第一章电学性能
1.1 材料的导电性
，ρ称为电阻率或比电阻，只与材料特性有关，而与导体的几何尺寸无关，是评定材料导电性的基本参数。ρ的倒数σ称为电导率。
一、金属导电理论
1、经典自由电子理论
在金属晶体中，正离子构成了晶体点阵，并形成一个均匀的电场，价电子是完全自由的，称为自由电子，它们弥散分布于整个点阵之中，就像气体分子充满整个容器一样，因此又称为“电子气”。它们的运动遵循理想气体的运动规律，自由电子之间及它们与正离子之间的相互作用类似于机械碰撞。当对金属施加外电场时，自由电子沿电场方向作定向加速运动，从而形成了电流。在自由电子定向运动过程中，要不断与正离子发生碰撞，使电子受阻，这就是产生电阻的原因。
2、量子自由电子理论
金属中正离子形成的电场是均匀的，价电子与离子间没有相互作用，可以在整个金属中自由运动。但金属中每个原子的层电子基本保持着单个原子时的能量状态，而所有价电子却按量子化规律具有不同的能量状态，即具有不同的能级。
0K时电子所具有最高能态称为费密能E F。
不是所有的自由电子都参与导电，只有处于高能态的自由电子才参与导电。另外，电子波在传播的过程中被离子点阵散射，然后相互干涉而形成电阻。
马基申定则：，总的电阻包括金属的基本电阻和溶质（杂质）浓度引起的电阻（与温度无关）；从马基申定则可以看出，在高温时金属的电阻基本取决于，而在低温时则决定于残余电阻。
3、能带理论
能带：由于电子能级间隙很小，所以能级的分布可看成是准连续的，称为能带。
图1-1(a)、(b)、(c)，如果允带的能级未被填满，允带之间没有禁带或允带相互重叠，在外电场的作用下电子很容易从一个能级转到另一个能级上去而产生电流，具有这种能带结构的材料就是导体。
图1-1(d)，若一个满带上面相邻的是一个较宽的禁带，由于满带中的电子没有活动的余地，即便是禁带上面的能带完全是空的，在外电场作用下电子也很难跳过禁带，具有这种能带结构的材料是绝缘体。
图1-1(e)，半导体的能带结构与绝缘体相同，所不同的是它的禁带比较窄，电子跳过禁带不像绝缘体那么困难，满带中的电子受热振动等因素的影响，能被激发跳过禁带而进入上面的空带，在外电场作用下空带中的自由电子产生电流。
图1-1 能带填充情况示意图
(a)、(b)、(c)金属；(d)绝缘体；(e)半导体
温度对材料导电性的影响：温度升高使离子振动加剧，热振动振幅加大，原子的无序度增加，周期势场的涨落也加大，这些因素都使电子运动的自由程减小，散射几率增加而导致电阻率增大。
二、无机非金属导电机理
电导：材料在电场作用下产生漏电电流。
载流子：对材料来说，只要有电流就意味着有带点粒子的定向运动，这些带点粒子称为载流子。
金属材料电导的载流子是自由电子；无机非金属材料电导的载流子可以是电子、电子空穴，或离子、离子空位。
载流子是电子或电子空穴的电导称为电子式电导，载流子是离子或离子空位
的电导称为离子式电导。
本征电导：离子电导源于晶体点阵中基本离子的运动。
杂质电导：离子电导是结合力比较弱的离子运动造成的，这些离子主要是杂质。
1.2 半导体的电学性能
一、本征半导体的电学性能
本征半导体：纯净的无结构缺陷的半导体单晶。
电学特性：
(1) 本征激发成对地产生自由电子和空穴，所以自由电子浓度与空穴浓度相等，都是等于本征载流子的浓度n i；
(2) 禁带宽度E g越大，载流子浓度n i越小；
(3) 温度升高时载流子浓度n i增大；
(4) 载流子浓度n i与原子密度相比是极小的，所以本征半导体的导电能力很微弱。
二、杂质半导体的电学性能
1、n型半导体
概念：在本征半导体中掺入五价元素的杂质（磷、砷、锑）的半导体。
结构：掺入五价元素后，可以使晶体中的自由电子浓度极增加，这是因为五价元素的原子有五个价电子，当它顶替晶格中的一个四价元素的原子时，它的四个价电子与周围的四个硅（或锗）原子以共价键相结合后，还余下了一个价电子变成多余的。
多子：在n型半导体中，自由电子的浓度大（1.5*1014cm-3），故自由电子称为多数载流子，简称多子。
少子：n型半导体中的空穴称为少数载流子，简称少子。
在电场作用下，n型半导体中的电流主要由多数载流子——自由电子产生，也就是说，它是以电子电导为主。
2、p型半导体
概念：在本征半导体中掺入三价元素（硼、铝、镓、铟）的杂质半导体。
结构：三价元素的原子只有三个价电子，当它顶替晶格中的一个四价元素原子，并与周围的四个硅（或锗）原子组成四个共价键时，必然缺少一个价电子，形成一个空位置。
在电场作用下，p型半导体中的电流主要由多数载流子——空穴产生，即它是以空穴导电为主。
3、杂质半导体的特点
(1) 掺杂浓度与原子密度相比虽然很微小，但是却能使载流子浓度极提高，因而导电能力也显著地增强，掺杂浓度越大，其导电能力也越强。
(2) 掺杂只是使一种载流子的浓度增加，因此杂质半导体主要靠多子导电。当掺入五价元素时，主要靠自由电子导电；当掺入三价元素时，主要靠空穴导电。
三、金属和半导体的电阻随温度变化规律不同
点阵振动的声子散射：由于点阵振动使原子间距发生变化而偏离理想周期排列，引起禁带宽度的空间起伏，从而使载流子的势能随空间变化，导致载流子的散射。显然，温度越高振动越激烈，对载流子的散射越强，迁移率下降。
电离杂质散射：由于随温度升高载流子热运动速度加大，电离杂质的散射作用也就相对减弱，导致迁移率增加。
1.3 绝缘体的电学性能
绝缘体：一般是指电阻率大于1010Ω·m、用来限制电流流动的材料。
评价电介质的主要电学性能指标有介电常数、耐电强度、损耗因素、体电阻率和表面电阻率。
一、电介质的介电常数
当极板间为真空时，平板电容器的电容量C与平板的面积S、板间距离d的关系为，C0、分别为真空下的电容和介电常数，.
当极板间存在电介质时的介电常数为静态介电常数。
带有电介质的电容C与无电介质（真空）的电容C0之比称为电介质的相对介电常数εr。
极化强度，不仅随外电场强度E升高而增加，而且取决于材料的相对介电系数。
复介电常数，实部；虚部.
