当前位置：文档之家 › 材料物理性能课后习题问题详解_北航出版社_田莳主编

材料物理性能课后习题问题详解_北航出版社_田莳主编

  • 格式：doc
  • 大小：212.71 KB
  • 文档页数：23

下载文档原格式

  / 23

合集下载

材料物理性能课后习题答案解析北航出版社田莳主编

材料物理性能课后习题答案解析北航出版社田莳主编

材料物理习题集第一章 固体中电子能量结构和状态（量子力学基础）1. 一电子通过5400V 电位差的电场，（1）计算它的德布罗意波长；（2）计算它的波数；（3）计算它对Ni 晶体（111）面（面间距d =2.04×10-10m ）的布拉格衍射角。

（P5）12341311921111o '(2)6.610 =(29.1105400 1.610)=1.67102K 3.7610sin sin 2182hh pmE md dλπλθλλθθ----=⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=⨯==⇒=解：（1）=（2）波数=（3）22. 有两种原子，基态电子壳层是这样填充的;;s s s s s s s 2262322626102610（1）1、22p 、33p （2）1、22p 、33p 3d 、44p 4d ，请分别写出n=3的所有电子的四个量子数的可能组态。

（非书上内容）3. 如电子占据某一能级的几率是1/4，另一能级被占据的几率为3/4，分别计算两个能级的能量比费米能级高出多少k T ？（P15）1()exp[]11ln[1]()()1/4ln 3()3/4ln 3FF F F f E E E kT E E kT f E f E E E kT f E E E kT=-+⇒-=-=-=⋅=-=-⋅解：由将代入得将代入得4. 已知Cu 的密度为8.5×103kg/m 3，计算其E 0F 。

（P16） 2203234262333118(3/8)2(6.6310)8.510 =(3 6.0210/8)291063.5=1.0910 6.83Fh E n m J eVππ---=⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=解：由5. 计算Na 在0K 时自由电子的平均动能。

（Na 的摩尔质量M=22.99，.0ρ⨯33=11310kg/m ）（P16）22323426233311900(3/8)2(6.6310) 1.01310 =(3 6.0210/8)291022.99=5.2110 3.253 1.085F F h E n mJ eVE E eVππ---=⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯===解：由由 6. 若自由电子矢量K 满足以为晶格周期性边界条件x x L ψψ+()=()和定态薛定谔方程。

材料物理性能习题解答

材料物理性能习题解答

26.68*105/2982
=87.55+4.46-30.04
=61.97 *4.18J/mol.K
（2） 当T=1273K，Cp=a+bT+cT-2=87.55+14.96*10-3*1293-
26.68*105/12732
=87.55+19.34-1.65
=105.24*4.18J/mol.K=438.9 J/mol.K
解：
3-5．摄影者知道用橙黄滤色镜拍摄天空时，可增加蓝天和白云的对 比，若相机镜头和胶卷底片的灵敏度将光谱范围限制在3900-6200A之 间，并反太阳光谱在此范围内视成常数，当色镜把波长在5500A以后的 光全部吸收时，天空的散射光波被它去掉百分之几呢？
[瑞利Rayleugh定律认为：散射光强与λ4成反比] 解：
解:
3-3 有一材料的吸收系数α=0.32cm-1，透明光强分别为入射的10%， 20%，50%及80%时，材料的厚度各为多少？
解:
3-4一玻璃对水银灯蓝、绿谱线λ=4358A和5461A的折射率分别为1.6525 和1.6245，用此数据定出柯西Cauchy近似经验公式的常数A和B，然后计 算对钠黄线λ=5893A的折射率n及色散率dn/dλ值。
2-6 NaCl和KCl具有相同的晶体结构，它们在低温下的Debye温度θD分别 为310K和230K，KCl在5K的定容摩尔热容为3.8*10-2J/(K.mol),试计算 NaCl在5K和KCl在2K的定容摩尔热容。
2-7 证明固体材料的热膨胀系数不因为含均匀分散的气孔而改变。
2-8 在一维双原子的点阵中： （1）若求证存在关系？ （2）证明在L=，声频支中所有轻原子静止，而光频支中所有重原子 静止，并画出此时原子的振动图像。 （3）若，请证明此时只有声频支而无光频支。

《材料物理性能》课后习题答案

《材料物理性能》课后习题答案

《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 。

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：).1()()(0)0()1)(()1()(100//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。

1-11一圆柱形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：第二章 脆性断裂和强度2-1 求融熔石英的结合强度，设估计的表面能力为1.75J/m 2; Si-O 的平衡原子间距为1.6*10-8cm;弹性模量从60到75Gpaa E th γσ==GPa 64.28~62.2510*6.175.1*10*)75~60(109=- 2-2 融熔石英玻璃的性能参数为：E=73 Gpa ；γ=1.56 J/m 2；理论强度σth=28 Gpa 。

