材料物理习题

材料物理题库一、简介材料物理是研究材料的结构、性质和行为的一门学科。

它涉及材料的成分、结构、热力学性质、力学性质、电学性质等方面，对于解决材料制备、性能改善和应用开发等问题具有重要意义。

为了帮助读者更好地理解和掌握材料物理的相关知识，本文档汇总了一系列与材料物理相关的题目，包括理论计算题、实验题和应用题等。

二、理论计算题1. 材料的密度是什么？如何计算密度？2. 请解释晶体的结晶度是什么？如何通过X射线衍射方法来表征晶体的结晶度？3. 请描述材料的本构关系是什么？材料的本构关系和物理性质之间有何关联？4. 请解释材料的热膨胀性质是什么？如何计算材料的热膨胀系数？5. 请描述材料的热导性质是什么？如何计算材料的热导率？三、实验题1. 设计一个实验来测量材料的硬度。

2. 设计一个实验来测量材料的电阻率。

3. 设计一个实验来测量材料的断裂韧性。

4. 设计一个实验来测量材料的磁化强度。

5. 设计一个实验来测量材料的电介电常数。

四、应用题1. 对于一个需要制备铜导线的工程项目，请你推荐一种适合的材料。

2. 对于一个需要制备高温工作部件的工程项目，请你推荐一种适合的材料。

3. 对于一个需要制备透明玻璃的工程项目，请你推荐一种适合的材料。

4. 对于一个需要制备柔性电子产品的工程项目，请你推荐一种适合的材料。

5. 对于一个需要制备高强度结构材料的工程项目，请你推荐一种适合的材料。

五、结语材料物理题库中提供的题目涵盖了材料物理的基本概念、理论计算、实验设计和应用推荐等方面。

通过练习这些题目，读者将能够加深对材料物理学科的理解，提升解决实际问题的能力。

希望本文档对您有所帮助！。

课后练习思考题：第一章晶体结构1-1.试述晶态、非晶态、准晶、多晶和单晶的特征性质。

1-2.晶格点阵与实际晶体有何区别和了解？1-3.晶体结构可分为Bravais格子和复式格子吗？1-4.图1.34所示的点阵是布喇菲点阵（格子）吗？为什么？如果是，指明它属于那类布喇菲格子？如果不是，请说明这种复式格子的布喇菲格子属哪类？（a）（b）（c）（d）图1.341-5.以二维有心长方晶格为例，画出固体物理学原胞、结晶学原胞，并说出它们各自的特点。

1-6.倒格子的实际意义是什么？一种晶体的正格矢和相应的倒格矢是否有一一对应的关系？1-7.一个物体或体系的对称性高低如何判断？有何物理意义？一个正八面体（见图）有哪些对称操作？1-8.解理面是面指数低的晶面还是指数高的晶面？为什么？1-9. 5.晶面指数为（123）的晶面ABC是离原点O最近的晶面，OA、OB和OC分别与基矢、和重合，除O点外,OA、OB和OC上是否有格点？若ABC面的指数为（234），情况又如何？1-10.带轴为[001]的晶带各晶面，其面指数有何特点？1-11. 与晶列[l1l2l3]垂直的倒格面的面指数是什么?1-12. 在结晶学中,晶胞是按晶体的什么特性选取的?1-13. 六角密积属何种晶系?一个晶胞包含几个原子?1-14.体心立方元素晶体, [111]方向上的结晶学周期为多大?实际周期为多大?1-15. 面心立方元素晶体中最小的晶列周期为多大?该晶列在哪些晶面内?1-16. 在晶体衍射中，为什么不能用可见光？第二章固体的结合2-1.试述离子键、共价键、金属键、范德瓦尔斯键和氢键的基本特征.2-2.有人说“晶体的内能就是晶体的结合能”，对吗？2-3.当2个原子由相距很远而逐渐接近时，二原子间的力与势能是如何逐渐变化的？2-4.为什么金属比离子晶体、共价晶体易于进行机械加工并且导电、导热性良好？2-5.是否有与库仑力无关的晶体结合类型?2-6.如何理解库仑力是原子结合的动力?2-7.晶体的结合能,晶体的内能,原子间的相互作用势能有何区别?2-8.原子间的排斥作用取决于什么原因?2-9.原子间的排斥作用和吸引作用有何关系?起主导的范围是什么?2-10.共价结合为什么有“饱和性”和“方向性”?2-11.共价结合,两原子电子云交迭产生吸引,而原子靠近时,电子云交迭会产生巨大的排斥力,如何解释?2-12.试解释一个中性原子吸收一个电子一定要放出能量的现象.2-13.如何理解电负性可用电离能加亲和能来表征?2-14.何为杂化轨道?2-15.你认为固体的弹性强弱主要由排斥作用决定呢,还是吸引作用决定?第三章晶格振动与晶体的热学性质3-1.什么是简谐近似？3-2.试定性给出一维单原子链中振动格波的相速度和群速度对波矢的关系曲线，并简要说明其意义。