介电强度：当施加于电介质上的电场强度或电压增大到一定程度时，电介质就由介电状态变为导电状态，这一突变现象称为电介质的击穿，发生击穿时的电场强度即为介电强度。
二、电介质的极化
电介质按其分子中正负电荷的分布状况可以分为中性电介质、偶极电介质和离子型电介质。
极化：电介质在电场的作用下，其部的束缚电荷所发生的弹性唯一现象和偶极子的取向（正端转向电场负极、负端转向电场正极）现象。
介质极化的基本形式
(1) 电子式极化：在电场作用下，构成介质原子的电子云中心与原子核发生相对位移，形成感应电偶极矩而使介质极化的现象。电子位移极化的形成过程很快，外电场消失后会立即恢复原状，不消耗任何能量。
(2) 离子式极化：在离子晶体中，除离子中的电子要产生位移极化外，处于点阵结点上的正负离子也要在电场作用下发生相对位移而引起极化。
(3) 偶极子极化：偶极分子在无外电场时就有一定的电偶极矩p，当有外电场时，由于偶极子要受到转矩的作用，有沿外电场方向排列的趋势，因而呈现宏观电偶极矩，形成极化。
(4) 空间电荷极化：在一部分电介质中存在着可移动的离子，在外电场作用下，正离子将向负电极侧移动并积累，而负离子将向正电极侧移动并积累。
三、电介质的介电损耗
介质损耗：电介质在电场作用下，在单位时间因发热而消耗的能量。
漏导电流：在外电场的作用下，总有一些带电粒子会发生移动而引起微弱的电流，这种微小电流称为漏导电流。
漏导损耗：漏导电流流经介质时使介质发热而消耗了电能，这种因电导而引起的介质损耗称为漏导损耗。
极化损耗：除电子、离子弹性位移极化基本上不消耗能量外，其他缓慢极化（例如松弛极化、空间电荷极化等）在极化缓慢建立的过程中都会因客服阻力而引起能量的损耗，这种损耗一般称为极化损耗。
1.4 超导电性
超导电性：在一定的低温条件下材料电阻突然失去的现象。
材料有电阻的状态称为正常态，失去电阻的状态称为超导态，材料由正常状态转变为超导状态的温度称为临界温度。
超导体的三个性能指标：完全导电性、完全抗磁性和通量量子化。
评价超导体的三个性能指标：临界转变温度T c、临界磁场强度H c、临界电流密度J c。
临界磁场强度：破幻超导态的最小磁场。
临界电流密度：保持超导态的最大输入电流。
超导现象的物理本质：超导现象产生的原因是由于超导体中的电子在超导态时电子之间存在着特殊的吸引力，而不是正常态时电子之间的静电斥力。这种特殊吸引力使电子双双结成电子对，电子对在材料中规则地运动时，如果碰到物理缺陷、化学缺陷或热缺陷，而这种缺陷所给予电子的能量变化又不足以使“电子对”破坏，则此“电子对”将不损耗能量，即在缺陷处电子不发生散射而无障碍地通过，这时电子运动的非对称分布状态将继续下去。
第二章磁学性能
1.1 磁性基本量及磁性分类
一、磁化现象和磁性的基本量
磁化：任何物质处于磁场中，均会使其所占的空间的磁场发生变化，这是由于磁场的作用使物质表现出一定的磁性，这种现象称为磁化。
磁化强度M：单位体积的磁矩。
磁化率χ：磁化强度M与磁场强度H之比，表征磁介质属性的物理量。
磁导率μ：磁感应强度B与磁场强度H之比，表征磁介质磁性的物理量。
磁感应强度B：通过垂直于磁场方向单位面积的磁力线数称为磁感应强度。
二、物质磁性的分类
图2-1 五类磁体的磁化曲线示意图
(1) 抗磁体：磁化率为很小的负数，它们在磁场中受微弱斥力，金属约有一半简单金属是抗磁体。
(2) 顺磁体：磁化率为正值，它们在磁场中受微弱吸力。
(3) 铁磁体：在较弱的磁场作用下，就能产生很大的磁化强度，磁化率是很大的正数，且M或B与外磁场强度H呈非线性关系变化。铁磁体在温度高于某
临近温度后变成顺磁体，此临近温度称为居里温度或居里点。
(4) 亚铁磁体：类似于铁磁体，但磁化率没有铁磁体那么大。
(5) 反铁磁体：磁化率是很小的正数，在温度低于某温度时，它的磁化率随温度升高而增大，高于这个温度，其行为像顺磁体。
三、磁化曲线和磁滞回线
饱和磁化强度M s：随磁化场的增加，磁感应强度B开始时增加较缓慢，然后迅速地增加，再缓慢地增加，最后当磁场强度达到H s时，磁化至饱和，此时的磁化强度称为饱和磁化强度，对应的磁感应强度称为饱和磁感应强度B s
图2-2 铁的磁滞回线
磁滞：铁磁材料从退磁状态被磁化至饱和的技术磁化过程中存在着不可逆过程，即从饱和磁化状态降低磁场H时，磁感应强度B将不沿着原磁化曲线下降而是沿bc缓慢下降，这种现象称为“磁滞”。
剩余磁感应强度：当外磁场降为0时，得到不为零的磁感应强度B r，称为剩余磁感应强度。
矫顽力：要将B减小到0，必须加一反向磁场-H c，该反向磁场值称为矫顽力。
bc段：退磁曲线；bcdefgb：磁滞回线
软磁材料：矫顽力H c很小而磁化率χ很大的材料。
硬磁材料：H c大而χ小的材料。
矩磁材料：某些磁滞回线趋于矩形的材料。
2.2 抗磁性和顺磁性
一、原子本征磁矩
原子磁矩包括电子轨道磁矩、电子的自旋磁矩和原子核磁矩三部分。
原子中电子的轨道磁矩和电子的自旋磁矩构成了原子固有磁矩，即本征磁矩。
二、抗磁性
在磁场中电子绕中心核的运动只不过是叠加了一个电子进动（拉莫尔进动），如果绕核的平均电子流起初为零，施加磁场后的拉莫尔进动会产生一个不为零的绕核电子流，这个电流等效于一个方向与外加场相反的磁矩，因而产生了抗磁性。
物质的抗磁性是由外加磁场作用下电子绕核运动所感应的附加磁矩造成的。
三、顺磁性
材料的顺磁性来源于原子的固有磁矩。
产生顺磁性的条件：
原子的固有磁矩不为零——具有奇数个电子的原子或点阵缺陷；壳层未被填满的原子或离子。
四、金属的抗磁性和顺磁性
金属的磁性要从以下四个方面考虑：正离子的顺磁性、正离子的抗磁性、自由电子的顺磁性和自由电子的抗磁性。
正离子的抗磁性来源于其电子的轨道运动，正离子的顺磁性来源于原子的固有磁矩，自由电子的顺磁性来源于电子的自旋磁矩，电子运动都产生抗磁磁矩。
2.3 铁磁性的物理本质
自发磁化：在铁磁物质部存在着很强的与外磁场无关的“分子场”，在这种“分子场”的作用下，原子磁矩趋于同向平行排列，即自发的磁化至饱和。
铁磁性产生的原因
当原子相互接近形成分子时，电子云要相互重叠，电子要相互交换位置，其本质是静电作用力迫使相邻原子的电子自旋磁矩有序排列。这种交换作用产生的附加能量称为交换能E ex（）。当A为正值时，φ =0时，E ex最大，相邻自旋磁矩同向平行排列，即自发磁化，这就是铁磁性产生的原因。
铁磁性产生的条件：原子部要有未填满的电子壳层；a/r（原子核之间的距离/参加交换作用的电子距核的距离）大于3使交换积分A为正。前者指的是原子本征磁矩不为零，后者指的是要有一定的晶体点阵结构。
2.4 相关概念
磁晶各向异性：在单晶体的不同晶向上，磁性能是不同的。
磁晶各向异性能：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。
磁致伸缩：铁磁体在磁场中被磁化时，其形状和尺寸都会发生变化。
磁致伸缩产生的原因：磁致伸缩是原子磁矩有序排列时电子间的相互作用导致原子间距调整而引起的，晶体点阵结构不同，磁化时原子间距的变化情况也不同，因此呈现不同的磁滞伸缩性能。
铁磁体在磁场中的能量为静磁能，它包括铁磁体与外磁场的相互作用能和铁磁体在自身退磁场中的能量。后一种静磁能常称为退磁能。
磁畴：在居里点以下，铁磁体自发磁化成若干个小区域，这些自发磁化至饱和的小区域称磁畴。相邻磁畴的界限称为畴壁。
技术磁化：在外磁场作用下铁磁体从完全退磁状态磁化至饱和状态的部变化过程。
技术磁化是通过两种方式进行的，一种是磁畴壁的迁移，另一种是磁畴的旋转。
磁心在不可逆交变磁化过程中所消耗的能量，统称为铁心损耗，简称铁损。它由磁滞损耗、涡流损耗和剩余损耗三部分组成。
磁后效：磁化强度（或磁感应强度）跟不上磁场变化的延迟现象。
课后习题
在磁场作用下，金属离子都产生一定的抗磁性，为何只有部分金属是抗磁金属？
答：抗磁性是电子轨道运动感应的，物质的抗磁性普遍存在。但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。当原子系统的总磁矩等于零时，抗磁性就容易表现出来，如果电子壳层未被填满，即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。
第三章光学性能
光通过固体时的现象：透过、吸收、反射和散射。
3.1 光的反射和折射
影响折射率n的因素
(1) 构成材料元素的离子半径：当介质材料的离子半径增大时，其介电常数ε增大，折射率n也增大。