材料物理性能习题解答

材料物理性能习题解答
1cm 10cm 40cm
Load Load
解：
1-3一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。
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。 解：令E1=380GPa,E2=84GPa,V1=0.95,V2=0.05。则有
解：根据题意可得下表 拉伸前后圆杆相关参数表
体积V/mm3 直径d/mm 圆面积S/mm2 拉伸前 1227.2
2.5 4.909 拉伸后 1227.2 2.4 4.524
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/m2，能伸长多少厘米?
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
1 材料的力学性能 2 材料的热学性能 3 材料的光学性能 4 材料的电导性能 5 材料的磁学性能 6 材料的功能转换性能
目录
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。
据杜隆-珀替定律：(3Al2O3.2SiO4) Cp=21*24。94=523.74 J/mol.K
2-2

《材料物理性能》课后习题答案

《材料物理性能》课后习题答案

《材料物理性能》课后习题答案课后习题《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2.5mm、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Al2O3(E=380GPa)和5%的玻璃相(E=84GPa)，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E1=380GPa,E2=84GPa,V1=0.95,V2=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=E0(1-1.9P+0.9P2)可得，其上、下限弹性模量分别变为331.3 GPa和293.1GPa。

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=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：Voigt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。

如采用四元模型来表示线性高聚物的蠕变过程等。

FττNτ60°53°Ф3mm1-11一圆柱形Al2O3晶体受轴向拉力F，若其临界抗剪强度τf为135MPa,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：第二章脆性断裂和强度2-1求融熔石英的结合强度，设估计的表面能力为1.75J/m2;Si-O的平衡原子间距为1.6*10-8cm;弹性模量从60到75Gpa =2-2融熔石英玻璃的性能参数为：E=73Gpa；γ=1.56J/m2；理论强度σth=28Gpa。

如材料中存在最大长度为2μm的内裂，且此内裂垂直于作用力方向，计算由此导致的强度折减系数。

材料物理性能习题解答

材料物理性能习题解答
2-6 NaCl和KCl具有相同的晶体结构，它们在低温下的Debye温度θD分别 为310K和230K，KCl在5K的定容摩尔热容为3.8*10-2J/(K.mol),试计算 NaCl在5K和KCl在2K的定容摩尔热容。
2-7 证明固体材料的热膨胀系数不因为含均匀分散的气孔而改变。
2-8 在一维双原子的点阵中： （1）若求证存在关系？ （2）证明在L=，声频支中所有轻原子静止，而光频支中所有重原子 静止，并画出此时原子的振动图像。 （3）若，请证明此时只有声频支而无光频支。
Voigt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。
1-7试述温度和外力作用频率对聚合物力学损耗角正切的影响并画出相 应的温度谱和频率谱。
解:
3-3 有一材料的吸收系数α=0.32cm-1，透明光强分别为入射的10%， 20%，50%及80%时，材料的厚度各为多少？
解:
3-4一玻璃对水银灯蓝、绿谱线λ=4358A和5461A的折射率分别为1.6525 和1.6245，用此数据定出柯西Cauchy近似经验公式的常数A和B，然后计 算对钠黄线λ=5893A的折射率n及色散率dn/dλ值。
2-9 试计算一条合成刚玉晶体Al2O3棒在1K的热导率，它的分子量为
102，直径为3mm，声速500m/s，密度为4000kg/m3，德拜温度为 1000K。
2-10 一样品在300K的热导率为320J/（m2.s.K）,电阻率为10-2,求,其电子 热导热的比值.(Loremtz常量L=2.45*10-8(V/K)2
3 材料的光学性能

《材料物理性能》课后习题答案

《材料物理性能》课后习题答案
=1.96*0.83==1.63Pam1/2
J/m2
第三章材料的热学性能
2-1计算室温（298K）及高温（1273K）时莫来石瓷的摩尔热容值，并请和按杜龙-伯蒂规律计算的结果比较。
（1）当T=298K，Cp=a+bT+cT-2=87.55+14.96*10-3*298-26.68*105/2982
=87.55+4.46-30.04
解：Maxwell模型可以较好地模拟应力松弛过程：
Voigt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。
1-11一圆柱形Al2O3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:
第五章材料的电导性能
4-1实验测出离子型电导体的电导率与温度的相关数据，经数学回归分析得出关系式为：
(1)试求在测量温度范围内的电导活化能表达式。
(2)若给定T1=500K，σ1=10-9（
T2=1000K，σ2=10-6（
计算电导活化能的值。
解：（1）
= =
W= 式中k=
（2）
B=-3000
W=-ln10.(-3)*0.86*10-4*500=5.94*10-4*500=0.594eV
《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。

