真空光速不变性原理的解释
问题导引：为什么光速c刚好是299792458m/s？
史蒂文·温伯格曾经说过：“我对基础物理学的进步的想法是，能带领我们更接近一种能够以自然的和统一的方式解释所有物理现象的简单理论.”英国科学哲学家波普尔主张，任何科学理论都是试探性的、暂时的、猜测的，它们是不能够被证明的，但是可以被证伪的.按照霍金的理解就是：如果理论只是假设意义上讲，任何物理理论总是临时性的，你永远不可能讲它证明…….一个好的的理论的特征：它能够给出许多原则上可以被观测所否定或所证伪的语言.
（一）爱因斯坦对于光速不变性原理的解释爱因斯坦在给达文波特的信中说：“在我本人的思想发展中，迈克尔孙的结果并没有引起很大的反响.”爱因斯坦认为：真空中光的传播定律必须由一个能与相对性原理一致的较为复杂的原则取代；这是因为相对性原理自然而简单并且在人们的思想中具有很大的说服力；但是，理论物理学的发展说明了我们不该遵循这一途径.他认为新的理论应该与电动力学的理论协调起来.于是，他较深入的分析了时间和空间的物理概念，让人们看到相对性原理和光的传播定律（真空中光速恒定定律）没有丝毫的抵触之处.这样他完成了他的狭义相对论，光也就有了新的参考原则.爱因斯坦在他的《狭义与广义相对论浅说》中说：“在物理学中几乎没有比真空中光的传播定律更简单的定律了.学校里的每个儿童都知道，或者相信他知道，光在真空中沿直线以速度千米每秒传播.无论如何我们非常精确地知道，这个速度对于所有各色光线都是一样的.因为如果不是这样，则当一颗恒星为其邻近的黑暗星体所掩食时，其各色光线的最小发射值就不会同时被看到.荷兰天文学家德西特根据对双星的观察，也以相似的理由指出，光的传播速度不能依赖于发光物体的运动速度.”爱因斯坦在1952年第十五版本的《狭义和广义相对论浅说》中仍然如是说，“我们可以假定关于光（在真空中）的速度c是恒定的，这一简单的定律已有充分的理由为学校里的儿童所确信.谁会想到这个简单的定律竟会使思想周密的物理学家陷入智力上的极大困难呢？”
二十世纪末，在天文和微观的实验中都发现了一些现象，光速不变原理的经典解释遇到困难，关于此问题的理论探讨也很活跃，我国科学家在这个问题上也一直进行着摸索，物理学可以使用假设,并在假设的基础上建立理论,然而用实验检验其非假设成果的正确性,进而间接验证假设的正确性.之所以这样做,是因为在假设时代,该现象还得不到合理的解释,这说明假设的现象比当时物理能解释的东西更基本.因此,如能在以后对假设作出科学的解释,就是对物理学的重大突破. 自从相对论发表以来，对它的争议就没有停止过.但相对论以其
完美的数学表达形式和广泛的实验论证，已经被许多人接受.攻击相对论的人只能找到一些相对论不能解释的物理现象来证明它的局限性，而不能从根本上否定它.叫喊声一直不停的主要原因，是光速恒定的公设.没有人能够从理论上找到光速不变的原因，但对这一实测的结果心存不甘，因为它是伟大的相对论的基础条件.
他在1922年就真空光速不变原理写道：“相对论常遭指责，说它未加论证就把光的传播放在中心理论的地位，以光的传播定律作为时间概念的基础.然而情形大致如下：为丁赋予时间概念以物理意义，需要某种能建立不同地点之间的关系的过程.为这样的时间定义，究竟选择哪一种过程是无关重要的.可是为了理论只选用那种已有某些肯定解的过程是有好处的.由于麦克斯韦与洛伦兹的研究之赐，和任何其他考虑的过程相比，我们对于光在真空中的传播是了解得更清楚的”.爱因斯坦著《相对论》47页“1、7 光的传播定律与相对性原理的表面抵触”，“在此种抵触下，似乎除了放弃相对性原理或真空中光的传播的简单定律外，我们别无他法.但保留相对性原理是仔细阅读上述论述的读者几乎一致的意见.这是因为如此自然而简单的相对性原理给予人们很大的说服力，因而真空中光的传播定律就必须由一个能与相对论原理一致的比较复杂的定律所取代.然而，理论物理学的发展使我们不必继续这个进程.经典电子论的创立者、具有划时代意义的H-A-洛伦兹对于与运动物体相关的电动力学领域中无可争辩的经验产生出关于电磁现象的一个理论，而又有该理论必然推出了真空中光速恒定定律理论.因此，尽管没有任何实验数据表明有与相对性原理相抵触之处，但许多著名的理论物理学家对相性原理还是比较倾向于舍弃的观点.相对论就是在这个关头出现的.由于以时间和空间物理概念的分析，相对性原理因而就与光的传播定律没有丝毫的抵触之处.”如果麦克斯韦方程正确，而且满足相对性原理，那么可以证明光速不变是正确的，但在爱因斯坦提出狭义相对论的时候还不知道麦克斯韦方程是否正确，于是才把光速不变作为基本假设.
（二）、现代物理学对于光速不变性原理的解释在量子力学中可以看到，如果光子的静止质量为零那么光速不变是正确的，前面已经分析了光子只具有电磁质量，没有引力质量，因此光速不变性原理也是正确的.
厄瓦耳(Ewald1912)和俄辛(Oseen1915)的消光定理（Extinction theoremof）认为：“不管光离开其光源时速率多大，由于媒质的介入，一个新的扰动来替代他，这个扰动的频率与光源光频率相同，但却以媒质的特征相速度来传播.这时，对媒质的光学性质进行修正以后，相对于媒质静止的观测者测得的光速都将等于这种媒质中的光速，使得源的运动和光相对于源的速率无关.”张元仲先生在《狭义相对论实验基础》一书中对各种检验光速不变
性的实验进行了分析，结论是：“在实验中依靠光信号较钟，将会把可能的光速方向性效应抵消掉，……各种检验光速不变性的实验都只证明了回路光速的不变性，并没有证明单向光速的不变性.因此，通常所说的‘光速不变原理已为实验所证实’是不确切的.”
水中光速c/n、雷达波延迟、GPS、Sagnac……，越来越多的实验证明：真空中引力场与光速的关系密切.光的速度与光源运动无关，不能认为运动的物体带动周围的ether.Galileo相对性原理和经典 transformation可以应用于力学现象，但是不能用于光电现象的原因在于它们是奠定在绝对space-time观的基础上研究引力质量问题的，光子与中微子没有相互作用，ether不影响光速，光子与引力场没有相互作用.狭义相对论的假设是正确的.实物运动时，能且只能带动属于它自身的万有引力场和电磁场.这一情况，同有关的实验结果是一致的.光行差现象显示，以太未被地球拖曳.这是因为，传播遥远恒星的引力场，主要是恒星间的引力场，地球的运行，对于绝对时空的影响微不足道；斐索实验的结果是以太要部分地被水流曳行.其实质是，水在流动时会带动属于它自身的场，而不会带动地球的引力场.
近百年来，人们对麦克耳逊——Moley实验、Maxwell方程以及群论上的公理证明对真空光速不变性原理进行质疑，但是都没有取得实际的实验结果，说明了真空光速不变性原理的正确，也说明光只具有电磁质量.
广义相对论和狭义相对论的最大不同，在于对于真空绝对速度C（真空绝对速度和一般所言的“电磁波真空波速”不是一个概念，只不过后者在数学上恰好等于前者而已）只能在局部观测者上定义.也就是说，狭义相对论可以定义一个全局观测者，而在广义相对论中只能使用局部观测者，而参照系的选择就体现了观测者的选择（两者还不完全相同）.在广义相对论中，从始至终所说的是：在局部观测者自己看来，自己所在位置的电磁波的真空光速等于真空绝对速度C，这才是广义相对论中对于光速所说的全部内容，不要将狭义相对论和广义相对论混淆.在非本地观测者看来，自己所在位置以外的别的地方的光速完全可以不是光速，这是广义相对论的一个很常见的结果.