(2) 材料的结构、晶型和非晶态：对于非晶态和立方晶体这些各项同性的材料，当光通过时，光速不因传播方向改变而改变，材料只有一个折射率，称为均质介质；除立方晶体以外的其他晶型都是非均质介质，光进入非均质介质时，一般都要分为振动方向相互垂直、传播速度不等的两个波，它们分别构成两条折射光线，即双折射。
(3) 材料所受的应力：有应力的透明材料，垂直于受拉主应力方向的n值大，平行于受拉主应力方向的n值小。
(4) 同质异构体：在同质异构材料中，高温时存在的晶型折射率较低，低温时的晶型折射率较高。
3.2 材料对光的吸收和色散
朗伯特定律：，它表明，在介质中光强随传播距离呈指数衰减，吸收系数α越大，材料越厚，光就被吸收得越多，因而透过后的光强度就越小。
光的色散：材料的折射率随入射光频率的减小（或波长的增加）而减小的性质。
材料的色散规律：
(1) 对于同一种材料，波长越短则折射率越大；
(2) 波长越短则色散率越大；
(3) 对于不同材料，在同一波长下，折射率越大者色散率越大；
(4) 不同材料的色散曲线间没有简单的数量关系。
3.3 介质的光散射
光的散射：光在通过气体、液体、固体等介质时，遇到烟尘、微粒、悬浮液滴或者机构成分不均匀的微小区域，都会有一部分能量偏离原来的传播方向而向四面八方弥散开来。
光强与传播距离的关系：，αa和αs分别为吸收系数和散射系数。
一、弹性散射
弹性散射：散射前后，光的波长（或光子能量）不发生变化的散射。
1、廷德尔散射
当散射中心的尺度a0远大于光波的波长λ时，σ→0，散射光强与入射光波长无关。
2、米氏散射
当散射中心尺度a0与入射光波长λ相当时，σ在0~4之间，具体数值与散射中心尺寸有关。
3、瑞利散射
当散射中心的线度a0远小于入射光的波长λ时，σ=4，即散射强度与波长的4次方成反比（）
为什么晴天早晨的太阳呈鲜红色而中午却变成白色？
答：在可见光的短波侧λ=400nm处，紫光的散射强度要比长波侧λ=720nm 处红光的散射强度大约大10倍，由于大气及尘埃对光谱上蓝紫色的散射比红橙色强，一天不同时刻到达观察者所通过的大气层厚度不同，透过大气层越厚，蓝紫色成分损失越多，因此到达观察者的中蓝紫色的比例就越少。
三、非弹性散射
非弹性散射：频率发生改变的光散射时入射光子与介质发生非弹性碰撞的结果。
3.4 材料的光发射
材料的光发射是材料以某种方式吸收能量之后，将其转化为光能，即发射光子的过程。
光致发光：通过光的辐照将材料中的电子激发到高能态从而导致发光。
阴极射线发光：利用高能量的电子来轰击材料，通过电子在材料部的多次散射碰撞，使材料中多种发光中心被激发或电离而发光的过程。
电致发光：通过对绝缘发光体施加强电场导致发光，或者从外电路将电子（空穴）注入到半导体的导带（价带），导致载流子复合而发光。
发射光谱：在一定的激发条件下发射光强按波长的分布。
激发光谱：材料发射某一种特定谱线（或谱带）的发光强度随激发光的波长而变化的曲线。
发光寿命：发光体在激发停止之后持续发光的时间称为发光寿命（荧光寿命或余辉时间）。
发光效率：通常有三种表示法，即量子效率、功率效率和光度效率。量子效率ηq是指发射光子数n out与吸收光子数（或输入的电子数）n in之比；功率效率ηp 表示发光功率P out与吸收光的功率（或输入的电功率）P in之比；光度效率ηl定义为发射的光通量L与输入的光功率（或电功率）P in之比。
3.5 材料的受激辐射和激光
激光：在外来光子的激发下诱发电子能态的转变，从而发射出与外来光子的频率、相位、传输方向以及偏振态均相同的相干光波。
光的发射和吸收可经由三种基本过程：受激吸收、受激辐射和自发辐射。
受激吸收就是固体吸收一个光子的过程，光子能量，固体中粒子的能级由E1跃迁到E2。
自发辐射就是固体发射一个光子的过程，光子能量，固体中粒子的能级由E2跃迁到E1。
受激辐射的过程是：当一个能量满足的光子趋近高能级E2的原子时，有可能诱导高能级原子发射一个和自己性质完全相同的光子，此受激辐射的光子与入射光子具有相同的频率、方向和偏振状态。因此，受激辐射是一种共振或相干过程，一个入射光子被放大为两个光子。
激活介质：实现粒子数反转的介质具有对光的放大作用，它是能产生光的受激辐射并起放大作用的物质体系。
第四章热学性能
4.1 热容与热焓
比热容：单位质量的物体温度升高1K所需的热量。
热容：质量为m的物体温度升高1K所需的热量。在加热与冷却过程中外界压力一定不变，称为比定压热容；在加热与冷却过程中物体体积保持不变，则为比定容热容。
4.2 热膨胀
热膨胀：物体在加热或冷却时的热胀冷缩现象。
热膨胀的物理本质
温度升高，原子振幅增加，原子的位移和原子间相互作用力呈非线性和非对称的关系，导致原子间距增大，因此产生热膨胀。
图4-43、4-44，自己看书，目测不会考！！
线膨胀系数：单位长度的材料在某一温度区间，温度每升高1K的平均伸长量。
体膨胀系数：单位体积的材料在某一温度区间，温度每升高1K的体积变化量。
4.3 热传导
热传导：由于材料相邻部分间的温差而发生的能量迁移。
单位时间通过单位截面上的热流密度q正比于该棒的温度梯度，即
。比例系数λ称为热导率。
热扩散率，c p为比定压热容。
热阻率，合金固溶体的热阻分为基本热阻（本征热阻）ω(T)和残余热阻ω0两部分，ω=ω0+ω(T)。
热传导的物理机制
(1) 电子导热和声子导热：对纯金属而言，电子导热时主要机制；在合金中声子导热的作用要增强；在半金属或半导体声子导热常常与电子导热相仿；在绝缘体几乎只存在声子导热一种形式。
(2) 光子导热：通常可以不考虑光子导热，因为只有在极高温下才可能有光子导热存在。
4.4 热电性
在金属导线组成的回路中，存在着温差或通以电流时，会产生热能与电能相互转换的效应，称为金属的热电性。
金属的热电效应
1、塞贝克效应
两种金属形成闭合回路时，当两个接触点处于不同温度时，回路中将出现电流，称为热电流，产生这种电流的电动势称为热电势。这种由于温差而产生的热点现象称为塞贝克效应。
2、珀尔帖效应
电流通过两种金属A、B的接点时，除了因电流流经电路而产生的焦耳热外，还会在接点处额外产生吸热或放热效应。
单位时间两种金属接点吸收（或放出）的热量Q P称为珀尔帖热。
3、汤姆逊效应
当电流通过一个有温差的金属导体时，在整个导体上除产生焦耳热外还会产生放热或吸热现象。
单位时间单位长度导体所吸收（或放出）的热量Q T，称为汤姆逊热。
综上所述（非重点）：在有不同接点温度T1和T2的金属导体AB中，上述三种效应同时出现。倘若回路闭合，热电势将引起热电流。当热电流通过接点时，其中一个接点放出珀尔帖热，另一个接点吸收珀尔帖热。由于存在温度降落，导体A和B中又有热电流通过，故也将出现汤姆逊效应，即在每一条导体的全长上放出或吸收汤姆逊热。
4.5 热稳定性
热稳定性是指材料承受温度的急剧变化而不致破坏的能力。
一、热应力
由于材料热胀冷缩引起的应力称为热应力。这种应力可导致材料的断裂破坏或者发生不希望的塑性变形。
热应力的三个来源
(1) 因热胀冷缩受到限制而产生的热应力；
(2) 多相复合材料因各相膨胀系数不同而产生的热应力；
(3) 因温度梯度而产生的热应力——材料在快速加热或冷却时，外表的温度变化比部块，外表的尺寸变化比部大，因而临近体积单元的自由膨胀或自由压缩受到限制，产生热应力。
二、提高抗热冲击断裂性能的措施
(1) 提高材料强度σ，减小弹性模量E，使σ/E提高：这意味着提高材料的柔韧性能吸收较多的弹性应变能而不致开裂，因而提高了热稳定性。
(2) 提高材料的热导率λ，使R′提高：λ大的材料传递热量快，使材料温差较快地得到缓解、平衡，因而降低了短时期热应力的聚集。
(3) 减小材料的热膨胀系数αl：αl小的材料，在同样的温差下，产生的热应力小。
(4) 减小表面热传递系数h。
(5) 减小产品的有效厚度r m