材料物理性能课后习题答案北航出版社

材料物理性能课后习题答案北航出版社

材料物理性能课后习题答案北航出版社一、单项选择题：本题共6小题，每小题3分，共18分，每小题只有一个选项符合题意。

1．下列叙述和热力学定律相关，其正确的是（）A ．第一类永动机不可能制成，是因为违背了能量守恒定律B ．第二类永动机不可能制成，是因为违背了能量守恒定律C ．电冰箱的致冷系统能够不断地把冰箱内的热量传到外界，违背了热力学第二定律D ．气体可以从单一热源吸热，并全部用来对外做功，而不引起其它变化2．氢原子发出a 、b 两种频率的光，经三棱镜折射后的光路如图所示，若a 光是由能级n =5向n =2跃迁时发出时，则b 光可能是（） A ．从能级n =4向n =3跃迁时发出的 B ．从能级n =4向n =2跃迁时发出的 C ．从能级n =6向n =3跃迁时发出的 D ．从能级n =6向n =2跃迁时发出的3．玻尔认为，围绕氢原子核做圆周运动的核外电子，轨道半径只能取某些特殊的数值，这种现象叫做轨道的量子化.若离核最近的第一条可能的轨道半径为r 1，则第n 条可能的轨道半径为12r n r n =（n =1，2，3，……），其中n 叫量子数.设氢原子的核外电子绕核近似做匀速圆周运动形成的等效电流，在n =2状态时其强度为I ，则在n =3状态时等效电流强度为. （） A ．I 23 B ．I 32 C ．I 94 D ．I 278 4. 在匀强磁场中有一个静止的氡原子核（Rn 22286），由于衰变它放出一个粒子，此粒子的径迹与反冲核的径迹是两个相互外切的圆，大圆与小圆的直径之比为42∶1，如图所示。

那么氡核的衰变方程应是下列方程的哪一个（）A ．e Fr Rn 012228722286-+→B ．He Po Rn 422188422286+→ C ．e At Rn 012228522286+→ D ．H At Rn 212208522286+→ 5．有一种杂技表演叫“飞车走壁”，由杂技演员驾驶摩托车沿圆台形表演台的侧壁高速行驶，做匀速圆周运动。

材料物理性能课后习题答案 北航出版社 主编

材料物理性能课后习题答案 北航出版社 主编

材料物理性能课后习题答案_北航出版社_主编材料物理习题集第一章固体中电子能量结构和状态（量子力学基础）1.一电子通过5400V电位差的电场，（1）计算它的xxxx波长；（2）计算它的波数；（3）计算它对Ni晶体（111）面（面间距d=2.04×10-10m）的布拉格衍射角。

（P5）hh?=1?）解：（1p)mE(22?3410?6.6 =1?3119?)?10?(2?9.1?10?54001.6211?m?10=1.67?211103.76?2（）波数K=?????sin）（32d?'o??18??sin2?d22.有两种原子，基态电子壳层是这样填充的，请分别写出n=3的所有电子的四个量子数的可能组态。

（非书上内容）3.如电子占据某一能级的几率是1/4，另一能级被占据的几率为3/4，分别计算两个能级的能量比费米能级高出多少kT？（P15）4.已知Cu的密度为8.5×103kg/m3，计算其（P16）5.计算Na在0K时自由电子的平均动能。

（Na的摩尔质量M=22.99，）（P16）材料物理性能课后习题答案_北航出版社_主编6.若自由电子矢量K满足以为晶格周期性边界条件和定态xx方程。

试证明下式成立：eiKL=17.已知晶面间距为d，晶面指数为（h k l）的平行晶面*?角入射，试证明，一电子波与该晶面系成的倒易矢量为r hkl*??r/cos的轨迹满足方程K2。

产生布拉格反射的临界波矢量K hkl8.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。

（P20）9.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。

答：（画出典型的能带结构图，然后分别说明）10.过渡族金属物理性质的特殊性与电子能带结构有何联系？（P28）答：过渡族金属的d带不满，且能级低而密，可xx较多的电子，夺取较高的s带中的电子，降低费米能级。

补充习题为什么镜子颠倒了左右而没有颠倒上下？ 1.只考虑xx力学，试计算在不损害人体安全的情况下，加速到2.光速需要多少时间？已知下列条件，试计算空间两个电子的电斥力和万有引力的 3.比值画出原子间引力、斥力、能量随原子间距变化的关系图。

材料物理性能课后习题答案 北航出版社 田莳主编

材料物理性能课后习题答案 北航出版社 田莳主编

材料物理习题集第一章 固体中电子能量结构和状态（量子力学基础）1. 一电子通过5400V 电位差的电场，（1）计算它的德布罗意波长；（2）计算它的波数；（3）计算它对Ni 晶体（111）面（面间距d =×10-10m ）的布拉格衍射角。