材料物理课后作业1. 介绍本次材料物理课后作业主要涉及材料的基本概念、结构与性质、材料的热力学以及材料的力学性能等内容。

通过解答下面的题目，可以进一步巩固对这些知识的理解，并且提升对材料物理的应用能力。

2. 题目2.1 材料的基本概念1.请简要说明什么是材料？2.请列举常见的工程材料的分类。

2.2 结构与性质1.请简要说明晶体和非晶体的区别。

2.请解释金属的塑性和韧性分别是什么。

2.3 材料的热力学1.简要解释材料的内能和焓的概念。

2.如果一个材料发生相变，其内能会发生变化吗？为什么？2.4 材料的力学性能1.定义杨氏模量，它是用来衡量什么物理量的？2.弹性模量和切变模量分别用于描述什么性质？3. 回答题目3.1 材料的基本概念1.材料是指一切用于制造商品或构建工程的物质。

它可以是任何形式的物质，包括金属、陶瓷、聚合物等。

材料在制造业和工程领域具有重要的作用，它决定了产品的性能和特性。

2.常见的工程材料可以按照性质分为金属材料、陶瓷材料、聚合物材料和复合材料等。

其中，金属材料具有优良的导电性和导热性，常见的金属材料有铁、铜、铝等。

陶瓷材料具有较高的硬度和耐磨性，常见的陶瓷材料有瓷器、玻璃等。

聚合物材料具有较好的可塑性和绝缘性能，常见的聚合物材料有塑料、橡胶等。

最后，复合材料是由不同材料组合而成的材料，可以充分发挥各种材料的优点，常见的复合材料有玻璃钢、碳纤维等。

3.2 结构与性质1.晶体是具有高度有序的结构，其原子、离子或分子按照规则的方式排列。

晶体具有清晰的晶格结构和明确的晶面，其具有固定的熔点和局部松弛。

非晶体则是没有明确的结构和晶面的材料，其原子、离子或分子的排列没有规则性。

非晶体具有不确定的熔点和局部松弛。

2.金属的塑性是指在外力作用下，金属材料可以发生形变而不断裂。

金属具有较好的塑性，这是因为金属的结晶结构具有密堆积的原子排列方式，相邻的晶粒通过滑移机制可以相对容易地滑动。

韧性是指材料在断裂前能够吸收较大的能量。

第一章材料的晶态结构17、18、21、23见作业2.晶体为何有各向异性？晶体各向异性源于其微观结构在不同方向上的差异，即沿晶格的不同方向，原子排列的周期性和疏密程度不尽相同，由此导致晶体在不同方向的物理化学特性也不同，这就是晶体的各向异性。

3.面心立方和密排六方点阵的原子都是最密排的，为什么它们形成了两种点阵？（不要求）密排六方和面心立方都是最密排结构，其区别在于二者的原子堆垛顺序不同。

面心立方和密排六方结构的最密排面分别为{111}和（001）.这两种晶面上的原子都是紧密排列的。

同层相邻的三个原子(刚球)的中心形成三角形。

三角形的中心是三个球的间隙，上下相邻层的原子就处于这一间隙形成的“低谷”中，上层或下层原子的球心与原来的三个原子的球心形成正四面体。

如果以某层原子球心所处的位置为A位置，与之相邻的层的原子球心所处的位置为B位置，则第三层的原子球心可处于两种不同的位置，即B层原子形成的“低谷”位置有两种：一种与A位置相同，仅高度不同；另一种与A位置完全不同，将其称为C位置。