1. 影响弹性模量的因素包括:原子结构、温度、相变。 2. 随有温度升高弹性模量不一定会下降。如低碳钢温度一直升到铁素体转变为 奥氏体相变点，弹性模量单调下降，但超过相变点，弹性校模量会突然上升，然后又呈单调下降趋势。这是在由于在相变点因为相变的发生，膨胀系数急剧减小，使得弹性模量突然降低所致。 3. 不同材料的弹性模量差别很大，主要是因为材料具有不同的结合键和键能。 4. 弹性系数Ks 的大小实质上代表了对原子间弹性位移的抵抗力，即原子结合 力。对于一定的材料它是个常数。 弹性系数Ks 和弹性模量E 之间的关系:它们都代表原子之间的结合力。因为建立的模型不同，没有定量关系。（☆） 5. 材料的断裂强度：a E th /γσ= 材料断裂强度的粗略估计：10/E th =σ 6. 杜隆-珀替定律局限性:不能说明低温下，热容随温度的降低而减小，在接近 绝对零度时，热容按T 的三次方趋近与零的试验结果。 7. 德拜温度意义: ① 原子热振动的特征在两个温度区域存在着本质差别，就是由德拜温 度θD 来划分这两个温度区域: 在低θD 的温度区间，电阻率与温度的5次方成正比。 在高于θD 的温度区间，电阻率与温度成正比。 ② 德拜温度------晶体具有的固定特征值。 ③ 德拜理论表明:当把热容视为(T/θD )的两数时，对所有的物质都具有 相同的关系曲线。德拜温度表征了热容对温度的依赖性。本质上， 徳拜温度反应物质内部原子间结合力的物理量。 8. 固体材料热膨胀机理： （1） 固体材料的热膨胀本质，归结为点阵结构中质点间平均距离随温度升 高而增大。 （2） 晶体中各种热缺陷的形成造成局部点阵的畸变和膨胀。随着温度升 高，热缺陷浓度呈指数增加，这方面影响较重要。 9. 导热系数与导温系数的含义: 材料最终稳定的温度梯度分布取决于热导率，热导率越高，温度梯度越小;而趋向于稳定的速度,则取决于热扩散率,热扩散率越高，趋向于稳定的速度越快。 即:热导率大，稳定后的温度梯度小，热扩散率大，更快的达到“稳定后的温度梯度”（☆） 10. 热稳定性是指材料承受温度的急剧变化而不致破坏的能力，故又称为抗热震 性。 热稳定性破坏(即抗热振性)的类型有两种：抗热冲击断裂性和抗热冲击损伤性。 11. 提高材料抗热冲击断裂性能的措施 ①提高材料强度σ，减小弹性模量E ，σ/E 增大，即提高了材料柔韧性，这样可吸收较多的应变能而不致于开裂。晶粒较细，晶界缺陷小，气孔少且分散者，强度较高，抗热冲击断裂性较好。
第一章声现象知识归纳 1．声音的发生：由物体的振动而产生。振动停止，发声也停止。 2．声音的传播：声音靠介质传播。真空不能传声。通常我们听到的声音是靠空气传来的。 3．声速：在空气中传播速度是：340米/秒。声音在固体传播比液体快，而在液体传播又比空气体快。 4．利用回声可测距离： 5．乐音的三个特征：音调、响度、音色。(1)音调:是指声音的高低，它与发声体的频率有关系。(2)响度:是指声音的大小，跟发声体的振幅、声源与听者的距离有关系。 6．减弱噪声的途径：(1)在声源处减弱；(2)在传播过程中减弱；(3)在人耳处减弱。 7．可听声：频率在20Hz～20000Hz之间的声波：超声波：频率高于20000Hz 的声波；次声波：频率低于20Hz的声波。 8．超声波特点：方向性好、穿透能力强、声能较集中。具体应用有：声呐、B超、超声波速度测定器、超声波清洗器、超声波焊接器等。
9．次声波的特点：可以传播很远，很容易绕过障碍物，而且无孔不入。一定强度的次声波对人体会造成危害，甚至毁坏机械建筑等。它主要产生于自然界中的火山爆发、海啸地震等，另外人类制造的火箭发射、飞机飞行、火车汽车的奔驰、核爆炸等也能产生次声波。 第二章光现象知识归纳 1．光源：自身能够发光的物体叫光源。 2．太阳光是由红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫组成的。 3．光的三原色是：红、绿、蓝；颜料的三原色是：红、黄、蓝。 4．不可见光包括有：红外线和紫外线。特点：红外线能使被照射的物体发热，具有热效应（如太阳的热就是以红外线传送到地球上的）；紫外线最显著的性质是能使荧光物质发光，另外还可以灭菌。 5．光的直线传播：光在均匀介质中是沿直线传播。 6．光在真空中传播速度最大，是3×108米/秒，而在空气中传播速度也认为是3×108米/秒。 7．我们能看到不发光的物体是因为这些物体反射的光射入了我们的眼睛。
这有答案，大家尽量出有答案的题材料物理性能 习题与解答 吴其胜 盐城工学院材料工程学院 2007，3
目录 1 材料的力学性能 (2) 2 材料的热学性能 (12) 3 材料的光学性能 (17) 4 材料的电导性能 (20) 5 材料的磁学性能 (29) 6 材料的功能转换性能 (37)
1材料的力学性能 1-1一圆杆的直径为2.5 mm 、长度为25cm 并受到4500N 的轴向拉力，若直径拉细至 2.4mm ，且拉伸变形后圆杆的体积不变,求在此拉力下的真应力、真应变、名义应力和名义应变，并比较讨论这些计算结果。 解：根据题意可得下表 由计算结果可知：真应力大于名义应力，真应变小于名义应变。 1-2一试样长40cm,宽10cm,厚1cm ，受到应力为1000N 拉力，其杨氏模量为3.5×109 N/m 2，能伸长多少厘米? 解： 拉伸前后圆杆相关参数表 ) (0114.010 5.310101401000940000cm E A l F l E l l =?????=??= ?=?=?-σ ε0816.04.25 .2ln ln ln 2 2 001====A A l l T ε真应变) (91710 909.44500 60MPa A F =?==-σ名义应力0851 .0100=-=?=A A l l ε名义应变) (99510 524.44500 6 MPa A F T =?= = -σ真应力
1-3一材料在室温时的杨氏模量为3.5×108 N/m 2,泊松比为0.35，计算其剪切模量和体积模量。 解：根据 可知： 1-4试证明应力-应变曲线下的面积正比于拉伸试样所做的功。 证： 1-5一陶瓷含体积百分比为95%的Al 2O 3 (E = 380 GPa)和5%的玻璃相(E = 84 GPa)，试计算其上限和下限弹性模量。若该陶瓷含有5 %的气孔，再估算其上限和下限弹性模量。 解：令E 1=380GPa,E 2=84GPa,V 1=0.95,V 2=0.05。则有 当该陶瓷含有5%的气孔时，将P=0.05代入经验计算公式E=E 0(1-1.9P+0.9P 2)可得，其上、下限弹性模量分别变为331.3 GPa 和293.1 GPa 。 1-6试分别画出应力松弛和应变蠕变与时间的关系示意图，并算出t = 0,t = ∞ 和t = τ时的纵坐标表达式。 解：Maxwell 模型可以较好地模拟应力松弛过程： V oigt 模型可以较好地模拟应变蠕变过程： )21(3)1(2μμ-=+=B G E ) (130)(103.1)35.01(210 5.3) 1(28 8 MPa Pa E G ≈?=+?= += μ剪切模量) (390)(109.3) 7.01(310 5.3) 21(38 8 MPa Pa E B ≈?=-?= -=μ体积模量. ,. ,112 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 S W VS d V ld A Fdl W W S W V Fdl V l dl A F d S l l l l l l ∝=== = ∝= = = =??? ? ? ?亦即做功或者：亦即面积εε εε εε εσεσεσ) (2.36505.08495.03802211GPa V E V E E H =?+?=+=上限弹性模量 ) (1.323)84 05.038095.0()(11 2211GPa E V E V E L =+=+=--下限弹性模量 ). 1()()(0)0() 1)(()1()(1 //0 ----= = ∞=-∞=-= e e e E t t t στεσεεεσετ τ ；；则有：其蠕变曲线方程为：. /)0()(;0)();0()0((0)e (t)-t/e στσσσσσστ ==∞==则有：：其应力松弛曲线方程为
1、 ?拉伸曲线： ?拉伸力F－绝对伸长△L的关系曲线。 ?在拉伸力的作用下，退火低碳钢的变形过程四个阶段： ?1）弹性变形：O～e ?2）不均匀屈服塑性变形：A～C ?3）均匀塑性变形：C～B ?4）不均匀集中塑性变形：B～k ?5）最后发生断裂。k～ 2、弹性变形定义： ?当外力去除后，能恢复到原形状或尺寸的变形－弹性变形。 ?弹性变形的可逆性特点： ?金属、陶瓷或结晶态的高分子聚合物：在弹性变形内，应力－应变间具有单值线性 关系，且弹性变形量都较小。 ?橡胶态高分子聚合物：在弹性变形内，应力－应变间不呈线性关系，且变形量较大。 ?无论变形量大小和应力－应变是否呈线性关系，凡弹性形变都是可逆变形。 3、弹性比功：（弹性比能、应变比能），用a e 表示， ?表示材料在弹性变形过程中吸收弹性变形功的能力。 ?一般用材料开始塑性变形前单位体积吸收的最大弹性变形功表示。 ?物理意义：吸收弹性变形功的能力。 ?几何意义：应力σ-应变ε曲线上弹性阶段下的面积。 4、理想弹性材料：在外载荷作用下，应力-应变服从虎克定律，即σ＝Eε，并同时满足3个条件，即： ?①应变对于应力的响应是线性的； ?②应力和应变同相位； ?③应变是应力的单值函数。