（P5）12341311921111o '(2)6.610 =(29.1105400 1.610)=1.67102K 3.7610sin sin 2182hh pmE m d dλπλθλλθθ----=⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=⨯==⇒=解：（1）=（2）波数=（3）22. 有两种原子，基态电子壳层是这样填充的;;s s s s s s s 2262322626102610（1）1、22p 、33p （2）1、22p 、33p 3d 、44p 4d ，请分别写出n=3的所有电子的四个量子数的可能组态。

（非书上内容）3. 如电子占据某一能级的几率是1/4，另一能级被占据的几率为3/4，分别计算两个能级的能量比费米能级高出多少k T ？（P15）1()exp[]11ln[1]()()1/4ln 3()3/4ln 3FF F F f E E E kT E E kT f E f E E E kT f E E E kT=-+⇒-=-=-=⋅=-=-⋅解：由将代入得将代入得4. 已知Cu 的密度为×103kg/m 3，计算其E 0F 。

（P16）2203234262333118(3/8)2(6.6310)8.510 =(3 6.0210/8)291063.5=1.0910 6.83Fh E n m J eVππ---=⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=解：由5. 计算Na 在0K 时自由电子的平均动能。

（Na 的摩尔质量M=，.0ρ⨯33=11310kg/m ）（P16）220323426233311900(3/8)2(6.6310) 1.01310 =(3 6.0210/8)291022.99=5.2110 3.253 1.085FF h E n mJ eVE E eVππ---=⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯===解：由由 6. 若自由电子矢量K 满足以为晶格周期性边界条件x x L ψψ+()=()和定态薛定谔方程。

材料物理性能课后习题答案解析_北航出版社_田莳主编

材料物理性能课后习题答案解析_北航出版社_田莳主编

材料物理习题集第一章 固体中电子能量结构和状态（量子力学基础）1. 一电子通过5400V 电位差的电场，（1）计算它的德布罗意波长；（2）计算它的波数；（3）计算它对Ni 晶体（111）面（面间距d =2.04×10-10m ）的布拉格衍射角。

（P5）12341311921111o '(2)6.610 =(29.1105400 1.610)=1.67102K 3.7610sin sin 2182hh pmE m d dλπλθλλθθ----=⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=⨯==⇒=解：（1）=（2）波数=（3）22. 有两种原子，基态电子壳层是这样填充的;;s s s s s s s 2262322626102610（1）1、22p 、33p （2）1、22p 、33p 3d 、44p 4d ，请分别写出n=3的所有电子的四个量子数的可能组态。

（非书上内容）3. 如电子占据某一能级的几率是1/4，另一能级被占据的几率为3/4，分别计算两个能级的能量比费米能级高出多少k T ？（P15）1()exp[]11ln[1]()()1/4ln 3()3/4ln 3FF F F f E E E kT E E kT f E f E E E kT f E E E kT=-+⇒-=-=-=⋅=-=-⋅解：由将代入得将代入得4. 已知Cu 的密度为8.5×103kg/m 3，计算其E 0F 。

（P16）2203234262333118(3/8)2(6.6310)8.510 =(3 6.0210/8)291063.5=1.0910 6.83Fh E n m J eVππ---=⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=解：由5. 计算Na 在0K 时自由电子的平均动能。

（Na 的摩尔质量M=22.99，.0ρ⨯33=11310kg/m ）（P16）220323426233311900(3/8)2(6.6310) 1.01310 =(3 6.0210/8)291022.99=5.2110 3.253 1.085FF h E n mJ eVE E eVππ---=⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯===解：由由 6. 若自由电子矢量K 满足以为晶格周期性边界条件x x L ψψ+()=()和定态薛定谔方程。

新版材料物理性能课后习题答案_北航出版社_田莳主编-新版.pdf

新版材料物理性能课后习题答案_北航出版社_田莳主编-新版.pdf

=5.21 10 19 J 3.25eV
2
6.02 1023 / 8 ) 3
由E0
3 5
E
0 F
1.08eV
6. 若自由电子矢量 K 满足以为晶格周期性边界条件 试证明下式成立： eiKL =1
( x)= ( x L ) 和定态薛定谔方程 。
解：由于满足薛定谔定态方程
(x ) AeiKx
又 满足周期性边界条件
A1e( W /kT ) B 3000
13.
6
本征半导体中，从价带激发至导带的电子和价带产生的空穴共同电导，
激发的电子数 n可以近似表示为：
n N exp( E g / 2kT )
式中： N 为状态密度， k为波尔兹曼常数， T为热力学温度（ K ），试回答 （ 1）设 N =1023cm-3， k=8.6 10-5 eV k 1时， Si（ Eg 1.1eV） ,
=1.09 10 18 J 6.83eV
2
6.02 1023 / 8 ) 3
5. 计算 Na 在 0K 时自由电子的平均动能。 （Na 的摩尔质量 M=22.99 ， =1.013 103kg/m3 ）
（ P16）
2
解：由
E
0 F
h2 (3n / 8
2
)3
2m
(6.63 10 34 )2 1.013 106 = 2 9 10 31 (3 22.99
12.
实验测出离子型电导体的电导率与温度的相关数据， 经数学回归分析得出关系为 lg A B 1
T (1)试求在测量温度范围内的电导激活能表达式； (2) 若给出 T1=500K 时， 1=10-（9 m）-1，
T2 1000K时， 2=10-（6 m）-1 计算电导激活能的值。

