁磁性及亚铁磁性与温度之间的
关系？
答：(1) 抗磁性是由外磁场作用下电子循轨运动产生的附加磁矩所造
成的，与温度无关，或随温度变化很小。
(2) 根据顺磁磁化率与温度的关系，可以把顺磁体分为三类，一是正
常顺磁体，其原子磁化率与温度成反比；二是磁化率与温度无关的
顺磁体；三是存在反铁磁体转变的顺磁体，当温度高于一定的转变
温度tn时，它们和正常顺磁体一样服从局里-外斯定律，当温度低于
tn时，它们的原子磁化率随着温度下降而减小，当t→0k时，磁化
率趋于常数。
(3) 反铁磁性物质的原子磁化率在温度很高时很小，随着温度逐渐降低，磁化率逐渐增大，温度降至某一温度tn时，磁化率升至最大值；再降低温度，磁化率又减小。 (4 ) 亚铁磁性物质的原子磁化率随温
度的升高而逐渐降低。
6、什么是自发磁化？铁磁体形成的条件是什么？有人说“铁磁性金
属没有抗磁性”，对吗？为什么？
a、组成铁磁性材料的原子或离子有未满壳层的电子，因此有固有原
子磁矩。在铁磁性材料中，相邻离子或原子的未满壳层的电子之间
有强烈的交换耦合作用，在低于居里温度并且没有外加磁场的情况下，这种作用会使相邻原子或离子的磁矩在一定区域内趋于平行或
者反平行排列，处于自行磁化的状态，称为自发磁化。
b、铁磁性材料具有一个磁性转变温度:居里温度tc。一般自发磁化
随环境温度的升高而逐渐减小，超过居里温度tc后全部消失，此时
材料表现出顺磁性，材料内部的原子磁矩变为混乱排列。只有当t＜
tc时，组成铁磁性材料的原子磁矩在磁畴内才平行或反平行排列，
材料中有自发磁化。
材料内部相邻原子的电子之间存在一种来源于静电的相互交换作用，由于这种交换作用对系统能量的影响，迫使各
原子的磁矩平行或反平行排列，形成自发磁化。
c、材料的磁性来源于电子的轨道运动和电子的自旋运动。所有的材
料处于磁场中时，外磁场都会对电子轨道运动回路附加有洛伦兹力，使材料产生一种抗磁性，其磁化强度和磁场方向相反。
抗磁性是电子轨道运动感生的，因此所有物质有抗磁性。但并非所
有物质都是抗磁体，这是因为原子往往还存在着轨道磁矩和自旋磁
矩所组成的顺磁磁矩。原子系统具有总磁矩时，只有那些抗磁性大
于顺磁性的物质才成为抗磁体。
7、分子场的本质是什么？在铁磁体中起什么作用？
答：分子场的本质：分子场的性质不是磁场，量子力学告诉我们，
分子场来源于相邻原子中电子间的交换作用，它导致了磁有序。从
本质上讲，这是属于静电作用。
在铁磁体中的作用：铁磁物质内部存在很强的“分子场”，它使原子
磁矩同向平行排列，即自发磁化到饱和；铁磁体的自发磁化分成若
干磁畴，由于磁体中各磁畴的磁化方向不一致，所以大块磁体对外
不显示磁性。
8、试用磁畴模型解释软磁材料的技术磁化过程。
9、磁畴大小和结构有哪些条件决定。
10、哪些磁性能是组织敏感的？举例说明成分、热处理、冷变形、
晶粒取向等因素对磁性的影响？
11、什么叫磁弹性能？他受哪些因素影响？
物体在磁化时伸长或收缩受到限制，则在物体内部形成应力，从而内部将产生弹性能，即磁弹性能。
物体内部的缺陷、杂质等都可以增加其磁弹性能。
对于多晶体而言，若磁弹性能是由于应力的存在而引起的，那么磁化方向和应力方向的夹角、材料所受的应力、饱和磁致伸缩系数和单位体积中的磁弹性能都会影响该磁弹性能。
12、技术磁化过程可分为那几个阶段，各个技术磁化阶段的特点是什么？什么叫单畴体？单晶体一定是单畴体吗？
第一部分 oa 是可逆磁化过程可逆是指磁场减少到零时 m沿原曲线减少到零在可逆磁化阶段磁化曲线是线性的没有剩磁和磁滞。在金属软磁材料中此阶段以可逆壁移为主。第二部分 ab 是不可逆磁化阶段此阶段内 m随磁化场急剧地增加 m与h曲线不再是线性。此阶段中若把磁场减少到零 m不再沿原曲线减少到零而出现剩磁这种现象成为磁滞巴克豪森指出这一阶段由许多m的跳跃性变化组成是畴壁的不可逆跳跃引起的。
第三部分 bc 是磁化矢量的转动过程第二阶段结束后畴壁消失整个铁磁体成为一个单畴体但其内部磁化强度方向还与外磁场方向不一致。在这一阶段内随磁化场进一步增大磁矩逐渐转动到与外磁场一致的方向当磁化到s点时磁体已磁化到技术饱和这时的磁化强度称饱和磁化强度ms。
【篇二：材料物理性能习题2011.12.8答案】
子波通过一个理想晶体（0k）点阵时，它将不受散射；只有晶体点阵遭到破坏的地方，电子波受到散射（不相干散射），即产生_____电阻________。
2. 材料的总电阻包括___基本电阻_____(与温度有关的电阻)和
_______溶质___（杂质）浓度引起的电阻之和。
3. 按压力对金属导电性的影响，金属可分为___正常金属
_________（压力增大，电阻率下降－铁、钴、镍、钯、铂、铜、银、金、锆、铱等）和_______反常金属__________（压力增大，电阻率增大－钙锶锑铋等）。
4. ___________是组织敏感参量，因此在金属与合金研究中，常用电阻率变化来研究金属与合金的组织结构变化。