由于光子只具有电磁质量，它在度量空间（相对空间）里运动电磁质量不变，引力质量与电磁质量之间没有相互作用，频率与波长不变，所以光速为定值.由于光子的引力质量为0，因此引力场与electromagnetic field的速度相同.如果认为引力场的传播速度是由激发它的物体的引力质量决定，那么根据伽利略对于两个铁球同时落地的推理可以得出引力场的传播速度是定值，因此物理学中的真空光速不变性原理是指在仅有引力场的条件下，是有引力场的运动速度决定的，而在电磁场中光速是可变的，例如在介质中光速小于C，这也符
合相对绝对论的观点.
1902-1904年，密勒和莫雷在地表用更精密的仪器做迈克尔逊-莫雷实验，实验结果比1887年迈克尔逊和莫雷所得更接近于零.后来，密勒超出了地表空间，得到了不同寻常的结果.到了1921年,密勒把迈克尔逊-莫雷实验装置安在威尔逊山上进行，所用方法和以前一样，但实验发现有10Km/s的正效应，也就是说光相对于地球在以10Km/s的速度做漂移运动.为了证实这一点，他采取了多种措施，包括撤换铁磁材料，用水泥座代替钢架，用铜、铝代替钢铁；将光源隔开，以防温度变化；并采用不同的光源；甚至故意用电炉加热以试验温度的影响等等……密勒还是得出确切的结论——光相对于地球在以10Km/s的速度做漂移运动. ——摘自《著名经典物理实验》郭奕玲、沈慧君，北京科学技术出版社. 密勒——担任过美国全国物理学会的主席，是美国科学院院士.但是，他自己不能很好地解释着个实验，后来很多人在地表又做迈克尔逊-莫雷实验进一步得到的都是零结果,不同的实验结果空间高度不同.笔者认为这是由于地磁场的存在影响的结
果.
有人假设光波和声波一样，需要介质传播（如以太）.那么，设光线的频率为K，光源相对介质的速度为V，观测者相对介质的速度为U，则有：K`=K[（1-U/C）/（1-V/C）]，对上式的1/（1-V）用二项式展开得：K`=K（1-U/C）（1+V/C +V2/C2+V3/C3 +……），设M= V2/C2+V3/C3 +……，对上式整理如下： K`=K（1-U/C）（1+V/C +M）=K（1-U/C）（1+V/C）+KM =K[1-（U-V）/C]-K[UV/C2+M]，通过上面的数学推导，我们得到光多普勒效应公式为：K`=K[1-（U-V）/C] +K[-UV/C2+ V2/C2+V3/C3 +……]，分析如下：由设顶的条件我们可知，（U-V）是我们相对光源的速度，是我们可知的.因此，在上面公式中，前面的频移部分K[1-（U-V）/C]，与V和U是无关的.后面的频移部分K[-UV/C2+
V2/C2+V3/C3 +……]，是与U、V有关的.这样我们通过不同的相对速度实验，就应该得到的频移，检验出U、V的存在.实际情况是：实验结果的频移是一致的.当然，由于后面的频移部分是值很小的1/C高次项，对实验的精度要求很高.所以，实验结果的一致，并不完全可信.但随着实验精度的提高，这个问题是可以解决的.光的多普勒效应结果，已经经过无数次的天体观测和地面实验，没有发现任何与光源相对介质的速度、观测者相对介质的速度有关的数据.光速与介电系数及磁导率有关，声速与介质密度与弹性系数有关，光速与声速两者的确有可比性，因此这个“用声速代替光速”论诘难已经被无数人提出过.理由有三：
1)声波波动方程满足Galileo不变性，但电磁波波动方程不满足Galileo不变性，所以两者不具有完全可比性.既然声波波动方程满足Galileo不变性，所以从逻辑上讲，不存在提出“声速不变原理”的必要性；2）作为潜在的研究，可以允许你去提出“声速不变原理”及以此为基础的“声速相对论”，但基于“声速不变原理”所提出的动力学理论结果明显与实验违背；3）“光速不变原理”尽管在相对论发展历史上具有重要意义，但其实它是完全不必要的.几十年来，已经有很多人指出（见下面的文献），“光速不变原理”应该是相对性原理的一个推论，而不是出发点（基本假定）.这里，“光速不变原理”以一个推论“必然存在一个不变速度，它在时空变换下不变”的面貌出现.
波的传播速度决定于媒质的特性，对于弹性波来说，波的速度决定于媒质的惯性和弹性.液体和气体只有容变弹性，在液体和气体内部只能传播与容变有关的弹性纵波.现有理论证
明在液体和气体中纵波的传播速度为C=
B
ρ
（纵波），式中B是媒质的容变弹性模
量，ρ是媒质的密度.固体中能够产生切变、容变、长变等各种弹性形变，所以固体中既能传播与切变有关的横波，又能传播与容变或长变有关的纵波.在固体中，横波速度
C=
G
ρ
，纵波速度C=
Y
ρ
，式中G和Y分别为媒质的切变弹性模量和杨氏弹性模量. 附录1：科学家首次成功地将一个光脉冲“冻住”了足足1秒钟的时间，这是以前最好
成绩的1000倍.将冻住光束的时间大大延长，意味着可能据此找到实用方法，来制造光计算机或量子计算机用的存储设备.要使光停住脚步，需要一种特殊的陷阱，其中的原子温度极低，几乎静止，以至于每个原子都有着同样的量子态.通常情况下，这样一团冻结的原子是不透明的，但仔细校准后的激光能够在其中“切割”出一条通道，使得一个光脉冲从另一方向传播过来时，陷阱相对于它来说是透明的.一旦切断激光，陷阱立刻又变得不透明，光脉
冲就被困在陷阱里了.恢复激光照射，光脉冲将继续传播.陷阱的秘密在于，它并不是普通陷阱困住物体那样困住光线，而是通过建立“量子冲突”(quantum conflict)来保存住光脉冲的信息.激光和光脉冲对原子的作用是相反的，导致原子发生“纠缠”，处于两种量子态的混合状态.切断激光时，原子吸收光脉冲，但光脉冲并没有丢失，原子仍然纠缠在不同量子态中，光脉冲的信息给它们留下了印记.只要原子不移动或改变，就能完全保有光脉冲的信息.以前的光陷阱只能坚持约1毫秒，随后就由于原子的移动而崩溃了.澳大利亚国立大学的物理学家Jevon Longdell 及其同事利用掺有稀土元素镨的硅酸盐晶体，制造出一个“超级光陷阱”.由于晶体是固态的，而镨的磁稳定性非常好，这个陷阱保留光脉冲信息的时间比气体陷阱或不够稳定的晶体陷阱要长得多.科学家在8月5日的《物理评论通报》(PRL)上报告了这一成果.
附录2：中国科学家获得引力场以光速传播首个观测证据
2012年12月26日下午，“引力场以光速传播的观测证据”新闻发布会在京举行.中国科学家在发布会上宣布，获得了“引力场以光速传播的第一个观测证据”.
由中国科学院地质与地球物理研究所汤克云研究员领导，中国地震局和中国科学院大学有关人员参加的科学团组，经过十多年的持续探索，在实施了多次日食期间的固体潮观测后，发现现行地球固体潮公式实际上暗含着引力场以光速传播的假定，从而提出了用固体潮测量引力传播速度的方法. “Observational evidences for the speed of the gravity based on the Earth tide” 一文报道了利用西藏和新疆高质量地球固体潮数据测定引力传播速度的结果，即将发表于《科学通报》英文版.