?材料的非理想弹性行为： ?可分为滞弹性、伪弹性及包申格效应等几种类型 5、滞弹性(弹性后效) ?滞弹性：是指材料在弹性范围内快速加载或卸载后，随时间的延长而产生的附加弹 性应变的现象。 6、实际金属材料具有滞弹性。 ?1）单向加载弹性滞后环 ?在弹性区内单向快速加载、卸载时，加载线与卸载线会不重合（应力和应变不同步）， 形成一封闭回线，称为弹性滞后环。 ?2）交变加载弹性滞后环 ?交变载荷时，若最大应力＜宏观弹性极限，加载速率比较大，则也得到弹性滞后环(图 b)。 ?3）交变加载塑性滞后环 ?交变载荷时，若最大应力＞宏观弹性极限，则得到塑性滞后环（图c）。 7、材料存在弹性滞后环的现象说明：材料加载时吸收的变形功> 卸载时释放的变形功，有一部分加载变形功被材料所吸收。 ?这部分在变形过程中被吸收的功，称为材料的内耗。 ?内耗的大小：可用滞后环面积度量。 8、金属材料在交变载荷(振动)下吸收不可逆变形功的能力，称为金属的循环韧性，也叫金属的“内耗”。 ?严格说，循环韧性与内耗是有区别的，但有时常混用。 ?循环韧性： ?指材料在塑性区内加载时吸收不可逆变形功的能力。 ?内耗： ?指材料在弹性区内加载时吸收不可逆变形功的能力 9、循环韧性：也是金属材料的力学性能，因它表示在交变载荷(振动)下吸收不可逆变形功的能力，故又称为消振性。 ?材料循环韧性越高，则自身的消振能力就越好。 ?高的循环韧性可减振：如汽轮机叶片（1Cr13），机床材料、发动机缸体、底座等选 用灰铸铁制造。 ?低循环韧性可提高其灵敏度：如仪表和精密机械、重要的传感元件。 ?乐器所用材料的循环韧性越低，则音质越好。 10、伪弹性有些合金如（Au金-Cd镉，In铟-Tl铊等）在受一定应力时会诱发形成马氏体，相应地产生应变，应力去除后马氏体立即逆变为母相，应变回复 11、当材料所受应力超过弹性极限后，开始发生不可逆的永久变形，又称塑性变形。 12、单晶体受力后，外力在任何晶面上都可分解为正应力和切应力。 ?正应力：只能引起弹性变形及解理断裂。 ?只有在切应力的作用下，金属晶体才能产生塑性变形。 13、金属材料常见的塑性变形方式：滑移和孪生两种。 14、滑移现象： ?表面经抛光的金属单晶体在拉伸时，当应力超过屈服强度时，在表面会出现一些与 应力轴成一定角度的平行细线。 ?在显微镜下，此平行细线是一些较大的台阶（滑移带）。 ?滑移带：又是由许多小台阶组成，此小台阶称为滑移线
2019年中考物理必考的知识点总结物体在振动，我们“不一定”能听得到声音 解析： 1、声音的传播需要介质，在真空中声音是不能传播的，登上月球的宇航员们即使相距很近也要靠无线电话交谈。 2、人的听觉是有一定的频率范围的，即：20~20190Hz，频率低于20Hz的声波叫次声波，如发生海啸、地震时产生的声波是次声波；而频率高于20190Hz的声波是超声波，如医院里的B超。对于超声波和次声波人耳是无法听到的。 3、人耳听到声音的条件除了与频率有关外，还更距离发声体的远近有关，如果距离发声体太远，通过空气传入人耳后不能引起鼓膜的振动，还是听不到声音。 密度大于水的物体放在水中“不一定”下沉 解析： 密度大于水的物体放在水中有三种情况，下沉、悬浮、漂浮，到底处于哪种状态，与物体全部浸入水中受到的重力和浮力的大小有关： 1、下沉。根据F浮=Vρ水g和G=Vρ物g，因为ρ水ρ物，F浮，物体下沉，此时，该物体是实心的。例如：铁块放在水中下沉。 2、悬浮，当该物体内部的空心所造成该物体的重力与它浸没在水中所排开水的重力相等时该物体悬浮。（在挖空的过
程中，浮力不变，重力逐渐减小） 3、漂浮，当物体内部空心且空心较大时，该物体漂浮。（挖空的部分较大，使得浮力大于重力，物体上浮，直至浮出水面，浮力再次等于重力）例如：钢铁制成的轮船。 物体温度升高了，“不一定”是吸收了热量 解析： 物体吸收热量，最直接的变化就是物体内能增加，但我们知道内能是物体内部所有分子动能和是势能的总和。 1、如果吸收热量后物体的状态不发生变化，即分子势能不变，只改变了分子的动能，则物体的温度就会升高，如给铁块加热，铁块的温度升高； 2、如果吸收热量后，物体的状态发生变化，如晶体熔化，液体沸腾，虽然都在不断的吸收热量，但温度并不升高，温度始终保持不变。非晶体吸热时，分子的动能和势能都在发生变化，所以状态变化的同时，温度也升高。 物体收到力的作用，运动状态“不一定”发生改变 解析： 第一，力有两个作用效果，1、改变物体的形状；2、改变物体的运动状态。所以物体受到力的作用，不一定运动状态发生改变。 第二，即使力的效果是改变物体的运动状态，运动状态的改变是由物体受到力的共同效果决定的。1、物体受到非平衡
材料无机材料物理性能考试及答案
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无机材料物理性能试卷 一．填空（１×２０＝２０分） 1．CsCl结构中，Ｃs+与Cl-分别构成＿＿＿＿格子。 ２．影响黏度的因素有＿＿＿＿、＿＿＿＿、＿＿＿＿. ３.影响蠕变的因素有温度、＿＿＿＿、＿＿＿＿、＿＿＿＿. ４．在＿＿＿＿、＿＿＿＿的情况下，室温时绝缘体转化为半导体。 ５．一般材料的＿＿＿＿远大于＿＿＿＿。 ６．裂纹尖端出高度的＿＿＿＿导致了较大的裂纹扩展力。 ７．多组分玻璃中的介质损耗主要包括三个部分：＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿。 ８．介电常数显著变化是在＿＿＿＿处。 ９．裂纹有三种扩展方式：＿＿＿＿、＿＿＿＿、＿＿＿＿。 １０．电子电导的特征是具有＿＿＿＿。 二.名词解释（4×4分=16分） 1.电解效应 2.热膨胀 3.塑性形变 4.磁畴 三.问答题（3×8分=24分） 1.简述晶体的结合类型和主要特征： 2.什么叫晶体的热缺陷？有几种类型？写出其浓度表达式?晶体中离子电导分为哪几类？ 3.无机材料的蠕变曲线分为哪几个阶段，分析各阶段的特点。 4.下图为氧化铝单晶的热导率与温度的关系图，试解释图像先增后减的原因。 四，计算题（共20分） 1.求熔融石英的结合强度，设估计的表面能为1.75J/m2；Si-O的平衡原子间距为1.6×10-8cm，弹性模量值从60 到75GPa。（10分） 2.康宁1273玻璃(硅酸铝玻璃)具有下列性能参数： =0.021J/(cm ·s ·℃)；a=4.6×10-6℃-1；σp=7.0kg/mm2，
无机材料物理性能试题及答案
无机材料物理性能试题及答案 一、填空题（每题2分，共36分） 1、电子电导时，载流子的主要散射机构有中性杂质的散射、位错散射、电离杂质的散射、晶格振动的散射。 2、无机材料的热容与材料结构的关系不大，CaO和SiO2的混合物与CaSiO3 的 热容-温度曲线基本一致。 3、离子晶体中的电导主要为离子电导。可以分为两类：固有离子电导（本征 电导）和杂质电导。在高温下本征电导特别显著，在低温下杂质电导最为显著。 4、固体材料质点间结合力越强，热膨胀系数越小。 5、电流吸收现象主要发生在离子电导为主的陶瓷材料中。电子电导为主的陶瓷材料，因 电子迁移率很高，所以不存在空间电荷和吸收电流现象。 6、导电材料中载流子是离子、电子和空位。 7. 电子电导具有霍尔效应，离子电导具有电解效应，从而可以通过这两种效应检查材料 中载流子的类型。 8. 非晶体的导热率（不考虑光子导热的贡献）在所有温度下都比晶体的 小。在高温下，二者的导热率比较接近。 9. 固体材料的热膨胀的本质为：点阵结构中的质点间平均距离随着温度升高而增 大。 10. 电导率的一般表达式为 ∑ = ∑ = i i i i i q nμ σ σ 。其各参数n i、q i和μi的含义分别 是载流子的浓度、载流子的电荷量、载流子的迁移率。 11. 晶体结构愈复杂，晶格振动的非线性程度愈大。格波受到的 散射大，因此声子的平均自由程小，热导率低。 12、波矢和频率之间的关系为色散关系。 13、对于热射线高度透明的材料，它们的光子传导效应较大，但是在有微小气孔存在时，由于气孔与固体间折射率有很大的差异，使这些微气孔形成了散射中心，导致透明度强烈降低。 14、大多数烧结陶瓷材料的光子传导率要比单晶和玻璃小1～3数量级，其原因是前者有微量的气孔存在，从而显著地降低射线的传播，导致光子自由程显著减小。 15、当光照射到光滑材料表面时，发生镜面反射；当光照射到粗糙的材料表面时，发生漫反射。 16、作为乳浊剂必须满足：具有与基体显著不同的折射率，能够形成小颗粒。 用高反射率，厚釉层和高的散射系数，可以得到良好的乳浊效果。 17、材料的折射随着入射光的频率的减少（或波长的增加）而减少的性质，称为折射率的色散。