【物理】材料物理性能课后习题答案北航出版社田莳主编供参考

【物理】材料物理性能课后习题答案北航出版社田莳主编供参考

【关键字】物理材料物理习题集第一章固体中电子能量结构和状态（量子力学基础）1.一电子通过5400V电位差的电场，（1）计算它的德布罗意波长；（2）计算它的波数；（3）计算它对Ni晶体（111）面（面间距d=2.04×10-10m）的布拉格衍射角。

（P5）2.有两种原子，基态电子壳层是这样填充的，请分别写出n=3的所有电子的四个量子数的可能组态。

（非书上内容）3.如电子占据某一能级的几率是1/4，另一能级被占据的几率为3/4，分别计算两个能级的能量比费米能级高出多少kT？（P15）4.已知Cu的密度为8.5×103kg/m3，计算其（P16）5.计算Na在0K时自由电子的平均动能。

（Na的摩尔质量M=22.99，）（P16）6.若自由电子矢量K满足以为晶格周期性边界条件和定态薛定谔方程。

试证明下式成立：eiKL=17.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。

（P20）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。

答：（画出典型的能带结构图，然后分别说明）9.过渡族金属物理性质的特殊性与电子能带结构有何联系？（P28）答：过渡族金属的d带不满，且能级低而密，可容纳较多的电子，夺取较高的s带中的电子，降低费米能级。

补充习题1.为什么镜子颠倒了左右而没有颠倒上下？2.只考虑牛顿力学，试计算在不损害人体安全的情况下，加速到光速需要多少时间？3.已知下列条件，试计算空间两个电子的电斥力和万有引力的比值4.画出原子间引力、斥力、能量随原子间距变化的关系图。

5.面心立方晶体，晶格常数a=0.5nm，求其原子体密度。

6.简单立方的原子体密度是。

假定原子是钢球并与最近的相邻原子相切。

确定晶格常数和原子半径。

第二章材料的电性能1.铂线300K时电阻率为1×10-7Ω·m，假设铂线成分为理想纯。

试求1000K时的电阻率。

（P38）2.镍铬丝电阻率（300K）为1×10-6Ω·m，加热到4000K时电阻率增加5%，假定在此温度区间内马西森定则成立。

材料物理性能课后习题答案 北航出版社 田莳主编

材料物理性能课后习题答案 北航出版社 田莳主编

材料物理习题集第一章 固体中电子能量结构和状态（量子力学基础）1. 一电子通过5400V 电位差的电场，（1）计算它的德布罗意波长；（2）计算它的波数；（3）计算它对Ni 晶体（111）面（面间距d =2.04×10-10m ）的布拉格衍射角。

（P5）12341311921111o '(2)6.610 =(29.1105400 1.610)=1.67102K 3.7610sin sin 2182hh pmE m d dλπλθλλθθ----=⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=⨯==⇒=解：（1）=（2）波数=（3）22. 有两种原子，基态电子壳层是这样填充的;;s s s s s s s 2262322626102610（1）1、22p 、33p （2）1、22p 、33p 3d 、44p 4d ，请分别写出n=3的所有电子的四个量子数的可能组态。

（非书上内容）3. 如电子占据某一能级的几率是1/4，另一能级被占据的几率为3/4，分别计算两个能级的能量比费米能级高出多少k T ？（P15）1()exp[]11ln[1]()()1/4ln 3()3/4ln 3FF F F f E E E kT E E kT f E f E E E kT f E E E kT=-+⇒-=-=-=⋅=-=-⋅解：由将代入得将代入得4. 已知Cu 的密度为8.5×103kg/m 3，计算其E 0F 。

（P16）2203234262333118(3/8)2(6.6310)8.510 =(3 6.0210/8)291063.5=1.0910 6.83Fh E n m J eVππ---=⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=解：由5. 计算Na 在0K 时自由电子的平均动能。

（Na 的摩尔质量M=22.99，.0ρ⨯33=11310kg/m ）（P16）220323426233311900(3/8)2(6.6310) 1.01310 =(3 6.0210/8)291022.99=5.2110 3.253 1.085FF h E n mJ eVE E eVππ---=⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯===解：由由 6. 若自由电子矢量K 满足以为晶格周期性边界条件x x L ψψ+()=()和定态薛定谔方程。