5._____电流_____是电荷的定向移动，电荷的载体成为载流子。载流子可以是_______电子___、____空穴________、_____离子
_________。
7. ___介电材料__，又称电介质，是电的绝缘材料，主要用于制造电容器。
8. 据电介质分子的正负电荷统计重心是否重合，电解质分为__非极性分子电解质___和____极性分子电解质____。
9.当电场强度超过某一临界值时，介质由介电状态变为导电状态，该
现象称为_介电强度的破坏_，或-介质的击穿_。
10.电介质还可用于传感器、光学、声学、红外探测等领域—电介质的三种特殊性质，即_____压电性______、______铁电性______、______热释电性______。
11. 光具有波粒二相性，讨论光与材料相互作用产生的反射、折射、投射现象时，应用的是_____粒子性___________；而讨论光波在介质中的传播、衍射等现象时，应用的是________波动性_______。
12.光子与固体材料的相互作用，其实质上就是光子与固体材料中的原子、离子、电子等的相互作用。其中最主要的是_____电子极化__________和__电子能态转变__。
10.光线通过介质时，引起介质价电子的跃迁，或加剧原子振动而消失能量，从而造成光能的衰减，即____材料对光的吸收_。
11.由辐射或其他形式的能量激发电子从价带进入导带，当起返回到价带时发射出光子，产生冷发光现象。冷发光一般有两种类型，即__荧光_和__磷光_________。
12.物质磁性的根源是___电荷运动____________或者说是____电子运动_________。
13. cr13系列钢之所以常用于制造汽轮机叶片材料，除了其热强度高外，另外更重要的是_热循环韧性_大，即_____消振性好_____。
14.列举三种你所知道的热分析的方法_差热分析_、_差示扫描量热法_和_升温曲线测定_。
二、判断题
1. 理想金属在0k时电阻为零。（对）p38
2.金属熔化后电阻率增加，而锑反常，熔化后电阻率反而减小，其主要原因为材料的键合方式发生了改变，由熔化前的共价键变为熔化后的金属键。（对）p39
3.冷加工可以引起金属电阻率增加。（对）p41
4.电介质在外电场作用下，无极性分子的正负电荷重心重合将产生分离，产生电偶极矩。（对）p98
5. 正压电效应中，电荷密度大小与所加应力的大小成线性关系。因此，正压电效应用于传感测力。（对）p117
6.压电效应与晶体结构的对称性有关。只有结构上没有对称中心，
才有可能产生压电效应。（对）p122
7.有热释电效应一定有压电效应，反之，有压电效应却不一定有热
释电性。（对）p125
8.具有电滞回线性质的晶体被称为铁电体。铁电体中并不含有铁。（对）p126
9.介质的n总是大于1的正数。（对）p146
10.据磁化率的正负不同，磁性材料分为抗磁性材料和顺磁性材料。（错）p295
11.任何材料在磁场的作用下都会产生抗磁性。（对）p296
12.过渡族金属如铁、钴、镍和某些稀土金属如钇、钐、铕等都具有
铁磁性。（错）p297
13.金属的弹性模量愈大，德拜特征温度也愈高。（对）p384
14.金属的弹性模量随原子半径增大而减小，同时也随原子间距的增
加而下降。（对）p384
15.金属变形速率极快，远远超出试件加载速率，因此加载速率对金
属材料的弹性模量没有影响。（对）p385
16.金属的弹性模量主要取决于金属键合强度，对金属组织结构并不
太敏感，应该说热处理对改变弹性模量影响不大。（对）
三、名词解释
电介质；在电场作用下能够建立极化的物质
感应电荷；是指把电荷移近不带电的导体，可以使导体带电的现象
正压电效应；当晶体受到机械力的作用时，一定方向的表面产生束
缚电荷，其电荷密度大学与所加应力大小呈线性关系，这种机械能
转化成电能的过程，称为正压电效应
热释电性；由于温度作用而使电极化强度变化
折射率；光在真空中与材料中速度之比
散射；分子或原子相互接近时，由于双方具有很强的相互斥力，迫
使它们在接触前就偏离了原来的运动方向而分开，这通常称为散射。热容；没有相变或化学反应时，材料温度升高一k所吸收的热量热
膨胀；是指外压强不变的情况下，大多数物质在温度升高时，其体
积增大，温度降低时体积缩小
热稳定性；是指材料承受温度急剧变化而不被破坏的能力，也称热
抗震性
磁化；任何材料在外磁场的作用下都会或多或少显示出磁性，这种
现象称为材料被磁化
磁致伸缩效应；铁磁体在磁场中磁化，其形状和尺寸都会发生变化，这种现象称为磁致伸缩效应
剩余磁感应强度；
矫顽力；
软磁材料；是指剩磁和矫顽力均很小的铁磁材料
弹性；物体具有恢复形变前的形状和尺寸的能力
内耗；由于固体内部原因而使机械能消耗的现象
弹性后效；指的是材料在弹性范围内受某一不变载荷作用，其弹性
变形随时间缓缓增长的现象。
滞回环.