近年来，中国科学院地质与地球物理研究所汤克云研究员及其团组先后实施了1997年漠河日全食观测、2001年赞比亚日全食观测、2002年澳大利亚日全食观测、2008年嘉峪关日全食观测、2009年上海-杭州-湖州日全食观测和2010年云南大理日环食观测，主要是重力固体潮观测.在多次的“日全食期间的重力观测”后该团组发现：“现今固体潮理论公式中隐含着引力场以光速传播的假定”，进而导出了引力传播速度方程，找到了求解引力场速度的有效方法；选择远离太平洋、大西洋、印度洋和北冰洋的西藏狮泉河站和新疆乌什站的固体潮数据作粘弹性滞后校正后，代入引力传播速度方程，获得了“引力场以光速传播的第一个观测证据”.历年来这项研究分别得到了国家科技部、国家基金委、中国科学院、中国地震局的支持.该项原始创新成果，对于引力场的理论和实验研究具有重要意义.
不变性 光线以30万公里/秒的速度在真空里传播。当它遇到障碍物的时候，会在障碍物表面进行反射。假如障碍物表面凹凸不平，光线就会进行漫反射；假如障碍物表面异常光滑，光线就会进行镜面反射。拿镜面反射为例。当一束光线照射到镜面后，马上会在镜面处反折并沿着另外一个方向反射回去。这种镜面反射符合以下几个基本规律：一是反射角等于入射角；二是入射光线与反射光线在同一平面内；三是入射光线和反射光线分别位于法线（过入射点始终垂直于镜面的虚拟直线）两侧。透过镜面反射的这三个规律，可以很容易使我们联想到现实中存在的一些事例。比如一个运动着的乒乓球碰到墙壁后反弹的例子。乒乓球遇到墙壁反弹与光线遇到镜面反射这两种现象非常相似。那么这就很容易使我们联想到，组成光线的光子在遇到镜面后会像乒乓球遇到墙壁一样反弹了回来。事实真的是如此吗？众所周知，乒乓球遇到墙壁的一瞬间，球体会在墙壁的阻碍下发生形变，其速度会逐渐变慢并最终趋近于零，然后乒乓球会在恢复形变的过程中远离墙壁，其速度也会逐渐的增加并最终接近于撞击墙壁前的速度。我们回过头来再看光子。假如光子与乒乓球撞击墙壁的原理一样，那么光子会是怎样一种情形呢？首先光子必须是圆球状，不能是椭圆状也不能是有棱角的其它物体形状。其次是光子必须有弹性，且弹性可以恢复。再其次光子不能够有自旋，因为一旦有自旋其入射角就不会等于反射角。最后光子速度可变，光子遇到镜面后速度会逐渐变慢并趋近于零，然后在反射中光子再从速度零逐渐恢复到光速。针对第一点，由于光子是属于量子级别的点粒子，其形状如何我们观察不到更不得而知，因此第一点光子是否属于球状我们无法确定。但是假如把镜面放大到光子级别，我们就会发现镜面其实是凹凸不平的。所以光子在镜面如乒乓球般反弹是不可能的事情。第二点光子假如有弹性，其必然是可以继续分割的。但由于光子属于量子级别的点粒子，量子即是不可再分的物质了。那么光子也可以看做是不可再分的物质。那么这第二点光子是否有弹性，我们认为是不可能的。第三点，光子是否有自旋呢？量子力学里已经证明了微观世界的物质都存在自旋，所以光子有自旋也是可以肯定的事情了。那么第三点也是错误的。最后一点也就是第四点，爱因斯坦的“相对论”里已经说明了光速是不变的，所以这一点也是错误的。那么总结上面所说的，满足光子镜面反射与乒乓球撞墙反弹情况相同的四种条件都是错误的，那么说明了光子镜面反射并非是与乒乓球撞墙反弹一样的情形。那么既然这两种情形不同，光子镜面反射究竟是怎么一种情况呢？在光速保持不变的情形下，光子是如何在镜面“拐弯”的呢？ 在回答这个问题之前，我们先来看下自然界的一种现象。比如一辆在公路上高速行驶的汽车。当这辆高速行驶的汽车遇到弯路时，如何做到既改变了行驶的方向而又不减速呢？那么唯一的方式就是，高速行驶的汽车在拐弯处要驶出一道弧线。全世界所有的公路，在拐弯处都要修成弧形而不会修成直角形便是这个道理。现在回过头来再看光线的镜面反射。光子到达镜面后，如果既要改变方向又要保持光速不变，那么唯一可以做到的方式就是，光子在与镜面的接触过程中必须划出一道弧线。而且这弧形要划的“恰到好处”，即入射光线与反射光线要具有对称性。 讲到这里我们就必须要解释一下，光子为什么在接触到镜面的时候，会产生一个弧形的运动轨迹。要解释这个问题我们必须引入一个物理界从来不曾有过的量，而这个量我把它称之为“旋转系统”。 如果让我们找出宏观世界与微观世界最为相似的地方，那么我们会找哪里呢？对于宏观世界来说，比如宇宙中的太阳，我们会发现一个规律。那就是以太阳为主体的，其它星球围
华中科技大学 二O O 五招收硕士研究生入学考试试题 考试科目：材料成形原理 适用专业：材料加工工程 (除画图题外，所有答案都必须写在答题纸上，写在试 题上及草稿纸上无效，考完后试题随答题纸交回) 试卷编号：416 共 3 页 第 1 页 姓名： 报考学科、专业： 准考证号码： 密封线内不要写题 注意：本试卷分A 、B 、C 、D 四部分，其中A 卷为必作题卷，B 、C 、D 卷为选作题卷(任选其中一卷)，各卷满分为75分，总分150分。 例如：A 卷(75分)＋B 卷(75分)＝150分；或：A 卷(75分)＋C 卷(75分)＝150分 或：A 卷(75分)＋D 卷(75分)＝150分。 A 卷(75分) 一、名词解释(2×5＝10分) 1.非均质形核；2.成分过冷；3.定向凝固；4.反应性气孔；5.带状偏析 二、简述题(8×5＝40分) 1.影响液态金属界面张力的主要因素是什么？ 2.单相合金平面生长的条件是什么？ 3.防止凝固组织产生缩孔缩松的途径主要有哪几种？ 4.为什么使用碱性焊条比酸性焊条对工件表面铁锈（FeO ?nH 2O ）更敏感？ 5.如何消除焊件内部的残余应力？ 6.熔焊接头和钎焊接头在连接机理上有何区别？ 7.焊接工艺参数（有效热功率q 和焊接速度v ）对低碳钢薄板焊接（平对接焊缝）的温度场有何影响？ 8.低碳钢焊缝的室温组织是什么？
试卷编号：416 共 3 页 三、(6分) 何谓一阶张量？何谓二阶张量？ 四、(6分) 何谓塑性指标，它是否具有普遍与绝对的意义？ 五、(6分) 试写出计算摩擦应力的两个常用公式。 六、(7分) 在金属塑性加工的理论分析中，常将实际的金属材料分成哪几种材料模型？并画出对应的真实应力－应变曲线的示意图。 B 卷(75分) 焊 接 (分析计算题) 一、(20分) 已知焊条药皮质量系数为0.4，焊丝含Mn 量为9%，其过渡系数为0.8， 母材含Mn 量为1.5%，熔合比为0.2。要求焊缝中Mn ≥12%以确保其耐磨性能，药皮中要加入多少含Mn 量为75%的锰铁合金粉？ 二、(20分) 在焊接工艺中，合金化的目的是什么？常采用哪几种合金化方式？ 三、(20分) 16Mn 焊接HAZ 的组织区域有哪几种？分别分析它们的形成条件。 四、(15分) 焊缝金属中，氢的影响主要体现在哪几个方面？如何减少焊缝金属中 氢的含量？ C 卷(75分) 金属塑性成形力学 一、(21分) 试从等效应力σ的定义式出发，证明： ''32ij ij σσσ= 式中，'ij σ是应力偏张量。 二、(33分) 设有薄壁圆筒，半径为r ，两端面是半径为r 的薄壁半球壳，设壁厚全部为t<