最新材料物理性能课后习题答案-北航出版社-田莳主编

最新材料物理性能课后习题答案-北航出版社-田莳主编

材料物理习题集第一章 固体中电子能量结构和状态（量子力学基础）1. 一电子通过5400V 电位差的电场，（1）计算它的德布罗意波长；（2）计算它的波数；（3）计算它对Ni 晶体（111）面（面间距d =2.04×10-10m ）的布拉格衍射角。

（P5）12341311921111o '(2)6.610 =(29.1105400 1.610)=1.67102K 3.7610sin sin 2182hh pmE m d dλπλθλλθθ----=⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=⨯==⇒=解：（1）=（2）波数=（3）22. 有两种原子，基态电子壳层是这样填充的;;s s s s s s s 2262322626102610（1）1、22p 、33p （2）1、22p 、33p 3d 、44p 4d ，请分别写出n=3的所有电子的四个量子数的可能组态。

（非书上内容）3. 如电子占据某一能级的几率是1/4，另一能级被占据的几率为3/4，分别计算两个能级的能量比费米能级高出多少k T ？（P15）1()exp[]11ln[1]()()1/4ln 3()3/4ln 3FF F F f E E E kT E E kT f E f E E E kT f E E E kT=-+⇒-=-=-=⋅=-=-⋅解：由将代入得将代入得4. 已知Cu 的密度为8.5×103kg/m 3，计算其E 0F 。

（P16）2203234262333118(3/8)2(6.6310)8.510 =(3 6.0210/8)291063.5=1.0910 6.83Fh E n m J eVππ---=⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=解：由5. 计算Na 在0K 时自由电子的平均动能。

（Na 的摩尔质量M=22.99，.0ρ⨯33=11310kg/m ）（P16）220323426233311900(3/8)2(6.6310) 1.01310 =(3 6.0210/8)291022.99=5.2110 3.253 1.085FF h E n mJ eVE E eVππ---=⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯===解：由由 6. 若自由电子矢量K 满足以为晶格周期性边界条件x x L ψψ+()=()和定态薛定谔方程。

材料物理性能课后习题答案北航出版社田莳主编.docx

材料物理性能课后习题答案北航出版社田莳主编.docx

材料物理习题集第一章 固体中电子能量结构和状态（量子力学基础）1.一电子通过 5400V 电位差的电场，（1）计算它的德布罗意波长； （2）计算它的波数；（ 3）计算它对 Ni 晶体（ 111）面（面间距 d =× 10-10 m ）的布拉格衍射角。

（ P5）解：（ 1） =hh1p(2 mE) 2= 6.6 10 341(29.1 10 31 5400 1.6 10 19 ) 2=1.67 10 11 m（2）波数 K = 23.76 1011（ 3） 2d sinsin2o 18'2 d2.有两种原子，基态电子壳层是这样填充的（1）1s 2、2s 2 2p 6、3s 2 3p 3;，请分别写出 n=3 的所有电子的四个量（2）1s 2、2s 2 2p 6、3s 2 3p 63d 10、 4s 2 4p 6 4d 10;子数的可能组态。

（非书上内容）3.如电子占据某一能级的几率是的能量比费米能级高出多少1/4 ，另一能级被占据的几率为k T ？（ P15）3/4 ，分别计算两个能级1解：由 f ( E)EF ]exp[E1kT E E F11] kT ln[f ( E )将 f (E) 1/ 4代入得 E E F ln 3 kT将 f (E)3/ 4代入得 EE Fln 3 kT4.已知 Cu 的密度为× 10 3kg/m 3，计算其 E 0F 。

（ P16）解：h22(3n / 8) 3由 E F2m= (6.6334262 1031)(38.5 10 6.02 1023 / 8 ) 3291063.5=1.0910 18J 6.83eV5.计算 Na 在 0K 时自由电子的平均动能。

（ Na 的摩尔质量 M=，=1.013103 kg/m3）（P16）解：由 E F0h22 (3 n / 8) 32m= (6.6334262 1031)(3 1.013 10 6.021023 /8 )3291022.99 =5.2110 19J 3.25eV由E03E F0 1.08eV 56.若自由电子矢量K 满足以为晶格周期性边界条件( x)= ( x L)和定态薛定谔方程。

  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。

材料物理习题集第一章 固体中电子能量结构和状态（量子力学基础）1. 一电子通过5400V 电位差的电场，（1）计算它的德布罗意波长；（2）计算它的波数；（3）计算它对Ni 晶体（111）面（面间距d =2.04×10-10m ）的布拉格衍射角。

（P5）12341311921111o '(2)6.610 =(29.1105400 1.610)=1.67102K 3.7610sin sin 2182hh pmE m d dλπλθλλθθ----=⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=⨯==⇒=解：（1）=（2）波数=（3）22. 有两种原子，基态电子壳层是这样填充的;;s s s s s s s 2262322626102610（1）1、22p 、33p （2）1、22p 、33p 3d 、44p 4d ，请分别写出n=3的所有电子的四个量子数的可能组态。

