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一、材料的电子理论1、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、能量各如何分布自由电子近似假设：自由电子在金属内受到一个均匀势场的作用，使电子保持在金属内部，金属中的价电子是完全自由的；自由电子的状态不符合麦克斯韦-波尔兹曼统计规律，但服从费米-狄拉克的量子统计规律。
分布：电子的势能在整个长度L内都一样，当0<x<L时，取U(x)=0；电子在边界处势能无穷大，即当x<=0和x>=L时U(x)=，以此建立一维势阱模型。
一维势阱中自由电子运动状态满足的薛定谔方程为，在一维晶体中的解（归一化的波函数）为：（L为晶体长度）。
在长度L内的金属丝中某处找到电子的几率为||2=*=，与位置x无关，即在某处找到电子的几率相等，电子在金属中呈均匀分布。
自由电子的能量：(n=1、2、3……) 电子波长：λ=近自由电子近似基本假设：点阵完整，晶体无穷大，不考虑表面效应；不考虑离子热运动对电子运动的影响；每个电子独立的在离子势场中运动，不考虑电子间的相互作用；周期势场随空间位置的变化较小，可当作微扰处理。
电子在一维周期势场中的运动薛定谔方程：，方程的解为。
自由电子近似下的E-K关系有：，为抛物线。
在近自由电子近似下，对应于许多K值，这种关系仍然成立；但对于另一些K值，能量E与这种平方关系相差许多。
在某些K值，能量E发生突变，即在K=处能量E=E n|U n|不再是准连续的。
近自由电子近似下有些能量是允许电子占据的，称为允带；另外一些能量范围是禁止电子占据的，称为禁带。
2、何为K空间K空间中的（2,2,2）和（1,1,3）两点哪个代表的能级能量高K空间：取波数矢量K为单位矢量建立一个坐标系统，他在正交坐标系的投影分别为K x、K y、K z，这样建立的空间称为K空间。
22+22+2212+12+32，故（2,2,2）比（1,1,3）高。
3、何谓状态密度三维晶体中自由电子的状态密度与电子能量是何种关系状态密度：自由电子的能级密度亦称为状态密度，即单位能量范围内所容纳的自由电子数。
西 安 科 技 大 学 2011—2012学 年 第 2 学 期 考 试 试 题（卷）学院：材料科学与工程学院 班级： 姓名： 学号：—2012 学 年 第 2 学 期 考 试 试 题（卷）学院：材料科学与工程学院 班级： 姓名： 学号：材料物理性能 A卷答案一、填空题（每空1分，共25分）：1、电子运动服从量子力学原理周期性势场2、导电性能介电性能3、电子极化原子（离子）极化取向极化4、完全导电性（零电阻）完全抗磁性5、电子轨道磁矩电子自旋磁矩原子核自旋磁矩6、越大越小7、电子导热声子导热声子导热8、示差热分析仪（DTA）、示差扫描热分析（DSC）、热重分析（TG）9、弹性后效降低（减小）10、机械能频率静滞后型内耗二、是非题（每题2分，共20分）：1、√2、×3、×4、√5、×6、√7、×8、×9、× 10、√三、名词解释（每题3分，共15分）：1、费米能：按自由电子近似，电子的等能面在k空间是关于原点对称的球面。
特别有意义的是E=E F的等能面，它被称为费米面，相应的能量成为费米能。
2、顺磁体：原子内部存在永久磁矩，无外磁场，材料无规则的热运动使得材料没有磁性，当外磁场作用，每个原子的磁矩比较规则取向，物质显示弱磁场，这样的磁体称顺磁体。
3、魏得曼-弗兰兹定律：在室温下许多金属的热导率与电导率之比几乎相同，而不随金属的不同而改变。
4、因瓦效应：材料在一定温度范围内所产生的膨胀系数值低于正常规律的膨胀系数值的现象。
5、弛豫模量：教材P200四、简答题（每题6分，共30分）：1、阐述导体、半导体和绝缘体的能带结构特点。
答：①导体中含有未满带，在外场的作用下，未满带上的电子分布发生偏移，从而改变了原来的中心堆成状态，占据不同状态的电子所形成的运动电流不能完全抵消，未抵消的部分就形成了宏观电流；②绝缘体不含未满带，满带中的电子不会受外场的作用而产生偏离平衡态的分布，而一些含有空带的绝缘体，也因为禁带间隙过大，下层满带的电子无法跃迁到空带上来形成可以导电的未满带，所以绝缘体不能导电；③本征半导体的情况和绝缘体类似，区别是其禁带能隙比较小，当受到热激发或外场作用时，满带中的电子比较容易越过能隙，进入上方空的允带，从而使材料具有一定的导电能力；④掺杂半导体则是通过掺入异质元素，从而提供额外的自由电子或者额外的空穴以供下层电子向上跨越，使得跨越禁带的能量变低，电子更加容易进入上层的空带中，从而具有导电能力。
无机材料物理性能复习考试题（含答案）一、名词解释（选做5个，每个5分，共15分）1. KIC：平面应变断裂韧度，表示材料在平面应变条件下抵抗裂纹失稳扩展的能力。
2.偶极子（电偶极子）：正负电荷的平均中心不相重合的带电系统。
3.电偶极矩：偶极子的电荷量与位移矢量的乘积，。
（P288）4.格波：原子热振动的一种描述。
从整体上看，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。
格波的一个特点是，其传播介质并非连续介质，而是由原子、离子等形成的晶格，即晶格的振动模。
晶格具有周期性，因而，晶格的振动模具有波的形式。
格波和一般连续介质波有共同的波的特性，但也有它不同的特点。