1、凝固原则分为同时凝固和顺序凝固两种。 2、定向凝固技术中的最重要的两个工艺参数分别为温度梯度和抽拉速度。 3、从原子尺度看，合金固-液界面的微观结构可分为两大类，即粗糙界面和光滑界面。 4、铸件中的气孔分为析出性和反应性气孔。 5、通过激冷法和深过冷两种途径可实现合金的快速凝固。 6、铸件内部柱状晶区的范围取决于稳定凝固壳层和内部等轴晶区的出现。 1．液态金属本身的流动能力主要由液态金属的成分、温度和杂质含量等决定。 2．液态金属或合金凝固的驱动力由过冷度提供。 3．晶体的宏观生长方式取决于固液界面前沿液相中的温度梯度，当温度梯度为正时，晶体的宏观生长方式为平面长大方式，当温度梯度为负时，晶体的宏观生长方式为树枝晶长大方式。 5．液态金属凝固过程中的液体流动主要包括自然对流和强迫对流。 6．液态金属凝固时由热扩散引起的过冷称为热过冷。 7．铸件宏观凝固组织一般包括表层细晶粒区、中间柱状晶区和内部等轴晶区三个不同形态的晶区。 8．内应力按其产生的原因可分为热应力、相变应力和机械应力三种。 9．铸造金属或合金从浇铸温度冷却到室温一般要经历液态收缩、凝固收缩和固态收缩三个收缩阶段。 10．铸件中的成分偏析按范围大小可分为微观偏析和宏观偏析二大类。 2．晶体结晶时，有时会以枝晶生长方式进行，此时固液界面前液体中的温度梯度为负。3．灰铸铁凝固时，其收缩量远小于白口铁或钢，其原因在于碳的石墨化膨胀作用。 4.孕育和变质处理是控制金属（或合金）铸态组织的主要方法，两者的主要区别在于孕育主 要影响生核过程，而变质则主要改变晶体生长方式。 5．液态金属成形过程中在固相线附近产生的裂纹称为热裂纹，而在室温附近产生的裂纹称为冷裂纹。 9．铸件凝固方式有逐层凝固、体积凝固、中间凝固，其中逐层凝固方式容易产生集中性缩孔，一般采用同时凝固原则可以消除；体积凝固方式易产生分散性缩松，采用顺序凝固原则可以消除此缺陷。 10．金属塑性加工就是在外力作用下使金属产生塑性变形加工方法。 11．塑性反映了材料产生塑性变形的能力，可以用最大变形程度来表示。 12．塑性变形时，由于外力所作的功转化为热能，从而使物体的温度升高的现象称为温度效应。 13．在完全不产生回复和再结晶温度以下进行的塑性变形称为冷变形。 14．多晶体塑性变形时，除了晶内的滑移和产生，还包括晶界的滑动和转动。 15．单位面积上的内力称为应力。 16．物体在变形时，如果只在一个平面内产生变形，在这个平面称为塑性流平面。 17．细晶超塑性时要求其组织超细化、等轴化和稳定化。 1、凝固区域的补缩边界：凝固区域中固相占优势的固液部分中两个带的边界叫补缩边界 2、液固相变驱动力：液相和固相两相自由能之差称为相变驱动力 3、热应力：铸件在凝固和其后的冷却过程中，由于各部分冷却速度不同，造成同一时刻收缩量的不一致，导致内部彼此制约而产生的应力 4、成分过冷：由溶质再分配导致界面前方熔体成分及其凝固温度发生变化而引起的过冷度称为成分过冷 5．晶体择优生长：在树枝晶生长过程中，那些与热流方向相平行的枝晶较之取向不利的相邻枝晶会生长得更为迅速，其优先向内伸展并抑制相邻枝晶的生长，这种相互竞争淘汰的晶体生长过程称为晶体的择优生长。 6．定向凝固原则：定向凝固原则是采取各种措施，保证铸件结构上各部分按距离冒口的距离由远及近，朝冒口方向凝固，冒口本身最后凝固。 7．灰铸铁的“自补缩能力”：灰铸铁共晶团中的片状石墨，与枝晶间的共晶液体直接接触，片状石墨长大时产生的体积膨胀大部分作用在所接触的晶间液体上，迫使液体通过枝晶间通
(, ) 光速不变假设是狭义相对论和广义相对论地最基本前提之一，也是反对相对论者和支持相对论者地热点话题之一.因为光速不变原理至今还是一个有待证实地假说，本文围绕着这个假设，讨论光速不变假设在理论和实验上得到地支持.个人收集整理勿做商业用途 爱因斯坦年月发表在德国《物理学年鉴》上地那篇著名地相对论论文《论动体地电动力学》，提到光速问题地话[]：个人收集整理勿做商业用途“光在空虚空间里总是以一确定地速度传播着，这速度同发射体地运动状态无关.” “下面地考虑是以相对性原理和光速不变原理为依据地，这两条原理我们定义如下： . 物理体系地状态据以变化地定律，同描述这些状态变化时所参照地坐标系究竟是两个在互相匀速平行移动着地坐标系中地哪一个并无关系. 个人收集整理勿做商业用途 . 任何光线在‘静止地’坐标系中都是以确定地速度运动着，不管这道光线是由静止地还是运动地物体发射出来地.” 个人收集整理勿做商业用途 根据这篇论文和现代物理学进展，可以了解到： 光速不变假设是指：光在真空中地速度是恒定地，它不依赖于发光物体地运动速度.而光速不变原理是指：真空中地光速对任何观察者来说都是相同地.光速不变原理和光速不变假设有所区别，它是结合相对性原理和光速不变假设地一种表述.个人收集整理勿做商业用途 一、光速不变假设产生地时代背景 爱因斯坦在他１６岁时地中学时代，就产生了一个“追光”思想实验，即如果他以光速去追赶一束光，会是什么情形呢？后来，爱因斯坦认为这种情形是一个悖论，他描述为：如果他以速度Ｃ（真空中地光速）追随一条光线，那么他就应该看到，这样一条光线虽然在空间里振荡，却象一条停滞不前地电磁场.可是，无论是依据经验，还是按照麦克斯韦方程，这样地事情都不可能发生.只要时间或同时性地绝对性这条公理不知不觉地留在人们地潜意识里，那么任何想要令人满意地澄清这个悖论地尝试，都注定要失败[].个人收集整理勿做商业用途 这是一个逻辑思考，并不牵涉许多其它高深概念.这个悖论并不是想了解真实地光是如何运动地，而是思考：假设光速运动时，既要符合牛顿力学（被认为是与我们地经验事实或感知相近地力学理论），又要符合电磁力学地观点.个人收集整理勿做商业用途 牛顿力学理论认为空间和时间（或同时性）是绝对地，“观察”是瞬间地，观察者和被观察者对同一事件地发生都有着一个绝对地同时；任何相同相向速度地运动物体，它们之间地关系就是相对静止地.那么，在牛顿力学理论地概念下，与光速一样速度运动地人就会同时“看到”停滞不前地光；但根据麦克斯韦地电磁场理论，光是一种电磁波，光速是以连续不间断地电磁波形式在电磁场中传递；也就是在任何情况下，电磁场（波）是连续地，而不能是静止地，电磁波一旦产生，就以有限速度地恒定值光速传播.这就是说，要么光静止，要么以光速运动，不能同时存在，牛顿力学和电磁力学在这个悖论上产生矛盾.个人收集整理勿做商业用途从这个逻辑思考中，比较牛顿力学和电磁力学地观点，基于电动力学地精度超过牛顿力学几个数量级，有理由认为电磁力学对光速地解释会更加合理些，更能够真实地反映客观世界.爱因斯坦基于他描述地悖论地思考，放弃了牛顿力学中时间