（非书上内容）3. 如电子占据某一能级的几率是1/4，另一能级被占据的几率为3/4，分别计算两个能级的能量比费米能级高出多少k T ？（P15）1()exp[]11ln[1]()()1/4ln 3()3/4ln 3FF F F f E E E kT E E kT f E f E E E kT f E E E kT=-+⇒-=-=-=⋅=-=-⋅解：由将代入得将代入得4. 已知Cu 的密度为8.5×103kg/m 3，计算其E 0F 。

（P16）2203234262333118(3/8)2(6.6310)8.510 =(3 6.0210/8)291063.5=1.0910 6.83Fh E n m J eVππ---=⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=解：由5. 计算Na 在0K 时自由电子的平均动能。

（Na 的摩尔质量M=22.99，.0ρ⨯33=11310kg/m ）（P16）220323426233311900(3/8)2(6.6310) 1.01310 =(3 6.0210/8)291022.99=5.2110 3.253 1.085FF h E n mJ eVE E eVππ---=⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯===解：由由 6. 若自由电子矢量K 满足以为晶格周期性边界条件x x L ψψ+()=()和定态薛定谔方程。

试证明下式成立：e iKL=1()()()()1iKxiK x L iKx iKL iKx iKL x Ae x L Ae Ae e x Ae e ϕϕϕ+∴=∴+====⇒=解：由于满足薛定谔定态方程又满足周期性边界条件7.d h r K K cos r /2θϕ=*hkl *hkl 已知晶面间距为，晶面指数为（ k l ）的平行晶面的倒易矢量为，一电子波与该晶面系成角入射，试证明产生布拉格反射的临界波矢量的轨迹满足方程。

8. 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。

（P20）9. 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。

答： （画出典型的能带结构图，然后分别说明）10. 过渡族金属物理性质的特殊性与电子能带结构有何联系？（P28）答：过渡族金属的d 带不满，且能级低而密，可容纳较多的电子，夺取较高的s 带中的电子，降低费米能级。

补充习题1. 为什么镜子颠倒了左右而没有颠倒上下？2. 只考虑牛顿力学，试计算在不损害人体安全的情况下，加速到光速需要多少时间？3. 已知下列条件，试计算空间两个电子的电斥力和万有引力的比值11223119922G 6.6710 9.1110 1.60108.9910e e N m kg m kg q CN m C ε------=⨯=⨯=⨯=⨯万有引力常数电子质量电子电量介电常数12212271122812435.510/ 2.3102.4110m m F G r q q F kr Gm m F F kq q ---=⨯⇒==⨯=⨯引斥引斥解：=4. 画出原子间引力、斥力、能量随原子间距变化的关系图。

5. 面心立方晶体，晶格常数a=0.5nm ，求其原子体密度。

223-7344 3.210/0.510cm cm =⨯⨯解：由于每个面心立方晶胞含个原子，所以原子体密度为：原子原子（）6. 简单立方的原子体密度是223310cm -⨯。

假定原子是钢球并与最近的相邻原子相切。

确定晶格常数和原子半径。

22-331310cm a 0.3221r 0.1612nm a a nm =⨯⇒===解：每个简单立方晶胞含有一个原子：第二章 材料的电性能1. 铂线300K 时电阻率为1×10-7Ω·m ，假设铂线成分为理想纯。

试求1000K 时的电阻率。

（P38）T 0772*******(1)1+T 1+T 5110 2.27101+1+ 2.2T m T T ρραρααρρραα--=+=⇒==⨯⨯=⨯Ω解：2.镍铬丝电阻率（300K ）为1×10-6Ω·m ，加热到4000K 时电阻率增加5%，假定在此温度区间内马西森定则成立。

试计算由于晶格缺陷和杂质引起的电阻率。

（P38）3.为什么金属的电阻温度系数为正的？ （P37-38） 答：当电子波通过一个理想晶体点阵时（0K ），它将不受散射；只有在晶体点阵完整性遭到破坏的地方，电子波才受到散射（不相干散射），这就是金属产生电阻的根本原因，因此随着温度升高，电阻增大，所以金属的电阻温度系数为正。

4.试说明接触电阻产生的原因和减小这个电阻的措施。

（P86）接触电阻产生的原因有两个：一是因为接触面不平，真正接触面比看到的要小，电流通过小的截面必然产生电阻，称为会聚电阻。

二是无论金属表面怎样干净，总是有异物形成的膜，可能是周围气体、水分的吸附层。

因此，一般情况下，接触金属时首先接触到的是异物薄膜，这种由于膜的存在而引起的电阻称为过渡电阻。

5.镍铬薄膜电阻沉积在玻璃基片上其形状为矩形1mm ×5mm ，镍铬薄膜电阻率为1×10-6Ω·m ，两电极间的电阻为1K Ω，计算表面电阻和估计膜厚。

6.表2.1中哪些化合物具有混合导电方式？为什么？ （P35）2223223O ZrO CeO FeO Fe CaO SiO Al O +⋅⋅⋅⋅、7. 说明一下温度对过渡族金属氧化物混合导电的影响。