5.光频支：格波中频率很高的振动波，质点间的相位差很大，邻近的质点运动几乎相反时，频率往往在红外光区，称为“光频支振动”。
（P109）6.声频支：如果振动着的质点中包含频率很低的格波，质点之间的相位差不大，则格波类似于弹性体中的应变波，称为“.声频支振动”。
（P109）7.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，称为折射率的色散。
8.光的散射：物质中存在的不均匀团块使进入物质的光偏离入射方向而向四面八方散开，这种现象称为光的散射，向四面八方散开的光，就是散射光。
与光的吸收一样，光的散射也会使通过物质的光的强度减弱。
9.双折射：光进入非均匀介质时，一般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，这个现象就称为双折射。
（P172）10.本征半导体（intrinsic semiconductor)：完全不含杂质且无晶格缺陷的、导电能力主要由材料的本征激发决定的纯净半导体称为本征半导体。
11.P/N型半导体：在半导体中掺入施主杂质，就得到N型半导体；在半导体中掺入受主杂质，就得到P型半导体。
12.超导体：超导材料（superconductor），又称为超导体，指可以在特定温度以下，呈现电阻为零的导体。
名词解释1. 热容：在不发生相变和化学反应是时，材料温度升高1K 时所需要的能量（Q）。
2. 热导率：当温度垂直梯度为1℃/m 时，单位时间内通过单位水平截面积所传递的热量。
3. 应力松弛：在持续外力作用下，发生形变着的物体，在总的形变值保持不变的情况下，由于徐变形变渐增，弹性形变相应减小，由此使物体的内部应力随时间延续而逐渐减小的过程。
4. 应变松弛：固体材料在恒定载荷下，形变随时间延续而缓慢增加的不平衡过程，或材料受力后内部原子有不平衡的过程，也叫蠕变。
或徐变。
5. 黏弹性：自然界中实际存在的材料，其形变一般介于理想弹性固体和理想弹性液体之间，既具有固体的弹性又具有液体的黏性。
6. 光频支振动：相邻原子振动相反，形成一个范围很小，频率很高的振动。
7. 声频支振动：如果振动着的质点中包含频率甚低的格波，质点彼此间的位相差不大，则格波类似于弹性体中的应变波。
8. 载流子迁移率：载流子（电子和空穴）在单位电场作用下的平均漂移速度，即载流子在电场作用下运动速度的快慢的量度。
9. 晶格热振动：晶体点阵中的质点（原子或离子）总是围绕着平衡位置做微小振动。
10. 光的色散：材料的折射率随入射光的频率的减小（或波长的增加）而减小的性质。
11. 磁化强度：单位体积的磁矩表征物质被磁化的强度。
12. 极化强度：单位体积电介质中所有点偶极矩的矢量和。
13. 介电强度：试样被击穿时, 单位厚度承受的最大电压, 表示为伏特每单位厚度。
14. 光电效应：某些物质受到光照时，引起物质电性发生变化，这种光致电变的现象叫光电效应。
15. 压减效应：在含碱玻璃中加入二价金属氧化物，尤其是重金属氧化物，可使玻璃电导率降低。
16. 双碱效应：当碱金属离子总浓度较大时（占玻璃组成25%~30%），在碱金属离子总浓度相同情况下，含两种碱比含一种碱的电导率要小，比例恰当时，可降到很低。
简答题1．简述Inglis 理论和Griffith 理论的贡献与不足。
材料物理期末试题及答案一、选择题（共10题，每题2分，共20分）1. 下列哪个不是材料物理研究的基本要素？a. 温度b. 压力c. 物质结构d. 电荷答案：d. 电荷2. 材料的导热性与下列哪个因素有关？a. 密度b. 热容量c. 电导率d. 绝热性答案：c. 电导率3. 下列哪个是增加材料强度的有效手段？a. 提高温度b. 加大外力c. 加入合适的合金元素d. 增大材料密度答案：c. 加入合适的合金元素4. 金属材料的塑性是由于其内部存在的哪种排列？a. 杂质原子b. 晶体缺陷c. 微观组织d. 金属键答案：b. 晶体缺陷5. 以下哪种材料常用于制作磁存储介质？a. 铜b. 钢c. 铁氧体d. 铝答案：c. 铁氧体6. 原子之间存在的相互作用力决定了材料的哪些性质？a. 导电性b. 热传导性c. 强度d. 硬度答案：a. 导电性7. 材料的断裂韧性受哪些因素影响？a. 温度b. 湿度c. 应力d. 物质组成答案：c. 应力8. 下列哪个不是凝聚态物质中的宏观性质？a. 密度b. 信息量c. 电阻率d. 抗拉强度答案：b. 信息量9. 材料的磁性是由材料内部的什么结构决定的？a. 离子排列b. 运动速度c. 磁矩排列d. 核外电子数答案：c. 磁矩排列10. 下列哪个不是半导体材料的特点？a. 电阻率介于导体和绝缘体之间b. 导电性与温度呈负相关c. 可以通过掺杂改变导电性质d. 仅有一种导电性答案：d. 仅有一种导电性二、简答题（共5题，每题10分，共50分）1. 简述材料物理的研究范围和重要性。
答案：材料物理是关于材料性质和行为的科学研究领域，主要研究材料的物理性质、结构和特性，并探索其与材料制备、改性、加工以及性能表现之间的相互关系。
材料物理的研究范围包括材料结构的微观和宏观描述、材料内部的相互作用和传输现象、材料的力学性能和热学性能等方面。
材料物理研究的重要性在于可以深入了解材料的性质和行为，为新材料的开发和优化提供科学依据，推动材料科学和工程的发展。
材料物理期末试题及答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1. 材料的弹性模量E与材料的屈服强度σy之间的关系是（）。