第一章电学性能 1.1 材料的导电性 ，ρ称为电阻率或比电阻，只与材料特性有关，而与导体的几何尺寸无关，是评定材料导电性的基本参数。ρ的倒数σ称为电导率。 一、金属导电理论 1、经典自由电子理论 在金属晶体中，正离子构成了晶体点阵，并形成一个均匀的电场，价电子是完全自由的，称为自由电子，它们弥散分布于整个点阵之中，就像气体分子充满整个容器一样，因此又称为“电子气”。它们的运动遵循理想气体的运动规律，自由电子之间及它们与正离子之间的相互作用类似于机械碰撞。当对金属施加外电场时，自由电子沿电场方向作定向加速运动，从而形成了电流。在自由电子定向运动过程中，要不断与正离子发生碰撞，使电子受阻，这就是产生电阻的原因。 2、量子自由电子理论 金属中正离子形成的电场是均匀的，价电子与离子间没有相互作用，可以在整个金属中自由运动。但金属中每个原子的内层电子基本保持着单个原子时的能量状态，而所有价电子却按量子化规律具有不同的能量状态，即具有不同的能级。 0K时电子所具有最高能态称为费密能E F。 不是所有的自由电子都参与导电，只有处于高能态的自由电子才参与导电。另外，电子波在传播的过程中被离子点阵散射，然后相互干涉而形成电阻。 马基申定则：′，总的电阻包括金属的基本电阻和溶质（杂质）浓度引起的电阻（与温度无关）；从马基申定则可以看出，在高温时金属的电阻基本取决于，而在低温时则决定于残余电阻′。 3、能带理论 能带：由于电子能级间隙很小，所以能级的分布可看成是准连续的，称为能带。 图1-1(a)、(b)、(c)，如果允带内的能级未被填满，允带之间没有禁带或允带相互重叠，在外电场的作用下电子很容易从一个能级转到另一个能级上去而产生电流，具有这种能带结构的材料就是导体。 图1-1(d)，若一个满带上面相邻的是一个较宽的禁带，由于满带中的电子没有活动的余地，即便是禁带上面的能带完全是空的，在外电场作用下电子也很难跳过禁带，具有这种能带结构的材料是绝缘体。
光学 声波 波的存在 电磁波 光波 波的作用：传播信息 特点：（1）光的传播不需依赖于一定的物质，在真空中也能传播。 （2）在同一种物质中沿直线传播，在两种不同物质界面上会发生 在传播过程中光的路线是可逆的。 速度：在不同物质中传播速度不同。 在真空中光速最大，数值为3×108米/秒。 反射定律： 镜面反射—平面镜成像 漫反射 折射现象特点： 凸透镜 凹透镜 5、眼睛——视力的矫正 类型 特点 矫正方法 近视眼 来自于远方物体的光成像在视网膜前 戴凹透镜 远视眼 来自于远方物体的光成像在视网膜后 戴凸透镜 凸透镜成像规律 物距 像的性质、特点 像的位置 应用举例 与物体在 像距 u →∞ 缩成一点（实像） 异侧 v=f 测量焦距 u ＞2f 倒、缩小、实像 异侧 f ＜u ＜2f 照相机 u=2f 倒、等大、实像 异侧 v=2f ／ f ＜u ＜2f 倒、放大、实像 异侧 v ＞2f 投影仪 u=f 不成像，光经过凸透镜后平行于主光轴的光线 平行光源 u ＜f 正立、放大、虚像 同侧 ／ 放大镜 1、波 2、光的传播 种类 3、光的反射 项目 不同点 相同点 镜面 反射 反射面 光线特点 都遵守光的反射定律 平整光面 如果入射光线平行，则反射光线仍平行。 漫反射 粗糙不平 反射光线杂乱散漫。 透镜 4 、光的折射 名称 形状 性质 特点 凸透镜 中间厚边缘薄 对光起会聚作用，有实焦点 能成实像和虚像 凹透镜 中间薄边缘厚 对光线起发散作用，有虚焦点 只能成虚 像 空气斜射入水中，折射光线向法线靠 水或玻璃射向空气中，折射光线远离法线
力学 1、运动的描述 （1）参照物：研究物体是否运动和怎样运动时，事先假定不动的物体。参照物可任意选择， 所选参照物不同，描述的结果可能不同，通常选地面或地面上的建筑物为参照物。 （2）运动和静止的判断方法：（a ）选择合适的参照物。（b ）看被判断物体与参照物之间位 置是否改变，若不变则静止；若变则运动。 (3)运动的分类 匀速直线运动：物体在一条直线上运动，且在相等的时间内 直线运动 通过的路程相等。 机械运动 变速直线运动：在相等时间内通过的路程不相等的直线运动。 曲线运动 2、速度与平均速度 意义：描述物体运动的快慢。 公式：v = s / t 单位：米/秒（主单位），千米/小时（常用单位） (2)平均速度：作变速直线运动的物体，物体通过的距离与通过这段距离所经历的时间之比。 3、力 ）。 大小 方向 作用点
材料物理性能复习思考题汇总 第一章绪论及材料力学性能 一．名词解释与比较 名义应力:材料受力前面积为A,则δ。=F/A,称为名义应力 工程应力：材料受力后面积为A。，则δT =F/A。，称为工程应力 拉伸应变：材料受到垂直于截面积方向大小相等，方向相反并作用在同一条直线上的两个拉伸应力时发生的形变。 剪切应变：材料受到平行于截面积大小相等，方向相反的两个剪切应力时发生的形变。 结构材料：以力学性能为基础，以制造受力构件所用材料 功能材料：具有除力学性能以外的其他物理性能的材料。 晶须：无缺陷的单晶材料 弹性模量：材料发生单位应变时的应力 刚性模量：反映材料抵抗切应变的能力 泊松比：反映材料横向正应变与受力方向线应变的比值。（横向收缩率与轴向收缩率的比值） 形状因子：塑性变形过程中与变形体尺寸，工模具尺寸及变形量相关参数。 平面应变断裂韧性：一个考虑了裂纹尺寸并表征材料特征的常数 弹性蠕变：对于金属这样的实际弹性体，当对它施加一定的应力时，它除了产生一个瞬时应变以外，还会产生一个随时间而变化的附加应变（或称为弛豫应变），这一现象称为弹性蠕变。 蠕变：在恒定的应力δ作用下材料的应变随时间增加而逐渐增大的现象 材料的疲劳：裂纹在使用应力下，随着时间的推移而缓慢扩展。 应力腐蚀理论：在一定环境温度和应力场强度因子作用下，材料中关键裂纹尖端处，裂纹扩展动力与裂纹扩展阻力的比较，构成裂纹开裂和止裂的条件。 滑移系统：滑移面族和滑移方向为滑移系统 相变增韧：利用多晶多相陶瓷中某些相成分在不同温度的相变，从而增韧的效果，统称相变增韧 弥散强化：在基体中渗入具有一定颗粒尺寸的微细粉料，达到增韧效果，这称为弥散增韧 屈服强度：屈服强度是金属材料发生屈服现象时的屈服极限，亦即抵抗微量塑性变形的应力 法向应力：导致材料伸长或缩短的应力 切向应力：引起材料切向畸变的应力 应力集中：受力构件由于外界因素或自身因素导致几何形状、外形尺寸发生突变而引起局部范围内应力显著增大的现象。
热学： 1.温度t：表示物体的冷热程度.【是一个状态量.】 常用温度计原理：根据液体热胀冷缩性质. 温度计与体温计的不同点：①量程,②最小刻度,③玻璃泡、弯曲细管,④使用方法. ⒉热传递条件：有温度差.热量：在热传递过程中,物体吸收或放出热的多少.【是过程量】 热传递的方式：传导（热沿着物体传递）、对流（靠液体或气体的流动实现热传递）和辐射（高温物体直接向外发射出热）三种. ⒊汽化：物质从液态变成气态的现象.方式：蒸发和沸腾,汽化要吸热. 影响蒸发快慢因素：①液体温度,②液体表面积,③液体表面空气流动.蒸发有致冷作用. ⒋比热容C：单位质量的某种物质,温度升高1℃时吸收的热量,叫做这种物质的比热容. 比热容是物质的特性之一,单位：焦／（千克℃）常见物质中水的比热容最大. C水＝4.2×103焦／（千克℃）读法：4.2×103焦耳每千克摄氏度. 物理含义：表示质量为1千克水温度升高1℃吸收热量为4.2×103焦. ⒌热量计算：Q放＝cm⊿t降Q吸＝cm⊿t升 Q与c、m、⊿t成正比,c、m、⊿t之间成反比.⊿t=Q/cm 6．内能：物体内所有分子的动能和分子势能的总和.一切物体都有内能.内能单位：焦耳 物体的内能与物体的温度有关.物体温度升高,内能增大；温度降低内能减小. 改变物体内能的方法：做功和热传递（对改变物体内能是等效的） 7．能的转化和守恒定律：能量即不会凭空产生,也不会凭空消失,它只会从一种形式转化为其它形式,或者从一个物体转移到另一个物体,而能的总量保持不变. 压强： 1.压强P：物体单位面积上受到的压力叫做压强. 压力F：垂直作用在物体表面上的力,单位：牛（N）. 压力产生的效果用压强大小表示,跟压力大小、受力面积大小有关. 压强单位：牛/米2；专门名称：帕斯卡（Pa） 公式：F=PS【S：受力面积,两物体接触的公共部分；单位：米2.】 改变压强大小方法：①减小压力或增大受力面积,可以减小压强；②增大压力或减小受力面积,可以增大压强. ⒉液体内部压强：【测量液体内部压强：使用液体压强计（U型管压强计）.】 产生原因：由于液体有重力,对容器底产生压强；由于液体流动性,对器壁产生压强. 规律：①同一深度处,各个方向上压强大小相等②深度越大,压强也越大③不同液体同一深度处,液体密度大的,压强也大.[深度h,液面到液体某点的竖直高度.] 公式：P=ρghh：单位：米；ρ：千克／米3；g=9.8牛／千克. ⒊大气压强：大气受到重力作用产生压强,证明大气压存在且很大的是马德堡半球实验,测定大气压强数值