第一节了解即可，没有出过题。 第二节 1. 纯金属的液态结构（11 页第三段） 2. 实际金属的液态结构（11 页第四段第五行，从“因此，实际液态金 属-----”到段末） 3. 名词解释温度起伏，结构起伏，能量起伏（11 页三、四段中） 4. 13 页第一段“X 射线衍射-----” 第三节 5. 影响液态金属粘度的因素（14 页） （1）化学成分，难熔化合物的液体粘度较高，熔点低的共晶成分合金粘度低 （2）温度，液体金属的粘度随温度的升高而降低。 （3）非金属夹杂物，非金属夹杂物使液态金属粘度增加 6. 粘度在材料成形过程中的意义 （1）对液态金属净化的影响 （2）对液态合金流动阻力的影响 （3）对凝固过程中对流的影响 7. 名词解释，表面张力（15 页最下面一句“总之，一小部分---”） 8. 表面张力产生的原因，（16 页第一段） 9. 衡量界面张力的参数（16 页第五段及第六段） 10. 影响表面张力的因素（见2005 年A 卷二大题1 小题） 第四节 11．流变铸造及特点（21 页第一段“即使固相体积分数达到---”至最后，及21 页最后一段，22 页第一段） 12．半固态金属表观粘度的影响因素（21 页2 3 4 段）
1. 铸造概念（22 页第一段第一句） 第一节 2. 液态金属充型能力和流动性有何本质区别（见2006 年A 卷第2 题） 3. 两种金属停止流动机理 （1）纯金属和窄结晶温度范围合金的停止流动机理（22 页最后一段） （2）款结晶温度范围合金停止流动机理（23 页第二三段） 4. 影响充型能力的因素及促进措施 （一）金属性质方面的因素 1．合金成分2．结晶潜热3. 金属比热容4. 液态金属粘度5. 表面张力 （二）铸型性质方面的因素 1. 铸型蓄热系数，蓄热系数越大，铸型的激冷能力就越强 2. 铸造温度 （三）浇注条件方面因素 1. 浇注温度 2. 充型压头 3. 浇注系统结构 （四）铸件结构方面因素 1. 折算厚度 2. 铸件复杂程度 （每点后最好总结一句话） 第二节 5. 金属凝固过程中的流动（第二节1、2 段） 第三节 6. 了解存在三种传热；对流传热，传导传热，辐射传热即可 7. 铸件的凝固方式及影响因素（34 页倒数第二段到36 页第一段） 第四节 8. 了解存在三种计算凝固时间的方法1 理论计算法2 平方根定律3 折算厚度法即可
第一章材料的原子结构 电负性：元素获得或吸引电子的相对倾向。 电离势：从孤立的中性原子中去掉一个电子所需的能量。 电子亲合力：孤立的中性负电性原子得到一个电子所释放出的能量。 能量最低原理：电子的排布总是尽可能的使体系的能量最低。 Pauli不相容原理：在一个原子中不可能有运动状态完全相同的两个电子，即不可能有四个量子数都相同的两个原子。 Hund规则：在同一亚层中的各个能级中，电子的排布尽可能分占不同的能级，而且自旋方向相同。 元素周期律：元素的外层电子结构随着原子序数（核中带正电荷的质子数）的递增而呈周期性的变化规律。 金属键：由金属中的自由电子与金属正离子相互作用所构成键合。 离子键：金属原子自己最外层的价电子给予非金属原子，使自己成为带正电的正离子，而非金属得到价电子后使自己成为带负电的负离子，这样正负离子靠它们之间的静电引力结合在一起。 共价键：由两个或多个电负性相差不大的原子间通过共用电子对而形成的化学键。 范德华力：借助微弱的、瞬时的电偶极矩的感应作用将原来具有稳定的原子结构的原子或分子结合为一体的键合。 氢键：由氢原子同时与两个电负性相差很大而原子半径较小的原子（O，F，N等）相结合而产生的具有比一般次价键大的键力。 杨氏模量：材料在弹性变形阶段，其应力和应变成正比例关系（即符合胡克定律），其比例系数称为杨氏模量。 线膨胀系数：固体物质的温度每改变1℃时，其长度的变化和它在0℃时长度之比。 交联：线型或支链型高分子链间以共价键连接成网状或体形高分子的过程。 配位数：晶体中任一原子周围最近邻且等距离的原子数。 第二章材料的晶态结构 晶体：在原子排列上是短程和长程都有序，即原子按照特定的方式在三维空间内呈周期性规则排列。 晶体结构：晶体中原子（分子或离子）在三维空间的具体排列方式。 空间点阵：指由几何点在三维空间作周期性的规则排列所形成的三维排列。 阵点、结点：构成空间点阵的每个点。 晶体结构：其类型取决于原子的结合方式，阵点的位置上可以是一个或多个实际质点或者原子团，其种类可以是无限的。 晶格：人为地将阵点用一系列相互平行的直线连接起来形成空间架格。 晶胞：构成晶格的最基本单元（晶胞选取的四条规则，三多一少）。 点阵常数：单胞的棱长。 晶面：点阵中阵点组成的面，表示原子面。 晶向：点阵中阵点的连线，表示原子列的方向。 密勒指数：由晶面指数和晶向指数组成，晶面指数表示晶面的方向，晶向指数表示晶体中点阵方向。 致密度：晶体结构中原子体积占总体积的百分数。 原子堆垛因子：在晶体结构中原子占据的体积与可利用的总体积的比率
真空光速不变性原理的解释 问题导引：为什么光速c刚好是299792458m/s？ 史蒂文·温伯格曾经说过：“我对基础物理学的进步的想法是，能带领我们更接近一种能够以自然的和统一的方式解释所有物理现象的简单理论.”英国科学哲学家波普尔主张，任何科学理论都是试探性的、暂时的、猜测的，它们是不能够被证明的，但是可以被证伪的.按照霍金的理解就是：如果理论只是假设意义上讲，任何物理理论总是临时性的，你永远不可能讲它证明…….一个好的的理论的特征：它能够给出许多原则上可以被观测所否定或所证伪的语言. （一）爱因斯坦对于光速不变性原理的解释爱因斯坦在给达文波特的信中说：“在我本人的思想发展中，迈克尔孙的结果并没有引起很大的反响.”爱因斯坦认为：真空中光的传播定律必须由一个能与相对性原理一致的较为复杂的原则取代；这是因为相对性原理自然而简单并且在人们的思想中具有很大的说服力；但是，理论物理学的发展说明了我们不该遵循这一途径.他认为新的理论应该与电动力学的理论协调起来.于是，他较深入的分析了时间和空间的物理概念，让人们看到相对性原理和光的传播定律（真空中光速恒定定律）没有丝毫的抵触之处.这样他完成了他的狭义相对论，光也就有了新的参考原则.爱因斯坦在他的《狭义与广义相对论浅说》中说：“在物理学中几乎没有比真空中光的传播定律更简单的定律了.学校里的每个儿童都知道，或者相信他知道，光在真空中沿直线以速度千米每秒传播.无论如何我们非常精确地知道，这个速度对于所有各色光线都是一样的.因为如果不是这样，则当一颗恒星为其邻近的黑暗星体所掩食时，其各色光线的最小发射值就不会同时被看到.荷兰天文学家德西特根据对双星的观察，也以相似的理由指出，光的传播速度不能依赖于发光物体的运动速度.”爱因斯坦在1952年第十五版本的《狭义和广义相对论浅说》中仍然如是说，“我们可以假定关于光（在真空中）的速度c是恒定的，这一简单的定律已有充分的理由为学校里的儿童所确信.谁会想到这个简单的定律竟会使思想周密的物理学家陷入智力上的极大困难呢？” 二十世纪末，在天文和微观的实验中都发现了一些现象，光速不变原理的经典解释遇到困难，关于此问题的理论探讨也很活跃，我国科学家在这个问题上也一直进行着摸索，物理学可以使用假设,并在假设的基础上建立理论,然而用实验检验其非假设成果的正确性,进而间接验证假设的正确性.之所以这样做,是因为在假设时代,该现象还得不到合理的解释,这说明假设的现象比当时物理能解释的东西更基本.因此,如能在以后对假设作出科学的解释,就是对物理学的重大突破. 自从相对论发表以来，对它的争议就没有停止过.但相对论以其