A. E与σy成正比B. E与σy成反比C. E与σy没有直接关系D. E与σy的关系取决于材料的种类2. 以下哪种材料不属于晶体材料？（）A. 单晶硅B. 多晶硅C. 玻璃D. 金刚石3. 材料的断裂韧性KIC的单位是（）。
A. PaB. Pa·m^1/2C. Pa·m^1/2D. Pa·m^3/24. 材料的硬度H与材料的弹性模量E之间通常存在以下关系（）。
A. H与E成正比B. H与E成反比C. H与E没有直接关系D. H与E的关系取决于材料的种类5. 以下哪种材料的导热性能最好？（）A. 铜B. 铝C. 铁D. 塑料6. 材料的疲劳寿命Nf与应力水平σ之间的关系是（）。
A. Nf与σ成正比B. Nf与σ成反比C. Nf与σ没有直接关系D. Nf与σ的关系取决于材料的种类7. 材料的蠕变行为与以下哪个因素无关？（）A. 温度B. 应力C. 材料种类D. 材料的密度8. 材料的热膨胀系数α与材料的热导率λ之间的关系是（）。
A. α与λ成正比B. α与λ成反比C. α与λ没有直接关系D. α与λ的关系取决于材料的种类9. 材料的塑性变形通常发生在（）。
A. 弹性阶段B. 屈服点之后C. 断裂点之前D. 任何应力水平下10. 材料的断裂韧性KIC与材料的硬度H之间的关系是（）。
A. KIC与H成正比B. KIC与H成反比C. KIC与H没有直接关系D. KIC与H的关系取决于材料的种类二、填空题（每空1分，共20分）1. 材料的弹性模量E是材料在______阶段抵抗形变的能力的度量。
2. 材料的屈服强度σy是指材料在______应力作用下开始发生塑性变形的应力值。
3. 材料的断裂韧性KIC是材料抵抗______裂纹扩展的能力的度量。
4. 材料的硬度H是指材料抵抗______的能力。
《材料力学》复习要点——参考简答题答案1、什么是变形固体？材料力学中关于变形固体的基本假设是什么？【解答】：在外力作用下，一切固体都将发生变形，故称为变形固体。
材料力学中对变形固体所作的基本假设：连续性假设：认为整个物体体积内毫无空隙地充满物质。
均匀性假设：认为物体内的任何部分，其力学性能相同。
各向同性假设：认为在物体内各个不同方向的力学性能相同。
小变形假设：认为固体在外力作用下发生的变形比原始尺寸小得很多，因此在列平衡方程求约束力或者求截面内力时，一般按构件原始尺寸计算。
2、什么是截面法？简要说明截面法的四个基本步骤。
【解答】：用一个假想截面，将受力构件分开为两个部分，取其中一部分为研究对象，将被截截面上的内力以外力的形式显示出来，根据保留部分的平衡条件，确定该截面内力大小、内力性质（轴力、剪力、扭转还是弯矩，符号的正负）的一种方法。
截面法贯穿于材料力学的始终，一定要反复练习，熟练掌握。
截面法的四个基本步骤：（1）截：在需要确定内力处用一个假想截面将杆件截为两段。
（2）取：取其中任何一段为研究对象（舍弃另一段）。
（3）代：用被截截面的内力代替舍弃部分对保留部分所产生的作用。
（4）平：根据保留部分的平衡条件，确定被截截面的内力数值大小和内力性质。
3、什么是材料的力学性能？低碳钢拉伸试验要经历哪四个阶段？该试验主要测定低碳钢的哪些力学性能指标？【解答】：材料的力学性能是指：在外力作用下材料在变形和破坏方面所表现出的各种力学指标。
如强度高低、刚度大小、塑性或脆性性能等。
低碳钢拉伸试验要经历的四个阶段是：弹性阶段、屈服阶段、强化阶段、颈缩断裂阶段。
低碳钢拉伸试验主要测定低碳钢的力学性能指标有：屈服极限、强度极限、延伸率、断面收缩率等。
4、什么是极限应力？什么是许用应力？轴向拉伸和压缩的强度条件是什么（内容、表达式）？利用这个强度条件可以解决哪三类强度问题？【解答】：材料失效时所达到的应力，称为极限应力。
材料物理考研复试题库及答案### 材料物理考研复试题库及答案#### 一、选择题1. 材料的微观结构对宏观性能的影响主要体现在哪些方面？- A. 强度- B. 韧性- C. 导电性- D. 所有上述选项2. 晶格常数的变化对材料的哪些性质有影响？- A. 密度- B. 熔点- C. 热膨胀系数- D. 所有上述选项3. 材料的疲劳寿命与哪些因素有关？- A. 应力水平- B. 循环次数- C. 材料的微观结构- D. 所有上述选项#### 二、简答题1. 简述材料的微观结构与宏观性能之间的关系。
材料的微观结构，包括晶粒大小、晶界、相界、缺陷等，对材料的宏观性能有着决定性的影响。
晶粒大小影响材料的强度和韧性，晶界可以阻碍位错运动，提高材料的强度。
相界的存在可以改善材料的韧性。
缺陷如位错、孔洞等会降低材料的强度和韧性。
2. 描述材料的疲劳失效过程。
材料的疲劳失效是一个循环加载导致材料逐渐损伤直至断裂的过程。
在循环应力作用下，材料内部产生微小的塑性变形，形成微裂纹。
随着循环次数的增加，微裂纹逐渐扩展，最终导致材料的断裂。
#### 三、计算题1. 假设某材料的杨氏模量为200 GPa，泊松比为0.3，试计算其剪切模量。
剪切模量G可以通过以下公式计算：\[ G = \frac{E}{2(1 + \nu)} \]其中E为杨氏模量，ν为泊松比。
代入数值得：\[ G = \frac{200 \times 10^9 \text{ Pa}}{2(1 + 0.3)} = 75\times 10^9 \text{ Pa} \]2. 如果上述材料在拉伸过程中，应力达到材料的屈服强度，求其应变。