第三层原子与第一层原子在不同高度上，位置重合或不重合。

如果堆垛顺序为ABCABCABC······，就形成面心立方。

如果堆垛顺序为ABABABAB······，就形成密排六方。

4.比较晶体、非晶体和准晶体在结构上的异同。

同：晶体长程有序，非晶体短程有序。

晶体与准晶体的原子排列都具有旋转对称性。

异：晶体可看成是相同的单胞按同样的规则堆垛形成。

而非晶体是长程无序的，无单胞，也没有原子排列的对称性。

准晶体是不同的单胞或形状相同取向不同的单胞按一定的规则周期性地重复堆垛形成，是介于晶体和非晶体之间的长程有序结构。

5．从晶体和非晶体的X射线衍射特征的区别解释其结构的区别。

晶体的X射线衍射在特定角度出现尖锐的衍射峰，说明其结构长程有序。

《材料物理导论》习题解答第一章材料的力学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/m2，能伸长多少厘米?3. 一材料在室温时的杨氏模量为3.5×108 N/m2,泊松比为0.35，计算其剪切模量和体积模量。

5. 一陶瓷含体积百分比为95%的Al2O3 (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。

8. 一试样受到拉应力为1.0×103 N/m2,10秒种后试样长度为原始长度的1.15倍,移去外力后试样的长度为原始长度的1.10倍,若可用单一Maxwell模型来描述,求其松弛时间τ值。

第二章材料的热学9.一硅酸铝玻璃的性能为=2.1J/(㎡▪s▪K)，α=4.6×/K,σf=N/㎡,E=N/㎡,μ=0.25.求第一和第二抗热冲击断裂因子和。

10.一热机部件由氮化硅制成，导热率为1.84J/(㎡▪s▪K)，最大厚度=0.12m,表面热传导系数为500J/(㎡▪s▪K)，请估算能承受热冲击的最大允许温差。

第三章材料的电学20.如果A原子的原子半径为B原子的两倍，那么在其他条件都相同的情况下，A原子的电子极化率大约是B原子的多少倍？25、画出典型铁电体的电滞回线示意图，并用有关机制解释引起非线性关系的原因。

解：铁电体晶体在整体上呈现自发极化，这意味着在正负端分别有一层正的和负的束缚电荷。

束缚电荷产生的电场在晶体内部与极化反向（称为退极化场），使静电能升高。

在受机械约束时，伴随着自发极化的应变还能使应变能增加。

名词解释1。

磁晶的各向异性：单晶体的磁性各向异性2。

自发磁化:铁磁性材料在没有外加H时，原子磁矩趋于同向排列，而发生的磁化3。

磁畴：铁磁质自发磁化成的若干个小区域4、第一类超导体：大多数纯金属超导体,在超导态下磁通从超导体中全部逐出，具有完全的迈斯纳效应（完全的抗磁性)。

5。

压电体：当挤压或拉伸时，两端能产生不同的电荷的晶体6、马基申定律：ρ＝ρ（T）＋ρ残7.铁电畴：铁电体中自发极化方向相同的区域8。

自发极化：在一定温度范围内、单位晶胞内正负电荷中心不重合，形成偶极矩，呈现象极性。

这种在无外电场作用下存在的极化现象称为自发极化9.激子：空穴带正电，电子带负电，它们之间的库仑吸引互作用在一定的条件下会使它们在空间上束缚在一起，这样形成的复合体称为激子。

10。

激光:11。

磁致伸缩材料：具有磁致伸缩特性的材料。

磁性伸缩铁磁体在磁场中磁化时,其尺寸或体积发生变化的现象.12。

剩余磁感性强度:当对磁体施加完一个磁场以后,产生磁通密度。

但是把磁场去掉以后，磁通密度并不会减小到0,出现剩余磁场，此为剩余磁通密度。

13.磁弹性能：当铁磁体存在应力时，磁致伸缩要与应力相互作用，与此有关的能量14、反铁电体：在一定温度范围内相邻离子联线上的偶极子呈反平行排列,宏观上自发极化强度为零,无电滞回线的材料，称为反铁电体。

15、铁电畴：在一个小区域内，各晶胞的自发极化方向都相同，这个小区域称为铁电畴16、电介质的击穿：一般外电场不太强时，电介质只被极化，不影响其绝缘性能.当其处在很强的外电场中时，电介质分子的正负电荷中心被拉开，甚至脱离约束而成为自由电荷，电介质变为导电材料.当施加在电介质上的电压增大到一定值时，使电介质失去绝缘性的现象称为击穿17、第二类超导体:铌、钒及其合金中，允许部分磁通透入,仍保留超导电性.存在两个临界磁场，较低的Hc1和较高的Hc2.18、热释电体:对于具有自发式极化的晶体，当晶体受热或受冷后，由于ΔT而导致自发式极化强度变化（ΔPS),从而在晶体的一定方向上产生表面极化电荷的现象称为“热释电效应”.具有热释电效应的材料称为热释电体。