华中科技大学硕士研究生入学考试《材料成形原理》考试大纲 科目代码：810 第一部分考试说明 1. 本课程学习的基本目标及要求 1.1对液态成形、连接成形、固态塑性成形的基本过程有全面的较深入的理解，掌握其 基本原理和规律。 1.2了解液态金属的结构和性质；掌握液态金属凝固的基本原理，冶金处理及其对产品 性能的影响。 1.3掌握材料成形中化学冶金基本规律和缺陷的形成机理、影响因素及防止措施。 1.4掌握塑性成形过程中的应力与应变的基础理论，金属流动的基本规律及其应用。 2. 考试形式与试卷结构 2.1考试时间180分钟，采用闭卷笔试。 2.2题形为名词解释、简答题、计算题和分析论述题。 第二部分考查要点 1. 液态成形理论基础 1.1液态金属的结构和性质 ●材料的固液转变 ●液态金属的结构与分析 ●液态金属的性质 ●半固态金属的流变性及表观粘度 1.2 液态成形中的流动与传热 ●液态金属的流动性与充型能力 ●凝固过程中的液体流动 ●凝固过程中的热量传输 ●铸件的凝固时间 1.3 液态金属的凝固形核及生长方式 ●凝固热力学 ●均质形核与异质形核 ●纯金属晶体的长大方式 1.4 单相合金与多相合金的凝固 ●单相合金的凝固 ●共晶合金的凝固 ●偏晶合金与包晶合金的凝固
●对流对凝固组织的影响及半固态金属的凝固 ●金属基复合材料的凝固 1.5 铸件凝固组织的形成与控制 ●铸件宏观凝固组织的特征及形成机理 ●铸件宏观组织的控制 ●气孔与夹杂的形成机理及控制 ●缩孔与缩松的形成原理 ●化学成分的偏析 ●变形与裂纹 1.6 特殊条件下的凝固 ●快速凝固 ●定向凝固 ●非重力凝固 2. 连接成形理论基础 2.1 焊缝及其热影响区的组织和性能 ●焊接及其冶金特点 ●焊缝金属的组织与性能 ●焊接热影响区的组织与性能 2.2 成形过程的冶金反应原理 ●成形工艺中的冶金反应特点 ●液态金属与气体界面的反应 ●液态金属与熔渣的反应 ●合金化 ●工艺条件对冶金反应的影响 2.3成形缺陷的产生机理及防止措施 ●内应力 ●焊接变形 ●裂纹 ●焊缝中的气体与夹杂物 ●焊缝中的化学成分不均匀性 2.4 特种连接成形原理与方法 ●超塑成形/扩散连接 ●扩散连接技术 ●摩擦焊技术 ●微连接技术 3. 金属塑性加工力学基础 3.1 应力与应变理论 ●应力空间 ●应变空间
材料力学--名词解释与简答题及答案
材料力学—名词解释与简答题及答案 一、名词解释 1.强度极限：材料σ-ε曲线最高点对应的应力，也是试件断裂前的最大应力。 2.弹性变形：随着外力被撤消后而完全消失的变形。 3..塑性变形：外力被撤消后不能消失而残留下来的变形。 4..延伸率：δ=(l1-l)/l×100％，l为原标距长度，l1为断裂后标距长度。 5.断面收缩率：Ψ=(Ａ－Ａ1)/Ａ×100％，Ａ为试件原面积，Ａ1为试件断口处面积。 6.工作应力：杆件在载荷作用下的实际应力。 7.许用应力：各种材料本身所能安全承受的最大应力。 8.安全系数：材料的极限应力与许用应力之比。 9.正应力：沿杆的轴线方向，即轴向应力。 10.剪应力：剪切面上单位面积的内力，方向沿着剪切面。 11.挤压应力：挤压力在局部接触面上引起的压应力。 12.力矩：力与力臂的乘积称为力对点之矩，简称力矩。 13.力偶：大小相等，方向相反，作用线互相平行的一对力，称为力偶 14.内力：杆件受外力后，构件内部所引起的此部分与彼部分之间的相互作用力。 15.轴力：横截面上的内力，其作用线沿杆件轴线。 16.应力：单位面积上的内力。 17..应变：ε=Δl/l，亦称相对变形，Δl为伸长(或缩短)，l为原长。 18.合力投影定理：合力在坐标轴上的投影，等于平面汇交力系中各力在坐标轴上投影的代数和。 19.强度：构件抵抗破坏的能力。 20.刚度：构件抵抗弹性变形的能力。
21.稳定性：受压细长直杆，在载荷作用下保持其原有直线平衡状态的能力。 22.虎克定律：在轴向拉伸(或压缩)时，当杆横截面上的应力不超过某一限度时，杆的伸长(或缩短)Δl与轴力N及杆长l成正比，与横截面积Ａ成正比。 22.拉(压)杆的强度条件：拉(压)杆的实际工作应力必须小于或等于材料的许用应力。 23.剪切强度条件：为了保证受剪构件在工作时不被剪断，必须使构件剪切面上的工作应力小于或等于材料的许用剪应力。 24.挤压强度条件：为了保证构件局部受挤压处的安全，挤压应力小于或等于材料的许用挤压应力。 25.圆轴扭转强度条件：保证危险点的应力不超过材料的许用剪应力。 26.弯曲正应力强度条件：为了保证梁的安全，应使危险点的应力即梁内的最大应力不超过材料许用应力。 27.中性层：在伸长和缩短之间必有一层材料既不伸长也不缩短。这个长度不变的材料层称为中性层。 28.中性轴：中性层与横截面的交线称为中性轴。 29.塔式起重机的稳定性：起重机必须在各种不利的外载作用下，抵抗整机发生倾覆事故的能力，称为塔式起重机的整机稳定性。 30.自锁：当主动力位于摩擦锥范围内，不论主动力增加多少，正压力和磨擦力的合力与主动力始终处于平衡状态，而不会产生滑动，这种现象称为自锁。 二、简答题及答案 1.何谓“截面法”，它与静力学中的“分离体”有何区别？ 答：截面法是揭示和确定杆件内力的方法。分离体是取消约束后的实物，用以画出所受全部主动力和约束反力的受力图。 2.杆件有哪些基本变形？ 答：杆件有四种基本变形：拉伸和压缩、剪切、扭转、弯曲。 3.杆件在怎样的受力情况下才会发生拉伸(压缩)变形？
光速不变原理与光速差的概念 从麦克斯韦方程组，可以推论出光波是电磁波。根据麦克斯韦方程，我们推出 .因此我们得出光在真空中的传播速度是不变的，除非真空电容率或磁导率变化。这里说的是光速。那么光速不变，光与其他物体的运动差即速度差呢？ 一个物体速度的大小，是对自身运动大小的描述，描述的是一个物体的运动状态；运动差描述的是两个物体运动状态的差。 所谓光速，就是光的速度，在真空中，只要真空电容率或磁导率不发生变化，光速就不会发生变化。这是光自己的事情。而光速差就不同，光速差即运动差描述的是两个物体运动状态的差，描述的是光与其他物体两个物体速度的差。与光自身的性质有关，也与另一个物体的运动状态有关，另一个物体的性质有关。 由于‘运动差'与‘一个物体的运动大小'都可以用V表示，就容易造成两者的混淆。 麦克斯韦方程得出的光速不变说的是速度不变，不是光速差不变。光速差与光有光也与另一个物体有关。根据《运动认识—运动差》中，力是物体运动状态发生改变的原因，两物体的运动差发生改变，必有力作用在其中一个物体上【1】，我们得出即使光的真空电容率与磁导率不变，即光速不变，如果另一物体受到力的话，两者间的速度差也会发生变化。 我们知道物体存在于空间，运动是物体在空间的运动。只有两个物体间的空间间隔发生改变，我们才说物体（相对于参考系）是运动的。空间间隔的变化是判断物体运动的量。如果空间间隔不发生变化，我们可以说物体没有(相对)运动。空间(间隔)的变化是判断物体运动的标准。 空间间隔变化的快慢与运动差的大小有关，由运动差的大小决定。 那么相对论中光速不变说的是那种不变呢？ 根据光速不变原理，我们推出同时的相对性。在同时的相对性中，我们对光速不变原理是怎么理解的？无论对哪个参考系来说虽然光在真空中说的不变，但另一物体的运动会造成光与物体两者间空间间隔的改变。这里空间间隔的改变，在爱因斯坦说来就是同时的相对性，其实就是光速差的改变。 根据运动差的总量不变或说运动差总量守恒，我们知道光与不同运动物体间的运动差是不同的。 其实通常我们说的运动就是运动差。运动差也是才说的的运动。 参考文献：【1】《运动认识—运动差》 2013-1-22 15:32:02吴兴广随笔