应变ε可以通过以下公式计算：\[ \epsilon = \frac{\sigma}{E} \]其中σ为应力，E为杨氏模量。
假设屈服强度为σy，则应变为：\[ \epsilon = \frac{\sigma_y}{200 \times 10^9 \text{ Pa}} \]#### 四、论述题1. 论述材料的断裂机制及其对材料选择和设计的影响。
材料04级试卷B1材料2004级无机材料物理性能试卷B 参考答案一、名词解释1、 中和效应与压抑效应——玻璃中碱金属离子总浓度较大时，当碱金属离子的总浓度不变，则含有两种碱金属离子比一种碱金属离子的电导率要低。
当两种碱金属离子浓度比例合适时，电导率可降低4～5个数量级的现象为中和效应；当碱金属离子玻璃中加入一种碱土金属氧化物，使得电导率降低的效应为压抑效应。
2、 蠕变与弛豫——对粘弹性体施加恒定应力时，其应变随时间延长而增加的现象为蠕变；对粘弹性体施加恒定应变，其应力随时间延长而减少的现象为弛豫。
3、 铁电体与压电体——在一定温度范围内具有自发极化，极化方向可随外场做可逆转动，且极化强度与外电场呈非线性关系的一类晶体为铁电体；具有压电效应的晶体称为压电体。
二、填空题1、 掰开型、错开型、撕开型2、 S=3KV/4R 大3、元素的热容定律（杜隆-珀替定律）、化合物的热容定律（柯普定律）4、分子（离子）、胶态5、中和效应、压抑效应6、离子式电导、电子式电导7、热击穿、电击穿、化学击穿8、位移、松弛、短、长 三、单项选择题1、B ；2、A ；3、C ；4、B ；5、A ；6、C 、A ；7、B ；8、A ；9、B 四、简答题选择硅酸锆作乳浊剂。
因为氧化铅会熔解，氧化钛因膨胀系数太大与陶瓷釉不适应，故只能选硅酸锆。
五、问答题1、材料具有延性，即具有可塑性，可塑性好的材料必须具有较多的滑移系统，要满足滑移必须满足滑移的几何条件和静电作用条件。
NaCl 型结构对称程度高，刚玉型结构对称程度低，对称程度高的结构较易满足几何条件与静电作用条件，因此，MgO 、AgCl 具有延性，而Al 2O 3在室温下无延性。
2、①玻璃多晶单晶λλλ②与单晶相比，多晶体中晶粒尺寸小，晶界多，晶界处杂质多，声子容易受到散射，其平均自由程小得多，故其热导率比单晶的小；与晶体相比，玻璃中声子平均自由程由于玻璃远程无序使之较小，因而，玻璃的热导率比晶体的小。
材料物理复试题及答案一、选择题（每题2分，共20分）1. 下列关于晶体结构的描述中，正确的是：A. 晶体具有规则的几何外形B. 晶体内部原子排列无序C. 晶体具有各向同性D. 晶体的物理性质在各个方向上相同答案：A2. 材料的硬度通常与下列哪种性质有关？A. 弹性模量B. 屈服强度C. 断裂韧性D. 塑性变形能力答案：B3. 在半导体材料中，掺杂的目的是：A. 提高导电性B. 降低导电性C. 增加机械强度D. 改变光学性质答案：A4. 下列哪种材料是超导材料？A. 铜B. 铁C. 铝D. 铅答案：D5. 材料的疲劳是指：A. 材料在高温下的性能退化B. 材料在重复加载下的断裂C. 材料在腐蚀环境下的性能退化D. 材料在静态负荷下的断裂答案：B6. 铁磁性材料的磁化过程主要涉及：A. 原子核的磁矩B. 电子的自旋磁矩C. 电子的轨道磁矩D. 所有以上选项答案：D7. 陶瓷材料的主要特性是：A. 高导电性B. 高塑性C. 高硬度D. 高韧性答案：C8. 金属的塑性变形通常通过哪种机制进行？A. 位错滑移B. 位错攀移C. 晶界迁移D. 相变答案：A9. 材料的断裂韧性是衡量材料：A. 抗拉强度的指标B. 抗冲击能力的指标C. 抗疲劳能力的指标D. 抗腐蚀能力的指标答案：B10. 下列哪种材料是绝缘体？A. 石墨B. 橡胶C. 玻璃D. 银答案：C二、填空题（每空1分，共20分）1. 晶体的三种基本结构类型是__________、__________和__________。
答案：体心立方、面心立方、密排六方2. 材料的热膨胀系数是指材料在温度变化时，其__________的变化率。
答案：尺寸3. 材料的疲劳寿命可以通过__________-__________曲线来预测。
答案：应力-寿命4. 半导体材料的导电性可以通过__________或__________来调节。
答案：掺杂、温度5. 超导现象是指材料在温度低于某一临界温度时，其电阻率突然降至__________。
材料力学考试试题及答案一、选择题（每题2分，共20分）1. 材料力学中，下列哪一项不是材料的基本力学性能？A. 弹性B. 塑性C. 韧性D. 硬度2. 材料在拉伸过程中，若应力超过屈服点后继续增加，材料将进入：A. 弹性阶段B. 塑性阶段C. 断裂阶段D. 疲劳阶段3. 材料的弹性模量E表示的是：A. 材料的硬度B. 材料的韧性C. 材料的弹性程度D. 材料的屈服强度4. 根据材料力学理论，下列哪一项不是材料的疲劳破坏特点？A. 疲劳破坏是局部的B. 疲劳破坏是突然的C. 疲劳破坏是可预测的D. 疲劳破坏是累积的5. 在材料力学中，下列哪一项不是材料的失效模式？A. 屈服B. 断裂C. 腐蚀D. 疲劳6. 材料的屈服强度和抗拉强度之间的关系是：A. 屈服强度总是大于抗拉强度B. 屈服强度总是小于抗拉强度C. 屈服强度等于抗拉强度D. 两者之间没有固定关系7. 材料的疲劳寿命与下列哪一项无关？A. 应力水平B. 材料的微观结构C. 环境温度D. 材料的密度8. 材料的冲击韧性通常用下列哪一项来表示？A. 抗拉强度B. 屈服强度C. 硬度D. 冲击吸收能量9. 材料的疲劳寿命与加载频率的关系是：A. 正相关B. 负相关C. 无关D. 先正相关后负相关10. 在材料力学中，下列哪一项不是材料的应力-应变曲线的特点？A. 弹性阶段B. 屈服阶段C. 塑性阶段D. 线性阶段二、简答题（每题10分，共20分）1. 请简述材料的弹性模量和屈服强度的区别和联系。