四、综合题
n?nexp(?eg/2kt)
式中n为状态密度，k为波尔兹曼常数，t为绝对温度。试回答
【篇三：材料物理性能第七章作业课后习题2013版中
文版】
推出公式(2)：
带入公式(2)可得：
根据表
7-1，用excel拟合图7-4，得：
7.3液氙的电子极化
液氙常常被用于辐射探测器，其密度为3.0g.cm依据表7.1的电极
化率计算其相对介电常数（?的实验值是1.96）解：
r
?3
-40
2
要计算?r，需要从密度d求出单位体积xe原子的个数。如果
mat=131.29是xe的原子质量数。na是阿伏伽德罗常数，那么
nad6.02?1023mol?1?3g.cm?3
n???1.375?1022cm?3 ?1
mat131.29g.mol
根据n=1.375?1028m?3和?e?4.4?10?40f?m2 得到：
?r?1?
n?e
?0
1.375?1028?4.4?10?40
?1??1.683 ?12
8.85?10
若采用克劳体斯—莫索提方程，可得：
28?402n?e2?1.375?10?4.4?101?1?
3?0?12
?r???1.89 28?40
ne1.375?10?4.4?101?1?
3?03?8.85?10?12
综上之，简单关系公式低估了相对介电常数，由于实验值是1.96，故所得结果?r?1.89为所求相对介电常数。
7.4 相对介电常数，键强，带隙和折射率
金刚石、硅和锗都是具有相同晶体结构的共价键固体，它们的相对介电常数如表7.10所示。
表7.10 金刚石、硅和锗的特性
金刚石硅锗
mat 12 28.09 72.61
密度
3
-40
2
y (gpa) 827 190 75.8
eg (ev) 5.5 1.12 0.67
n 2.42 3.45 4.09
（g/cm） (10f?m) 3.52 2.33 5.32
0.923 4.17 5.02
b 计算每种晶体中原子的极化率，并作极化率-弹性模量图，他们有相关性吗？解：金刚石
r
的关系式可以看出，电子极
nad(6.02?1023mol?1)?(3.52gcm?3)n???1.77?1023cm?3?1.77? 1029m?3
mat12
硅
nad(6.02?1023mol?1)?(2.33gcm?3)
n???4.99?1022cm?3?4.99?1028m?3
mat28.09
锗
nad(6.02?1023mol?1)?(5.32gcm?3)
n???4.41?1022cm?3?4.41?1028m?3
mat72.61
极化率-弹性模量图见图1，由图中可以看出，随着极化率的增加，
弹性模量几乎呈线性减小。
c 根据b中得到的极化率作极化率-带隙图。它们有联系吗？
答：极化率-带隙图见图2.由图中可以看出，随着极化率的增加，带
隙减小。 d
证明折射率n? 证明：根据麦克斯韦电磁波理论：
v?
n?
c
? v
n?此公式在介质为无机材料时适用。
e 上面得到的结论可以用于nacl等离子晶体吗？答：不可以，因为它们的极化机制不同。
图1 极化率与弹性模量的关系
图2 极化率与带隙的关系
习题7.5 极性液体：
水单位体积分子数为：nd=
3
ndm
233283
-12
28
3
-40
2
1
两种算法得出的值都与真实值相差很大，因此得出以下结论：
首先克劳修斯-莫索提方程不适用于偶极电介质，即其局域场不能以
洛伦兹局域场定义；其次，偶极电介质的局域场不等于其宏观电场，因此不能使用简化公式7.14。
1p2
-302-23-402
1
283-402-12
n
rt得：400℃（673.15k）、10个大气压下单位体积水蒸气分子数为na
n?
p?nart
1.01?106?6.02?1023?3?m
②偶极取向极化率
26
?3