《材料成形基础》试卷（A）卷 考试时间：120 分钟考试方式：半开卷学院班级姓名学号 一、填空题（每空0.5分，共20分） 1. 润湿角是衡量界面张力的标志，润湿角?≥90°，表面液体不能润湿固体；2．晶体结晶时，有时会以枝晶生长方式进行，此时固液界面前液体中的温度梯度为负。3．灰铸铁凝固时，其收缩量远小于白口铁或钢，其原因在于碳的石墨化膨胀作用。 4. 孕育和变质处理是控制金属（或合金）铸态组织的主要方法，两者的主要区别在于孕育主要影响生核过程，而变质则主要改变晶体生长方式。 5．液态金属成形过程中在固相线附近产生的裂纹称为热裂纹，而在室温附近产生的裂纹称为冷裂纹。 6．铸造合金从浇注温度冷却到室温一般要经历液态收缩、固态收缩和凝固收缩三个收缩阶段。 7．焊缝中的宏观偏析可分为层状偏析和区域偏析。 8．液态金属成形过程中在附近产生的裂纹称为热裂纹，而在附近产生的裂纹成为冷裂纹。 9．铸件凝固方式有逐层凝固、体积凝固、中间凝固，其中逐层凝固方式容易产生集中性缩孔，一般采用同时凝固原则可以消除；体积凝固方式易产生分散性缩松，采用顺序凝固原则可以消除此缺陷。 10．金属塑性加工就是在外力作用下使金属产生塑性变形加工方法。
1.12．塑性变形时，由于外力所作的功转化为热能，从而使物体的温度升高的现象称为 温度效应。 2.13．在完全不产生回复和再结晶温度以下进行的塑性变形称为冷变形。 14．多晶体塑性变形时，除了晶内的滑移和产生，还包括晶界的滑动和转动。 3.15．单位面积上的内力称为应力。 4.16．物体在变形时，如果只在一个平面内产生变形，在这个平面称为塑性流平面。17．细晶超塑性时要求其组织超细化、等轴化和稳定化。18．轧制时，变形区可以分为后滑区、中性区和前滑区三个区域。19．棒材挤压变形时，其变形过程分为填充和挤压两个阶段。20．冲裁件的切断面由圆角带、光亮带、断裂带三个部分组成。 二、判断题（在括号内打“√”或“×”，每小题0.5分，共10分）1．酸性渣一般称为长渣，碱性渣一般称为短渣，前者不适宜仰焊，后者可适用于全位置焊。(√ ) 2．低合金高强度钢焊接时，通常的焊接工艺为：采取预热、后热处理，大的线能量。( x ) 3．电弧电压增加，焊缝含氮量增加；焊接电流增加，焊缝含氮量减少。(√ ) 4．电弧电压增加时，熔池的最大深度增大；焊接电流增加，熔池的最大宽度增大。( x ) 5．在非均质生核中，外来固相凹面衬底的生核能力比凸面衬底弱。( x ) 6．液态金属导热系数越小，其相应的充型能力就越好；与此相同，铸型的导热系数越小，越有利于液态金属的充型。(√ ) 7.在K0<1的合金中，由于逆偏析，使得合金铸件表层范围内溶质的浓度分布由外向内逐渐降低。(√ ) 8. 粘度反映了原子间结合力的强弱，与熔点有共同性，难熔化合物的粘度较高，而熔点较低的共晶成分合金其粘度较熔点较高的非共晶成分合金的低。 (√ ) 9．两边是塑性区的速度间断线在速端图中为两条光滑曲线，并且两曲线的距离即为速度间断线的间断值。(√ )
1、晶界内吸附：少量杂质或合金元素在晶体内部的分布式不均匀的，偏聚于晶界合金元素或杂质元素融入基体后与晶体缺陷产生相互作用，溶质原子在内界面缺陷区的浓度超过基体中的平均浓度。 2、菲克第一定律：在单位时间内通过垂直扩散方向的单位截面积的扩散物质与该界面处的浓度梯度成正比。 3、菲克第二定律：在非稳态扩散过程中，距离X处，浓度随时间的变化率等于该处的扩散通量随距离变化率的负值。 4、上坡扩散：溶质原子从低浓度向高浓度处扩散的过程。 5、配位数：晶体结晶中任一原子周围最近且等距离的原子个数。 6、均匀形核：在母相中自发形成新相结晶核心的过程。 7、致密度：晶体结构中原子体积与占总体积的百分数。 8、蠕变：金属材料长期处于高温条件下在低于屈服点的应力作用下，缓慢而持续不断的增加材料塑性变形的过程。 9、位错：已滑移区与未滑移区的分界部分。 10、马氏体转变：同成分、不变平面切变类型的固态转变。 11、晶体：质点（原子、分子或离子）以周期性重复方式在三维空间做有规则的排列的固体。 12、形变强化：由塑性变形引起的材料强度、硬度升高的现象。 13、间隙固溶体：将外来组元引入晶体结构，占据主晶相同间隙位置的一部分，仍保持一个晶相这种固溶体。这种固溶体称为间隙固溶体。 14、空位：未被原子占据的阵点。 15、间隙扩散：扩散原子在晶体间隙间跃迁导致的扩散。 16、包晶转变：由一个固相和一个液相形成一个新固相的转变。 17、成分过冷：由成分变化和实际温度分布两个因素决定的过冷。 18、回复：冷塑性变形金属加热时，光学显微组织发生变化前亚结构的变化。 19、晶体缺陷：实际晶体结构与理想点阵结构发生偏差的区域。 20、反应扩散：伴随有反应的扩散。 21、非均匀形核：晶胚依附在其他基体表面形成核心。 22、伪共晶：共晶点附近非共晶成分的合金非平衡凝固后得到的共晶组织。 23、再结晶：由拉长的变形晶粒变为新的轴晶粒。 24、加工硬化：从机械性能上看，形变量越大形变金属的强度和硬度越高，而塑性韧性下降的现象。 25、肖脱基空位：离位原子跑到晶体表面或晶界所形成的空位。 26、全位错：柏氏矢量等于点阵矢量的位错。 27、自扩散：纯物质晶体中的扩散。 28、孪生：切应力作用下晶体的一部分相对于另一部分沿着特定的晶面、晶体学方向产生的均匀切变过程。 29、相：体系中具有相同的物理化学性质的均匀部分。 30、攀移：刃型位错除了可以在滑移面上滑移外，还可以发生垂直于滑移面的运动。 31、柏氏矢量：为了描述位错而引起的描述晶体原子位置错动的大小和方向。 32、晶带：所有相交与某一晶向直线或平行与此直线的晶面与该晶向直线一起构成一个晶带。33，枝晶偏析：一个晶粒内部出现的化学成分不均匀现象，为晶内偏析，由于一般合金的固溶体都以树枝方式结晶。 34、莱氏体：液相通过共晶转变生成的奥氏体和渗碳体组成的共晶体。 35、柯肯达尔效应：在置换固溶体中由于两组元的原子以不同速率相对扩散而引起标记面漂移的现象。 36、空间点阵：把原子或原子团按某种规律抽象成三维空间排列的点，这些有规律排列的点称为空间点阵。 37、微观偏析：是在一个晶粒范围内成分不均匀的现象。根据凝固时晶体生长形态的不同，可分为枝晶偏析、胞状偏析和晶界偏析。 38、再结晶织构：冷塑性变形的金属在再结晶后组织中形成了具有择优取向的晶粒。 40、相图：描述系统的状态温度压力与成分之间关系的一种图解。