2. 材料的疲劳破坏与静载下的破坏有何不同？三、计算题（每题15分，共30分）1. 已知一材料的弹性模量E=200 GPa，泊松比ν=0.3。
若材料受到拉伸力F=10 kN，试计算材料的应变ε和应力σ。
2. 某材料的疲劳寿命S-N曲线已知，当应力水平为σ=200 MPa时，疲劳寿命N=1000次。
若应力水平降低到150 MPa，根据Basis Goodman关系，计算新的疲劳寿命。
材料导电物理试题及答案一、选择题1. 下列材料中，导电性能最好的是：A. 石墨B. 橡胶C. 玻璃D. 陶瓷答案：A2. 半导体材料的导电性能位于：A. 导体和绝缘体之间B. 仅比导体差C. 仅比绝缘体好D. 与导体和绝缘体无关答案：A3. 金属导电的基本原理是：A. 电子的定向移动B. 离子的定向移动C. 原子核的定向移动D. 光子的定向移动答案：A二、填空题1. 导体的电阻率通常随温度的升高而________。
答案：增大2. 半导体材料的导电性能可以通过________来调节。
答案：掺杂三、简答题1. 简述超导现象及其应用。
答案：超导现象是指某些材料在接近绝对零度时电阻突然降为零的现象。
其应用包括磁悬浮列车、粒子加速器、医疗成像设备等。
2. 为什么金属具有良好的导电性能？答案：金属具有良好的导电性能是因为金属内部存在大量的自由电子，这些自由电子可以在金属晶格中自由移动，从而形成电流。
四、计算题1. 假设一个电阻器的电阻值为10欧姆，通过它的电流为2安培，求电阻器两端的电压。
答案：根据欧姆定律，电压V = 电流I × 电阻R，所以电压V = 2A× 10Ω = 20伏特。
2. 一个铜导线的长度为100米，横截面积为2平方毫米，铜的电阻率为1.68×10^-8 Ω·m，求导线的电阻值。
答案：电阻值R = 电阻率ρ × 长度L / 横截面积A，所以R =1.68×10^-8 Ω·m × 100m / 2×10^-6 m² = 0.84欧姆。
材料物理化学试题及答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1. 材料的硬度通常由哪种物理性质决定？A. 弹性B. 塑性C. 脆性D. 韧性答案：D2. 下列哪种材料属于复合材料？A. 纯铁B. 不锈钢C. 碳纤维增强塑料D. 玻璃答案：C3. 材料的导电性主要取决于其内部的什么？A. 原子B. 分子C. 离子D. 电子答案：D4. 金属的塑性变形通常发生在哪个温度区间？A. 室温B. 低温C. 高温D. 熔点答案：A5. 下列哪种材料具有超导性？A. 铜B. 铝C. 陶瓷D. 铌钛合金答案：D6. 材料的疲劳是指材料在什么条件下的性能下降？A. 长时间暴露在高温下B. 长时间承受循环应力C. 长时间暴露在潮湿环境中D. 长时间承受静载荷答案：B7. 材料的断裂韧性通常用来衡量什么？A. 材料的硬度B. 材料的脆性C. 材料的韧性D. 材料的强度答案：C8. 材料的热膨胀系数是指什么？A. 材料在受热时体积的变化率B. 材料在受热时长度的变化率C. 材料在受热时重量的变化率D. 材料在受热时硬度的变化率答案：B9. 材料的热导率是指什么？A. 材料在受热时的膨胀率B. 材料在受热时的熔化速率C. 材料在单位时间内传递热量的能力D. 材料在单位时间内吸收热量的能力答案：C10. 材料的相变温度是指什么？A. 材料从固态变为液态的温度B. 材料从液态变为气态的温度C. 材料从固态直接变为气态的温度D. 材料从液态变为固态的温度答案：A二、多项选择题（每题3分，共15分）1. 下列哪些因素会影响材料的强度？A. 材料的微观结构B. 材料的表面处理C. 材料的热处理D. 材料的尺寸答案：ABC2. 材料的腐蚀通常是由哪些因素引起的？A. 环境的湿度B. 环境的温度C. 材料的化学成分D. 材料的表面处理答案：ABCD3. 下列哪些材料属于高分子材料？A. 聚乙烯B. 聚氯乙烯C. 聚四氟乙烯D. 聚酰亚胺答案：ABCD4. 材料的疲劳寿命受哪些因素影响？A. 材料的微观结构B. 材料的表面处理C. 循环应力的幅度D. 循环应力的频率答案：ABCD5. 下列哪些是影响材料热膨胀系数的因素？A. 材料的晶体结构B. 材料的化学成分C. 材料的加工工艺D. 材料的热处理答案：ABCD三、判断题（每题1分，共10分）1. 材料的硬度和韧性是相互独立的物理性质。
高分子物理简答题1.同样是都是高分子材料,在具体用途分类中为什么有的是县委,有的是塑料,有的是橡胶同样是纯的塑料薄膜,,为什么有的是全透明的,有的是半透明的答：高分子材料的用途分类取决于材料的使用温度和弹性大小,当材料的使用温度在玻璃化温度Tg 以下,是塑料,Tg以上则为橡胶,否则会软化。
而透明度的问题在于该材料是否结晶,结晶的塑料薄膜是透明的,非结晶的则不透明或半透明。
2.假若聚丙烯的等规度不高,能不能用改变构想的办法提高等规度说明理由。