8. 表征超导体的三个主要指标是什么？目前氧化物超导体的主要弱点是什么？（P76）临界转变温度、临界磁场强度、临界电流密度。

主要弱点是临界电流密度低。

9. 已知镍合金中加入一定含量钼，可以使合金由统计均匀状态转变为不均匀固溶体（K 状态）。

试问，从合金相对电阻变化同形变量关系曲线图（见图2.70）中能否确定镍铁钼合金由均匀状态转变为K 状态的钼含量极限，为什么？10. 试评述下列建议，因为银具有良好的导电性能而且能够在铝中固溶一定的数量，为何不用银使其固溶强化，以供高压输电线使用？（a ）这个意见是否基本正确（b ）能否提供另一种达到上述目的的方法；（c ）阐述你所提供方案的优越性。

答：不对。

在铝中固溶银，会进一步提高材料的电阻率，降低导电性能。

11. 试说明用电阻法研究金属的晶体缺陷（冷加工或高温淬火）时为什么电阻测量要在低温下进行？答：根据马西森定则，晶体缺陷所带来的电阻和温度升高带来的电阻是相互独立的，在低温下测量电阻，则温度带来的电阻变化很小，所测量的电阻能够反映晶体缺陷的情况。

12.21lg (1)T K T 1000K A BTσσσ=+Ω=Ω-9-111-6-12实验测出离子型电导体的电导率与温度的相关数据，经数学回归分析得出关系为试求在测量温度范围内的电导激活能表达式；(2)若给出=500时，=10（m ），时，=10（m ）计算电导激活能的值。

（P52）(/)(/)ln10ln10(ln10./)(/)410ln (/)ln101W ln10..k 0.8410(/)/5003000 /1000 0.594A B T A B T A B T W kT A B T e e e A e B keV K A B B A B W eVσσσ++--==+====-⨯⎫=+⎪⇒=-⎬=+⎪⎭=-9-6解：（1）式中=lg10（2）lg1013.12n exp(/2)N k T K N Si 1.13.0C g g g n N E kT eV k E eV TiO E eV cm σ-=-⨯∙==︒Ω⋅23-3-5-3-本征半导体中，从价带激发至导带的电子和价带产生的空穴共同电导，激发的电子数可以近似表示为：式中：为状态密度，为波尔兹曼常数，为热力学温度（），试回答（1）设=10cm ，k=8.610时，（）,()在20和500℃所激发的电子数（cm ）各是多少？（2）半导体的电导率（）-1-1-1-1-1-1-1-1-1n e .cm V s Si 1450cm V s 500cm V s Si e e h he h ne n e n e σμμσμμμμ=⨯=+==1-3-19可表示为式中：为载流子浓度（cm ），为载流子电荷（电子电荷1610C ）为迁移率()，当电子(e)和空穴(h)同时为载流子时，假设的迁移率()，()，且不随温度变化。

试求在20℃和500℃时的电导率。

2352321.831332352381932235(1)Si 2010exp( 1.1/(28.610298) =10e 3.321050010exp( 1.1/(28.610773) =10e 2.2510:2010exp( 3.0/(28.610298) n cm n cm TiO n -------=-⨯⨯⨯⨯=⨯=-⨯⨯⨯⨯=⨯=-⨯⨯⨯解：：℃：℃:℃：133235133=1.41050010exp( 1.1/(28.610773) =1.610cm n cm ---⨯=-⨯⨯⨯⨯℃:13-192-119-19-1203.3210 1.61014505001.03105002.5510 1.61014505007956e e h he e h hn e n e cm n e n e cm σμμσμμ-=+=⨯⨯⨯⨯+=⨯Ω=+=⨯⨯⨯⨯+=Ω（2）℃：（）（）℃：（）（）14. 根据费米-狄拉克分布函数，半导体中电子占据某一能级E 的允许状态几率为f (E)为f (E)=[1+exp(E-E F )/k T]-1补充习题：1.为什么锗半导体材料最先得到应用，而现在的半导体材料却大都采用硅半导体？答：锗比较容易提纯，所以最初发明的半导体三极管是锗制成的。

但是，锗的禁带宽度（0.67 ev）大约是硅的禁带宽度（1.11 ev）的一半，所以硅的电阻率比锗大，而且在较宽的能带中能够更加有效的设置杂质能级，所以后来硅半导体逐渐取代了锗半导体。