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。

课后习题第一章1.德拜热容的成功之处是什么？答：德拜热容的成功之处是在低温下，德拜热容理论很好的描述了晶体热容，CV.M∝T的三次方2.何为德拜温度？有什么物理意义？答：HD=hνMAX/k 德拜温度是反映晶体点阵内原子间结合力的一个物理量德拜温度反映了原子间结合力，德拜温度越高，原子间结合力越强3.试用双原子模型说明固体热膨胀的物理本质答：如图，U1（T1）、U2（T2）、U3(T3）为不同温度时的能量，当原子热振动通过平衡位置r0时，全部能量转化为动能，偏离平衡位置时，动能又逐渐转化为势能；到达振幅最大值时动能降为零，势能打到最大。

由势能曲线的不对称可以看到，随温度升高，势能由U1(T1）、U2（T2）向U3（T3）变化，振幅增加，振动中心就由r0'，r0''向r0'''右移，导致双原子间距增大，产生热膨胀第二章1.300K1×10-6Ω·m4000K时电阻率增加5%由于晶格缺陷和杂质引起的电阻率。

解：按题意:p(300k) = 10∧-6 则: p(400k) = (10∧-6)* (1+0.05) ----(1)在400K温度下马西森法则成立，则: p(400k) = p(镍400k) + p(杂400k) ----(2) 又: p(镍400k) = p(镍300k) * [1+ α* 100] ----(3) 其中参数: α为镍的温度系数约= 0.007 ; p(镍300k)(室温) = 7*10∧-6 Ω.cm) 将(1)和(3)代入(2)可算出杂质引起的电阻率p(杂400k)。

2.为什么金属的电阻因温度升高而增大，而半导体的电阻却因温度的升高而减小？对金属材料，尽管温度对有效电子数和电子平均速率几乎没有影响，然而温度升高会使离子振动加剧，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称减小，散射几率增加而导致电阻率增大而对半导体当温度升高时，满带中有少量电子有可能被激发到上面的空带中去，在外电场作用下，这些电子将参与导电。

练习题第一章材料物理基本知识简介1.一电子通过5 400 V电位差的电场。

-11m)；(1)计算它的德布罗意波波长(1.67×10(2)计算它的波数；?10m)的布拉格衍射角(2°18面(111)(面间距′)。

(3)计算它对Ni晶体102.04?d?226232262310、2s3p2s2p2p3d、3s3p、；(2)1s3s、2.有两种原子，基态电子壳层是这样填充的(1)1s、2610。

请分别写出的所有电子的四个量子数的可能组态。

4d4s 4p3n?3.如电子占据某一能级的几率为1/4，另一能级被占据的几率为3/4。

(1)分别计算两个能级的能量比费密能高出多少kT?(2)应用你计算的结果说明费密分布函数的特点。

图1.37 一束入射的电子波0?283。

计算Cu的(4.Em10?/n?8.5F5.计算Na在0K时自由电子的平均动能。

(Na的相对原子质量33?)。

kg/m?1.01322.99,?10A?r*6.已知晶面间距为d，晶面指数为(h k l)的平行晶面的倒易矢量为，一电子波与该晶面系r hkl?角入射(见图l.37)，试证明产生布拉格反射的临成界波矢量K的轨迹满足方程*?。

2/r?||cos|K|hkl7.试用布拉格反射定律说明晶体电子能谱中禁带产生的原因。

8.试用晶体能带理论说明元素的导体、半导体、绝缘体的导电性质。

9.过渡族金属物理性能的特殊性与电子能带结构有何联系?10.试比较非晶态固体电子能带结构与晶态固体能带结构的差异并说明差异产生的主要原因。

11.试用玻璃化转变的自由体积理论解释非晶态高聚物熔体冷却时体积变化的现象。

12.高聚物的流动机理是什么？试说明相对分子量对玻璃化温度和流动温度的影响趋势。

13.为什么增塑更有利于玻璃化温度的降低，而共聚对熔点的影响更大？14.高聚物的结晶融化过程与玻璃化转变过程有什么本质的不同？高聚物结构和外界条件对这两个转变过程的影响有那些相同点和不同点？第二章材料的热学性能1. 计算室温（298K）时莫来石瓷的摩尔热容值，并与杜隆-珀替定律计算的结果比较。