答：构象：由于单键内旋转而产生的分子在空间的不同形态,称为构象。
聚丙烯的等规度是由构型不同的异构体所产生的旋光异构所引起的,由于头-头键接的聚丙烯,其有全同立构、间同立构和无规立构等异构体。
而且构型是由分子中由化学键所固定的原子在空间的几何排列,构象仅仅是由于单键内旋转而产生的分子在空间的不同形态。
所以当聚丙烯的等规度不高时,用改变构象的方法是无法提高其等规度的,需要破坏化学键,改变构型,才能提高等规度。
3.理想的柔性高分子链可以用自由连接或高斯链模型来描述,但真实高分子链在通常情况下并不符合这一模型,原因是什么这一矛盾是如何解决的答：在采用自由连接链或高斯链模型描述理想的柔性高分子链时,我们假设单键在结合时无键角的限制,内旋转时也无空间位阻,但真实高分子链不但有键角的限制,在内旋转时也存在空间位阻,因此使真实高分子链在通常情况下并不符合这一模型。
对于真实高分子链我们用等效自由结合链来描述,把由若干个相关的键组成的一段链,算作一个独立的运动单元,键称作“链段”,令链段与链段自由结合,并且无规取向,这种链称为等效自由结合链。
4. 高分子溶解过程与小分子相比,有什么不同答：因为聚合物分子与溶剂分子的大小相差悬殊,两者的分子运动速度差别很大,溶剂分子能比较快的渗透进入高聚物,而高分子向溶剂的扩散却非常慢,这样,高聚物的溶解过程要经过两个阶段,现实溶剂分子渗入高聚物内部,是高聚物体积膨胀,称为溶胀,然后才是高分子均匀分散在溶剂中,形成完全溶解的分子分散的均相体系。
大一材料物理试题及答案一、选择题（每题2分，共20分）1. 材料的热膨胀系数是指在一定温度范围内，单位长度的材料在温度变化1摄氏度时的相对变化量。
下列材料中，热膨胀系数最大的是（）。
A. 钢B. 铜C. 铝D. 玻璃2. 根据材料的导电性能，材料可以分为导体、半导体和绝缘体。
下列材料中，属于半导体的是（）。
A. 银B. 硅C. 橡胶D. 石墨3. 材料的硬度是指材料抵抗外力作用下产生塑性变形的能力。
下列材料中，硬度最高的是（）。
A. 木材B. 塑料C. 陶瓷D. 橡胶4. 材料的断裂韧性是指材料在受到外力作用下，抵抗裂纹扩展的能力。
下列材料中，断裂韧性最大的是（）。
A. 玻璃B. 橡胶C. 陶瓷D. 钢5. 材料的疲劳是指材料在循环加载作用下，经过一定次数的应力循环后发生断裂的现象。
下列材料中，疲劳寿命最长的是（）。
A. 钢B. 铜C. 铝D. 钛合金6. 材料的蠕变是指材料在恒定应力作用下，随时间发生塑性变形的现象。
下列材料中，蠕变速率最小的是（）。
A. 钢B. 铜C. 铝D. 钛合金7. 材料的弹性是指材料在外力作用下发生形变，外力去除后能够恢复原状的能力。
下列材料中，弹性模量最大的是（）。
A. 木材B. 塑料C. 陶瓷D. 钢8. 材料的塑性是指材料在外力作用下发生形变，外力去除后不能恢复原状的能力。
下列材料中，塑性最好的是（）。
A. 玻璃B. 橡胶C. 陶瓷D. 钢9. 材料的导热性是指材料传导热量的能力。
下列材料中，导热性最好的是（）。
A. 木材B. 铜C. 橡胶D. 陶瓷10. 材料的热导率是指单位时间内，单位面积的材料在单位温差下传导的热量。
下列材料中，热导率最大的是（）。
A. 木材B. 铜C. 橡胶D. 陶瓷二、填空题（每题2分，共20分）1. 材料的弹性模量是指材料在弹性范围内，应力与应变的比值，其单位为_________。
2. 材料的屈服强度是指材料在受到外力作用下，从弹性变形转变为塑性变形时的应力值，其单位为_________。
材料物理导论试题及答案一、选择题（每题2分，共20分）1. 材料的导电性主要取决于材料中的：A. 电子浓度B. 电子迁移率C. 电子浓度和电子迁移率D. 电子的热运动答案：C2. 半导体材料的导电性与温度的关系是：A. 随温度升高而降低B. 随温度升高而升高C. 与温度无关D. 先升高后降低答案：B3. 以下哪种材料不属于超导材料？A. 铜B. 铝C. 铅D. 铌答案：A4. 材料的弹性模量反映了材料的：A. 塑性B. 韧性C. 硬度D. 弹性答案：D5. 在材料科学中，晶格常数是指：A. 晶格中原子间的平均距离B. 晶格中原子的数目C. 晶格中原子的体积D. 晶格中原子的质量答案：A6. 以下哪种材料的热膨胀系数最大？A. 钢B. 铝C. 铜D. 玻璃答案：D7. 材料的断裂韧性是指：A. 材料抵抗塑性变形的能力B. 材料抵抗断裂的能力C. 材料的硬度D. 材料的韧性答案：B8. 以下哪种材料的导热性最好？A. 陶瓷B. 塑料C. 金属D. 木材答案：C9. 材料的疲劳寿命主要取决于：A. 材料的强度B. 材料的硬度C. 材料的韧性D. 材料的疲劳极限答案：D10. 以下哪种材料的磁导率最高？A. 铁B. 铜C. 铝D. 不锈钢答案：A二、填空题（每空1分，共20分）1. 材料的______性是指材料在受到外力作用时，能够恢复到原来形状的能力。
答案：弹性2. 材料的______性是指材料在受到外力作用时，能够抵抗断裂的能力。
答案：断裂韧性3. 材料的______性是指材料在受到外力作用时，能够抵抗永久变形的能力。
答案：塑性4. 材料的______性是指材料在受到外力作用时，能够抵抗划痕的能力。
答案：硬度5. 材料的______性是指材料在受到外力作用时，能够吸收能量而不断裂的能力。
答案：韧性6. 材料的______性是指材料在受到温度变化时，能够抵抗体积变化的能力。