一·辨析 1. 铁电体与铁磁体的定义和异同 答：铁电体是指在一定温度范围内具有自发极化，并且自发极化方向可随外加电场作可逆转动的晶体。铁磁体是指具有铁磁性的物质。 2. 本征（固有离子）电导与杂质离子电导 答：本征电导是源于晶体点阵的基本离子的运动。这种离子自身随着热振动离开晶体形成热缺陷。这种热缺陷无论是离子或者空位都是带电的，因而都可作为离子电导载流子。显然固有电导在高温下特别显著；第二类是由固定较弱的离子的运动造成的，主要是杂质离子。杂质离子是弱联系离子，所以在较低温度下杂质电导表现显著。 相同点：二者的离子迁移率 和电导率 表达形式相同 不同点：a.本征离子电导载流子浓度与温度有关，而杂质离子电导载流子浓度与温度无关，仅决定于杂质的含量 B.由于杂质载流子的生成不需要提供额外的活化能，即他的活化能比在正常晶格上的活化能要低得多，因此其系数B 比本征电导低一些 C.低温部分有杂质电导决定，高温部分由本征电导决定，杂质越多，转折点越高 3. 离子电导和电子电导 答：携带电荷进行定向输送形成电流的带点质点称为载流子。载流子为离子或离子空位的为离子电导；载流子是电子或空穴的为电子电导 不同点：a.离子电导是载流子接力式移动，电子电导是载流子直达式移动 B.离子电导是一个电解过程，符合法拉第电解定律，会发生氧化还原反应，时间长了会对介质内部造成大量缺陷及破坏；而电子电导不会对材料造成破坏 C.离子电导产生很困难，但若有热缺陷则会容易很多；一般材料不会产生电子电导，一般通过掺杂形式形成能量上的自由电子 D.电子电导的电导率远大于离子电导（原因：1.当温度升高时，晶体内的离子振动加剧，对电子产生散射，自由电子或电子空穴的数量大大增加，总的效应还是使电子电导非线性地大大增加；2.在弱电场作用下，电子电导和温度成指数式关系，因此电导率的对数也和温度的倒数成直线关系；3.在强电场作用下，晶体的电子电导率与电场强度之间不符合欧姆定律，而是随场强增大，电导率有指数式增加 4.铁电体与反铁电体 答：铁电体是指在一定温度范围内具有自发极化，并且自发极化方向可随外加电场作可逆转动的晶体；反铁电体是指晶体中相邻的离子沿反平行方向发生自发极化，宏观上自发极化为零且无电滞回线的材料 不同点：1.在反铁电体的晶格中，离子有自发极化，以偶极子形式存在，偶极子成对的按反平行方向排列，这两部分偶极子的偶极矩大小相等，方向相反；而在铁电体的晶格中，偶极子的极性是相同的，为平行排列 2.反铁电体具有双电滞回线，铁电体具有电滞回线 3.当外电场降至零时，反铁电体无剩余极化，铁电体存在剩余计 铁电体 铁磁体 自发极化 自发磁化 不含铁 含铁 电畴 磁畴 电滞回线 磁滞回线
拉伸冲杯试验模具与产品 高强度板材杯凸 EC系列板材成型实验平台创新性地引入双级液 压、动态载荷平衡、模具总成机构等独特设计， 达到板材成形实验平台的测试精度高、可扩展的 测试功能多、拉伸推力大、压边力与拉伸力分别 单独可控的优点，可以做各种超过10mm厚度的高 强度板材的成形测试。测试平台对现有的汽车轻 量化技术、板材成形工艺研究、材料物理性能测 试、焊接工艺评估、润滑油品分级方面起到至关 重要的作用，经我们的平台实验后，可得出最优 设计参数，减少工业领域的材料浪费，达到节能 环保的效果 目前国内市场上的板材成形试验机主要受限于结 构，采取多立柱液压压紧，丝杠提供拉伸力的方 式，这种结构复杂、体积庞大、提供的拉伸力范 围小，只能测试国标GB15825里面规定的2mm厚 以内的板材测试；EC系列的产品的拉伸力范围、 测试精度和重复性完全满足ISO、GB、DIN、ASTM 等试验标准
⑤弯曲试验⑥扩孔试验⑦滚边试验 注：此试验的深拉冲杯完成后，需要 G1型滚边机完成滚弯过程 EC系列板材成形试验平台可做测试内容
EC系列板材成形试验平台应用领域： - 板材成形性能研究 - 冲压工艺模拟和成型工艺参数研究和评估（常温和高温） - 焊道检测、焊接工艺指标评定 - 润滑油的评估和分级 - 涂料性能检测 - 包装材料质量评定（易拉罐板材、清漆性能） EC系列板材成形试验平台技术特性: 1.双级液压拉伸压边系统，每级可单独控制位移、速度、方向、推力 2.压边力分边：带压边力自动分边装置，保证压边载荷均匀分布于圆周，结构保证由于压边力不均匀引起的物料不对称滑动，提高 拉伸试验结果的准确性 3.业内首创深拉冲杯一次成形技术，板材一次性自动冲裁圆片、自动适应均匀压边、自动拉伸、自动退料 4.创新性的模具总成成套更换方式，让模具更换更加简单方便，防止模具错误装配；更高的模具对中性 5.液压拉伸机构：冲头自动匀速推进、速度无极可调，系统推力大，整个试验过程平滑流畅 6.实验冲模对中性：0.05mm以内 7.机器停机方式：①传感器感应到冲头拉伸力急速下降，板材屈服极限到达，自动停机②手动停机：观察到裂纹出现，立即停机 8.系统内采用防尘设计，适应严酷工况；满足长期高负荷试验运行 9.拉伸力获取方式：盘辐式压力传感器、油压换算 10.全数字数据处理平台，高速动态数据采样频率超过1MSPS高速动态数据采集模块、高速嵌入式带DSP算法微处理器,数据采集密度大 11.输出：GOM-FLC系统信号接口、USB连接PC接口 12.主机自带人机界面，可独立监控实验过程，也可通过USB接口监控 13.可调滚动脚轮，移动方便 14.系统带缓冲刹车保护装置，启动、停机平稳，环保节能设计，能效比高
《材料物理性能》 第一章材料的力学性能 1-1一圆杆的直径为2.5 mm 、长度为25cm 并受到4500N 的轴向拉力，若直径拉细至2.4mm ，且拉伸变形后圆杆的体积不变,求在此拉力下的真应力、真应变、名义应力和名义应变，并比较讨论这些计算结果。 解： 由计算结果可知：真应力大于名义应力，真应变小于名义应变。 1-5一陶瓷含体积百分比为95%的Al 2O 3 (E = 380 GPa)和5%的玻璃相(E = 84 GPa)，试计算其上限和下限弹性模量。若该陶瓷含有5 %的气孔，再估算其上限和下限弹性模量。 解：令E 1=380GPa,E 2=84GPa,V 1=0.95,V 2=0.05。则有 当该陶瓷含有5%的气孔时，将P=0.05代入经验计算公式E=E 0(1-1.9P+0.9P 2) 可得，其上、下限弹性模量分别变为331.3 GPa 和293.1 GPa 。 0816 .04.25.2ln ln ln 22 001====A A l l T ε真应变) (91710909.44500 60MPa A F =?==-σ名义应力0851 .010 0=-=?=A A l l ε名义应变) (99510524.445006MPa A F T =?== -σ真应力) (2.36505.08495.03802211GPa V E V E E H =?+?=+=上限弹性模量) (1.323)84 05.038095.0()(1 12211GPa E V E V E L =+=+=--下限弹性模量
1-11一圆柱形Al 2O 3晶体受轴向拉力F ，若其临界抗剪强度τf 为135 MPa,求沿图中所示之方向的滑移系统产生滑移时需要的最小拉力值，并求滑移面的法向应力。 解： 1-6试分别画出应力松弛和应变蠕变与时间的关系示意图，并算出t = 0,t = ∞ 和 t = τ时的纵坐标表达式。 解：Maxwell 模型可以较好地模拟应力松弛过程： V oigt 模型可以较好地模拟应变蠕变过程： 以上两种模型所描述的是最简单的情况，事实上由于材料力学性能的复杂性，我们会用到用多个弹簧和多个黏壶通过串并联组合而成的复杂模型。如采用四元件模型来表示线性高聚物的蠕变过程等。 ). 1()()(0)0() 1)(()1()(10 //0 ----= = ∞=-∞=-=e E E e e E t t t στεσεεεσεττ；；则有：其蠕变曲线方程为：. /)0()(;0)();0()0((0)e (t)-t/e στσσσσσστ==∞==则有：：其应力松弛曲线方程为0 1 2 3 4 5 0.0 0.20.40.60.81.0 σ(t )/σ(0) t/τ 应力松弛曲线 012345 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 ε (t )/ε(∞) t/τ 应变蠕变曲线 )(112)(1012.160cos /0015.060cos 1017.3)(1017.360cos 53cos 0015.060cos 0015.053cos 82 332min 2MPa Pa N F F f =?=? ? ??=?=? ???=?? ?? = πσπ τπτ：此拉力下的法向应力为为： 系统的剪切强度可表示由题意得图示方向滑移