‘真空中的光速对任何观察者来说都是相同的’如何理解？ 对于狭义相对论的一些推论，例如同时的相对性，时间的相对性，等，大家都可以根据光速不变原理推出来，但是，对于光速不变原理却是不太理解。如果观察者是运动的，那么光速应该发生改变呀？对于这一点，许多教师授课的时候，只是说光速不变，根据光速不变原理，真空中的光速对任何观察者来说都是相同的，这是由联立求解麦克斯韦方程组得到的，并为迈克尔逊—莫雷实验所证实的，所以没错的。然后根据光速不变原理推出同时的相对性，时间的相对性等。 这一章就主要讲解光速不变，为什么不变的问题。 狭义相对论的两个假设，相对性原理与光速不变假设。后来我们把光速不变假设称作光速不变原理。 我们对这两条假设的理解应该是这样的，1，相对性原理说的是光速不变，这个光速不变说的是光源的运动对光速没有影响；2，光速不变假设说的是麦克斯韦方程组得到的光速不变，即即c^2=1/(εμ)，光波的速度由真空介电常数与磁导率决定；这个光速不变也说的是光源的运动对光速没有影响。 就是说，光速不变分为相对性原理中的光速不变与麦克斯韦方程组中的光速不变。 两个光速不变是一样的吗？如果根据相对性原理中的光速不变与麦克斯韦方程组中的光速不变说的都是光源的运动对光速没有影响，所以两个光速不变是一样的，只是叫法不同。那就错了。 因为，相对性原理中的光速不变指的是光源的运动对光速没有影响，光向各个方向传播的速度依然是C。这里光源的运动对光速没有影响指的是，惯性系的运动是惯性系中所有物体所共有的，光源与惯性系一起运动，光与惯性系一起运动，或许可以这样说，光源的运动能够带动光与光源一起运动。光是从光源发出的，向各个方向的速度是 C.而麦克斯韦方程组得出的光速不变，指的是光源的运动对光速没有影响，光向各个方向传播的速度依然是C。这里光源的运动对光速没有影响指的是，光源的运动不能带动光与光源一起运动。光是从闪光的地点发出的，向各个方向的速度是C。所以这是两不同的光速不变。 相对性原理中的光速不变对应的物理现象是迈克尔逊莫雷实验，迈克尔逊莫雷实验中地球是运动的，但光速不能证明地球是运动的，因为地球的运动是地球上的物体所共有的，包括光。就是说地球带着光一起运动。麦克斯韦方程组得出的光速不变，对应的物理现象是双星现象，光行差现象，双星现象中，光源的运动对光速没有影响，光源不能带动光与光源一起运动。光行差现象中观察者的运动不能带动光与观察者一起运动。 这样，把光速不变分为两个光速不变，‘真空中的光速对任何观察者来说都是相同的’就好理解了。真空中的光速对与介质的观察者来说是静止的，这个好理解。那么对与运动的观察者来说为什么也是不变呢？ 这个运动的观察者又分为两种，1，是同时的相对性中所举例子，如果把车下的观察者看成运动的观察者，那么光速不变是根据麦克斯韦方程组得出的光速不变；如果把车上的观察者看成运动的观察者，那么光速不变是根据相对性原理中的光速不变。就是说真空中的光速对任何观察者来说都是相同的，这是根据不同的原理引出的，一个根据麦克斯韦方程组得出的光速不变，一个是根据相对性原理得出的光速不变。 根据光速不变分为麦克斯韦方程组得出的光速不变和相对性原理中得出的光速不变，我们就可以分析狭义相对论的正确与否了。 在同时的相对性中，车上的观察者认为光速不变指的是相对性原理中的光速不变；车下的观察者认为光速不变是根据麦克斯韦方程组得出的光速不变。车下的观察者如果也采用相对性原理中的光速不变，那么我们就会得出光速是可变的。就是说车下的观察者必须用麦克斯韦方程组得出的光速不变即火车的运动不能带动光一起运动，才能得出同时的相对性。而麦克
硕士研究生入学考试《材料成形原理》命题大纲 第一部分考试说明 一、考试性质 《材料成形原理》考试科目是我校为招收材料成形及控制工程、材料加工工程专业硕士研究生而设置的,由我校材料科学与工程学院命题。考试的评价标准是普通高等学校材料成形及控制工程和相近专业优秀本科毕业生能达到的及格或及格以上水平。 二、考试的学科范围 应考范围包括:焊接热源及热过程,熔池凝固及焊缝固态相变,焊接化学冶金,焊接热影响区的组织与性能,焊接缺陷与控制;金属塑性成形的物理基础,应力分析,应变分析,屈服准则,应力应变关系,变形与流动问题,塑性成形力学的工程应用。 三、评价目标 《材料成形原理》是材料成形及控制工程和相关专业重要的专业基础课。本课程考试旨在考查考生是否了解材料成形的基本过程、基本特点、基本概念和基本理论,是否掌握了材料成形的基本原理、基本规律及应用。 四、考试形式与试卷结构 (一) 答卷方式:闭卷,笔试; (二) 答题时间:180分钟; 第二部分考查要点 一、焊接热源及热过程 1、与焊接热过程相关的基本概念 2、熔焊过程温度场 3、焊接热循环 二、熔池凝固及焊缝固态相变 1、焊接熔池凝固特点 2、焊接熔池结晶形态 3、结晶组织的细化 4、焊缝金属的化学成分不均匀性 5、焊缝固态相变 6、焊缝性能的控制 三、焊接化学冶金 1、焊接化学冶金过程的特点 2、焊缝金属与气相的相互作用 3、焊缝金属与熔渣的相互作用 4、焊缝金属的脱氧与脱硫 5、合金过渡 四、焊接热影响区的组织与性能 1、焊接热循环条件下的金属组织转变特点 2、焊接热影响区的组织与性能
五、焊接缺陷与控制 1、焊缝中的夹杂与气孔 2、焊接裂纹 六、金属塑性成形的物理基础 1、冷塑性变形与热塑性变形 2、影响塑性与变形抗力的因素 七、应力分析 1、应力张量的性质 2、点的应力状态与任意斜面上的应力 3、主应力,主切应力,等效应力 4、应力球张量与偏张量 八、应变分析 1、应变张量的性质 2、工程应变、对数应变、真实应变 九、屈服准则 1、Tresca屈服准则与Mises屈服准则 2、屈服轨迹与屈服表面 十、应力应变关系 1、塑性应力应变关系 2、增量理论与全量理论 十一、变形与流动问题 1、影响变形与流动的因素 2、摩擦及其影响 十二、塑性成形力学的工程应用。 1、主应力法的应用 2、滑移线法的应用 2014试题范围：今年的真题跟去年论坛里回忆的真题考的内容有80%都不一样。还是分为必做题和选做题，必做题100分，选做题50分。必做题包括塑性和焊接，选做题塑性焊接二选一。必做题前四题是塑性，后五题为焊接。选做题中：塑性部分是三题计算题，焊接部分有五题，第一题是计算题，后四题为分析简答题。 必做题：塑性考了 1.冷塑性变形对金属组织和性能的影响。2.什么是应力偏张量，应力球张量以及它们的物理意义。 3.考了对数应变和相对应变。4.还考了塑性成形过程中的力学方程。焊接考了 1.结晶裂纹的影响因素，防治措施 2.还考了熔渣的脱氧 3.熔渣的碱度对金属氧化，脱氧等等的影响。其他的忘了，跟去年考的很不一样，好多不会。 选作题；塑性是考了三个计算题，我没注意看，反正考了利用屈服准则来计算，还考了正应力，切应力，主应力的计算。最后一题利用主应力法来计算什么，我选做题选的是焊接，