答案：热膨胀系数7. 材料的______性是指材料在受到热能作用时，能够传递热量的能力。
一、材料的电子理论1、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？自由电子近似假设：自由电子在金属内受到一个均匀势场的作用，使电子保持在金属内部，金属中的价电子是完全自由的；自由电子的状态不符合麦克斯韦-波尔兹曼统计规律，但服从费米-狄拉克的量子统计规律。
分布：电子的势能在整个长度L内都一样，当0<x<L时，取U(x)=0；电子在边界处势能无穷大，即当x<=0和x>=L时U(x)=，以此建立一维势阱模型。
一维势阱中自由电子运动状态满足的薛定谔方程为，在一维晶体中的解（归一化的波函数）为：（L为晶体长度）。
在长度L内的金属丝中某处找到电子的几率为||2=*=，与位置x无关，即在某处找到电子的几率相等，电子在金属中呈均匀分布。
自由电子的能量：(n=1、2、3……) 电子波长：λ=近自由电子近似基本假设：点阵完整，晶体无穷大，不考虑表面效应；不考虑离子热运动对电子运动的影响；每个电子独立的在离子势场中运动，不考虑电子间的相互作用；周期势场随空间位置的变化较小，可当作微扰处理。
电子在一维周期势场中的运动薛定谔方程：，方程的解为。
自由电子近似下的E-K关系有：，为抛物线。
在近自由电子近似下，对应于许多K值，这种关系仍然成立；但对于另一些K值，能量E与这种平方关系相差许多。
在某些K值，能量E发生突变，即在K=处能量E=E n|U n|不再是准连续的。
近自由电子近似下有些能量是允许电子占据的，称为允带；另外一些能量范围是禁止电子占据的，称为禁带。
2、何为K空间？K空间中的（2,2,2）和（1,1,3）两点哪个代表的能级能量高？K空间：取波数矢量K为单位矢量建立一个坐标系统，他在正交坐标系的投影分别为K x、K y、K z，这样建立的空间称为K空间。
22+22+2212+12+32，故（2,2,2）比（1,1,3）高。
3、何谓状态密度？三维晶体中自由电子的状态密度与电子能量是何种关系？状态密度：自由电子的能级密度亦称为状态密度，即单位能量范围内所容纳的自由电子数。
关系：三维，能级为E及其以下的能级状态总数为Z(E)=C，式中C=为常数，即能级密度与E的平方根成正比；二维的Z(E)为常数；一维的能级密度Z(E)与E的平方根成反比。
4、用公式=解释自由电子在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。
分布：当T=0K时，若E>E F，则f(E)=0，若E F，则f(E)=1。
当T>0K时，一般有E F kT，当E=E F，则f(E)=；若E<E F，则当E E F时，f(E)=1；当E F-E kT时，f(E)<1；若E>E F，则当E E F时，f(E)=0；当E-E F<kT时，f(E)<。
5、说明的物理意义。
为什么讨论电子能量分布时不考虑和E F的区别？为0K时的费米能，物理意义：绝对零度下，晶体中基态系统中被电子占据的最高能级的能量。
，E F比略低，但由于一般E F kT，实际降低值在10-5数量级，故可以忽略。
6、为什么温度升高，费米能反而降低？ P12当温度升高时，因为kT增大，有更多的电子跳到E F能级以上，且电子的最高能量更高，这些电子的能量升高是金属电子热容的来源。
7、在布里渊区边界上电子的能量有何特点？ P17-18在接近布里渊区边界时电子受周期性势场的影响显著，等能线向外凸出，比自由电子的小，在这个方向从一条等能线到另一条等能线的K增量比自由电子的大。
8、画图说明导体、半导体、绝缘体能带结构的异同。
P219、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。
P15 另见第一题后部分近自由电子近似下有些能量是允许电子占据的，称为允带；另外一些能量范围是禁止电子占据的，称为禁带。
二、材料的晶体形态1、什么是点阵参数(晶格常数)？正方晶系和立方晶系的空间点阵特征是什么？晶胞的三个棱边长abc和晶轴xyz间的夹角。
正方晶系：a=b c，===90°（如-Sn，Ti2O）立方晶系：a=b=c，===90°（如Fe，Cr，Cu，Ag，Au）2、三种典型晶胞，符号，原子数，配位数，致密度。
面心立方：fcc,4,12,74%。
体心立方：bcc,2,8,68%。
密排六方：hcp,6,12,74%。
3、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。
（自己组织语言）大体内容：晶体的X射线衍射强度在特定角度出现数个尖锐的衍射峰，即在满足布拉格条件2dsin=的角度有强衍射峰。
非晶体不会在特定角度产生满足布拉格条件的衍射峰，产生的衍射峰较宽，且其衍射强度比晶体的最强衍射峰弱得多。
从X射线衍射区别可见晶体是长程有序结构，而非晶体是长程无序、短程有序结构。
4、简述薄膜形核的过程和长大的过程。
（自己组织语言）形核：一般是气相原子在基底的表面聚集而成，包括吸附、凝结、临界核形成、稳定核形成等过程。
入射到基体表面的气相原子被悬挂键吸引住，发生物理吸附或化学吸附，表面能降低，吸附后的原子仍可发生解吸。
吸附的原子不能在基底表面稳定存在，自发形成固态的薄膜。
吸附后的原子在基体表面具有水平方向的动能，使其在不同方向上进行扩散，单个原子间通过相互碰撞，凝结成原子对和更大的原子团。