最新中考物理必考知识点复习提纲完整版 1、乐音三要素及决定因素：①音调是指声音的高低，频率越大，音调越高 ②响度是指声音的大小，振幅越大,距发声体越近，响度越大。 ③音色指不同发声体声音特色,不同发声体在音调和响度相同时，音色是不同的。 2、声音在空气中的传播速度为：340m/s 3、光的直线传播的现象：影子、小孔成像、日食和月食。 4、光的反射定律：反射光线、入射光线和法线都在同一个平面内，反射光线和入射光线分居法线的两侧，反射角等于入射角。【总结为“三线共面、法线居中、两角相等”。】 ①像与物等大 ②平面镜成像为虚像 ③像到镜面的距离等于物到镜面的距离 ④像与物的对应点的连线到镜面的距离垂直 6、光的折射规律：①在折射现象中，折射光线、入射光线和法线都在同一个平面内；②光从空气斜射入水中或其他介质中时，折射光线向法线方向偏折（折射角＜入射角）；③光从水或其他介质中斜射入空气中时，折射光线向界面方向偏折（折射角＞入射角）。 7、光在空气中传播的速度为：c = 3×108 m/s 8、光的三基色：红、绿、蓝 9、凸透镜对光有会聚作用，凹透镜对光有发散作用。 10、近视眼矫正应佩带凹透镜，远视眼矫正应佩带凸透镜 12、熔化：物质从固态变成液态的过程叫做熔化；凝固：物质从液态变成固态的过程叫做凝固。 13、熔化吸热，凝固放热 14、晶体熔化特点：固液共存，吸热，温度不变 非晶体熔化特点：吸热，先变软变稀，最后变为液态 非晶体熔点： 温度不断上升。 15、熔化的条件：⑴ 达到熔点。⑵ 继续吸热。 16、汽化：物质从液态变为气态的过程叫汽化。②汽化的两种方式：沸腾和蒸发③沸腾是在一定温度
期末复习题参考答案 一、填空 1.一长30cm的圆杆，直径4mm，承受5000N的轴向拉力。如直径拉成3.8 mm，且体积保持不变，在此拉力下名义应力值为，名义应变值为。 2.克劳修斯—莫索蒂方程建立了宏观量介电常数与微观量极化率之间的关系。 3．固体材料的热膨胀本质是点阵结构中质点间平均距离随温度升高而增大。 4．格波间相互作用力愈强，也就是声子间碰撞几率愈大，相应的平均自由程愈小，热导率也就愈低。 5．电介质材料中的压电性、铁电性与热释电性是由于相应压电体、铁电体和热释电体都是不具有对称中心的晶体。 6．复介电常数由实部和虚部这两部分组成，实部与通常应用的介电常数一致，虚部表示了电介质中能量损耗的大小。 7．无机非金属材料中的载流子主要是电子和离子。 8．广义虎克定律适用于各向异性的非均匀材料。 ?（1-m）2x。9．设某一玻璃的光反射损失为m，如果连续透过x块平板玻璃，则透过部分应为 I 10．对于中心穿透裂纹的大而薄的板，其几何形状因子Y= 。 11．设电介质中带电质点的电荷量q，在电场作用下极化后，正电荷与负电荷的位移矢量为l，则此偶极矩为 ql 。 12．裂纹扩展的动力是物体内储存的弹性应变能的降低大于等于由于开裂形成两个新表面所需的表面能。 13.Griffith微裂纹理论认为，断裂并不是两部分晶体同时沿整个界面拉断，而是裂纹扩展的结果。14．考虑散热的影响，材料允许承受的最大温度差可用第二热应力因子表示。 15．当温度不太高时，固体材料中的热导形式主要是声子热导。 16．在应力分量的表示方法中，应力分量σ,τ的下标第一个字母表示方向，第二个字母表示应力作用的方向。 17．电滞回线的存在是判定晶体为铁电体的重要根据。 18．原子磁矩的来源是电子的轨道磁矩、自旋磁矩和原子核的磁矩。而物质的磁性主要由电子的自旋磁矩引起。 19. 按照格里菲斯微裂纹理论，材料的断裂强度不是取决于裂纹的数量，而是决定于裂纹的大小，即是由最危险的裂纹尺寸或临界裂纹尺寸决定材料的断裂强度。 20.复合体中热膨胀滞后现象产生的原因是由于不同相间或晶粒的不同方向上膨胀系数差别很大，产生很大的内应力，使坯体产生微裂纹。 21.晶体发生塑性变形的方式主要有滑移和孪生。 22.铁电体是具有自发极化且在外电场作用下具有电滞回线的晶体。 23.自发磁化的本质是电子间的静电交换相互作用。 二、名词解释 自发极化：极化并非由外电场所引起，而是由极性晶体内部结构特点所引起，使晶体中的每个晶胞内存在固有电偶极矩，这种极化机制为自发极化。 断裂能：是一种织构敏感参数,起着断裂过程的阻力作用，不仅取决于组分、结构，在很大程度上受到微观缺陷、显微结构的影响。包括热力学表面能、塑性形变能、微裂纹形成能、相变弹性 能等。 滞弹性：当应力作用于实际固体时，固体形变的产生与消除需要一定的时间，这种与时间有关的弹性称为滞弹性。 格波：处于格点上的原子的热振动可描述成类似于机械波传播的结果，这种波称为格波，格波的一个
晶格热振动：固体材料由晶体或非晶体组成，点阵中的质点并不是静止不动的，而是围绕其平衡位置做微小振动。声频支振动：振动着的质点中频率甚低的格波，质点质点之间的相位差不大。光频支振动与之相反。热容：在没有相变和化学反应的条件下，材料温度升高1K时所吸收的热量。金属材料热容的影响因素：自由电子的影响，一般可忽略，低温热容缓慢下降，高温热容超过3R继续上升，合金成分对热容的影响。组织转变对热容的影响：一级相变和二级相变一级相变在相变点发生突变，二级，也剧烈变化但有限值，亚稳态组织转变，从亚稳态转变为稳态时要放出热量。热容的测量方法：量热计法，撒克司法，史密斯法和脉冲法。热分析法：差热分析，差示扫描量热法，热重法。热分析的应用：建立合金相图，热弹性马氏体相变研究，合金的有序无须转变研究，液相转变的研究。影响热膨胀性能的因素：键强，晶体结构，非等轴晶系的晶体，相变，化学成分。热膨胀系数的测量：机械杠杆式膨胀仪，光杠杆膨胀仪，电感式膨胀仪。热膨胀分析的应用：确定钢的组织转变点（切线法、极值法）研究加热转变。热导率：单位时间内通过单位截面面积的热量。热导率的测量：稳态法，非稳态法。材料的热冲击损坏类型：抗热冲击断裂性，抗热冲击损伤性。热应力：材料的热胀冷缩引起的内应力。提高抗热冲击断裂性能的措施：提高材料的强度减小弹性模量，提高材料的热导率，减小材料的热膨胀系数，减小表面散热系数，减小产品的有效厚度。载流子：材料中参与传导电流的带电粒子。费米球：在0K下自由电子在速度空间中分布形成一个中心对成球。掺杂半导体（n、p型）n型，所有结合键被价电子填满后仍有富裕的价电子，p型，价电子都成键后仍有些结合键上缺少价电子出现空穴。掺杂能级：掺入的异价原子使得局部结合键情况发生变化，导致半导体中出现附加能及。光致电导：半导体材料受到适当波长的电磁波辐射时，导电性会大幅度升高的现象。陶瓷材料的导电性：按用途分电子导电、离子导电，半导体、绝缘体。超导体：零电阻、完全抗磁，条件，温度条件、磁场条件、电流条件。磁化强度M：单位体积磁性材料内原子磁矩m的矢量总和。磁极化强度J：单位体积中磁偶极子矢量总和。材料按磁性分为：抗磁性、顺磁性、铁磁性、亚铁磁性和反铁磁性。磁致伸缩：铁磁体的长度或体积发生变化的现象。退磁场：在铁磁性材料内部，附加磁场方向和外加磁场方向相反。磁畴（三角畴、片状畴）矫顽力：畴壁越过最大的阻力峰所需要的磁场就相当于材料的矫顽力。剩余磁化强度：铁磁体磁化到饱和并去掉外磁场后，在磁化方向保留的Mr（剩余磁化强度）或Br（剩余磁感应强度）称为剩磁（用获得晶体结构或磁结构的办法来提高剩磁）磁滞损耗：铁磁性材料反复磁化一周，由于磁滞现象所造成的损耗（减小摩擦生热、或形成磁有序）。涡流损耗：感应电流所引起的损耗（做成薄片，提高电阻率）。剩余损耗：总损耗减去所剩下的损耗（控制杂质的量）。磁后效（约旦后效、李希特后效）交流（动态）磁性测量：伏安法、电桥法。OMR-正常磁电阻：传导电子受到磁场的洛伦兹力作用做回旋运动，使其有效的平均自由程减小所致。AMR-各向异性磁电阻效应：铁磁性的过渡金属、合金中，外加磁场方向平行于电流方向时的电阻率和外加磁场方向垂直电流方向时的电阻率不同。GMR-巨磁电阻效应：磁性材料的电阻率在有外磁场作用时较无外磁场作用时纯在显著变化的现象。光的本（横波、具有偏振性）质：波粒二象性。光和固相作用的本质：电子极化、电子能态转变。影响折射率的因素：元素离子半径，电子结构，材料的结构、晶型、晶态。同质异构体，外界因素。半导体材料中的光吸收：激子吸收（能产生激子的光的吸收）、本征吸收（电子在带与带之间的跃迁所形成的吸收）发光寿命：发光体在激发停止之后