在满足一定热力学条件下，先生成临界核，在此基础上加一个原子就可变为稳定核。
长大：指形成稳定核后薄膜的形成过程，一般经历岛状、连并、沟道、连续膜四个阶段。
分散在基底表面的大量晶核长大，直至相互接触并逐渐布满整个基底表面形成连续薄膜。
5、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？（自己组织语言）原因：薄膜实际形核时临界核很小，不能形成球冠的形状，宏观的表面能、界面能、体积自由能的统计数据在此处不再有意义。
模型：原子聚集理论。
把原子团看成宏观分子，研究原子团内的键合和结合能与临界核形状、大小和成核速率的关系。
可以认为在基板温度很低时，单个原子就是临界核，随基板温度的升高，临界核逐渐增大，在临界核基础上原子团再加一个原子就可变为稳定核。
假设原子结合到原子集团后其势能降低，降低值就是其在原子集团中的键能，基于该假设，可推到出二维或三维原子集团的形核速率。
此模型在许多实验条件下都适用。
6、什么叫临界晶核？长大和缩小均使体系自由能降低的晶核称为临界核。
长大时使体系的自由能降低的晶核称为稳定核。
7、薄膜的组织（晶态）结构有几种形态？各有什么特点？晶态结构有无定形、多晶、织构、单晶等几种形态。
无定形（非晶态）：降低基体温度可降低吸附原子的表面扩散速率，有利于形成非晶态；提高沉积速率使表面吸附原子来不及充分扩散排成晶体，也有利于形成非晶态；引入反应气体可生成氧化层，阻挡晶粒生长；加入掺杂元素使原子排列易发生混乱，有利于形成非晶。
多晶：取向不同的多个小晶体形成的晶体；晶粒通常是取向随机；多晶材料可表现出伪各向同性；出现一些亚稳态相结构。
织构：晶粒取向非随机，择优取向。
单晶：晶体结构和取向一致。
8、薄膜的晶态结构与体材料有区别吗？如果有，是怎样的区别？多数情况下薄膜中晶粒的晶体结构与体材料相同，但其晶格常数有变化。
晶格常数变化原因是薄膜中有较大的内应力和表面张力。
晶粒越小，点阵常数变化越大。
由于微晶熔点总比块材低，因此薄膜熔点一般也比块材低。
9、薄膜表面（晶粒）结构与温度关系。
在低温下，吸附原子的扩散速度低，成核少，少量晶核纵向生长，易长成锥状晶粒，结构不致密；温度升高，晶界变模糊，形成密排的致密纤维状晶粒结构，机械性能良好；温度再升高，形成完全致密的柱状晶；温度再升高，柱状晶粒长大并形成等轴晶，在不同厚度的薄膜上还形成新的晶体，不同厚度上有数层晶粒。
三、晶体缺陷1、说明晶体缺陷的概念和分类方法，简述各种晶体缺陷的概念、特征及其对性能的影响。
概念：晶体缺陷是指晶体中偏离理想的完整结构的区域。
分类方法：按形成晶体缺陷的原子种类，可将晶体缺陷分成化学缺陷和点阵(几何)缺陷两类。
按点阵缺陷在三维空间的尺度，又可将点阵缺陷分为点缺陷、线缺陷、面缺陷三类。
A、点缺陷：是指在x、y、z方向上的尺寸都很小的点阵缺陷，包括空位和间隙原子。
特点：点缺陷是热力学平衡缺陷，即在平衡状态下也总以一定的浓度存在。
影响：（1）空位浓度升高，导体的电阻升高。
（2）空位引起体积增加、密度减小。
（3）辐照损伤，即用电子、中字、质子、α粒子等高能粒子照射材料，在材料中导入大量空位和间隙原子，引起材料损伤。
B、线缺陷：线缺陷是指在两个方向上尺寸都很小，另一个方向相对很长的点缺陷，也叫一维缺陷，如位错。
特点：不论是何种位错，位错的滑移方向都是为错的法线方向。
影响：（1）位错的密度降低，位错数量减少，材料的屈服强度将降低。
（2）由于位错附近自由能升高，位错消失可以导致自由能降低，因此位错附近可发生优先腐蚀。
（3）由于位错引起的局部点阵畸变也能引起传导电子的额外散射，也可能引起电阻升高。
（4）位错导致扩散加速。
C、面缺陷：面缺陷是指在两个方向上尺寸很大，另一方向上尺寸很小的点缺，也叫二维缺陷。
特点：不论是何种位错，位错的滑移方向都是位错的法线方向，滑移的结果都是在晶体表面形成宽度为b的台阶。
影响：（1）堆垛层错使材料的自由能有些增加，但本身几乎不产生畸变，对材料的性能影响不大。
（2）外表面对材料性能的影响在于很难获得清洁的表面。
（3）相界面是新相的形核的优先位置，相界面常常是最优先腐蚀的位置。
对普通材料而言，它会使材料的强度增加，原因是它增大了位错运动的阻力。
2、空位形成浓度依据什么原理测定？用什么方法测定？原理：由C V=exp（+）=Aexp可知，只要测出不同温度下得lnC V-曲线，就可以得到空位形成能E f(曲线斜率)。
方法：（1）西蒙斯—巴卢菲法；（2）正电子湮没法；（3）急冷试验。
3、点缺陷对性能有什么影响？（1）空位浓度升高，导体的电阻升高。
（2）空位引起体积增加、密度减小。
（3）辐照损伤，即用电子、中字、质子、α粒子等高能粒子照射材料，在材料中导入大量空位和间隙原子，引起材料损伤。
4、比较刃型位错、螺型位错、和混合型位错的滑移异同。
相同点：不论是何种位错，位错的滑移方向都是位错的法线方向，滑移的结果都是在晶体表面形成宽度为b的台阶。
不同点：（1）刃型位错的柏氏矢量总是和位错线垂直；（2）螺型位错的柏氏模量总是和位错线平行的；（3）混合型位错的柏氏模量与位错线既不垂直也不平行。
5、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？一般将相邻晶粒的取向差θ＜15°的晶界称为小角度晶界，相邻晶粒的取向差θ＞15°的晶界称为大角度晶界。
