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材料结构分析习题解析材料结构分析习题解析⼀、名词解释：球差:由于电⼦透镜中⼼区域和边缘区域对电⼦会聚能⼒不同⽽使得与光轴夹⾓不同的光线交于光轴不同位置，在像平⾯上形成⼀个圆形的弥散斑。
⾊差：是电⼦能量不同，从⽽波长不⼀造成的景深：在保持像清晰的前提下，试样在物平⾯上下沿镜轴可移动的距离或者说试样超过物平⾯所允许的厚度焦深：在保持像清晰的前提下，象平⾯沿镜轴可移动的距离或者说观察屏或照相底板沿镜轴所允许的移动距离分辨率：指所能分辨开来的物⾯上两点间的最⼩距离明场成像：只让中⼼透射束穿过物镜光栏形成的衍衬像称为明场镜。
暗场成像：只让某⼀衍射束通过物镜光栏形成的衍衬像称为暗场像。
中⼼暗场像：⼊射电⼦束相对衍射晶⾯倾斜⾓，此时衍射斑将移到透镜的中⼼位置，该衍射束通过物镜光栏形成的衍衬像称为中⼼暗场成像。
衬度：试样不同部位由于对⼊射电⼦作⽤不同，经成像放⼤系统后，在显⽰装置上显⽰的强度差异。
消光距离：电⼦束强度由极⼤到极⼩再到极⼤完成⼀个周期变化沿⼊射束⽅向所经历的距离菊池花样：平⾏⼊射束经单晶⾮弹性散射失去很少的能量随后⼜与⼀组反射⾯满⾜布拉格定律发⽣弹性散射产⽣的由亮暗平⾏线对组成的⼀种花样。
衍射衬度：由于晶体薄膜的不同部位满⾜布拉格衍射条件的程度有差异以及结构振幅不同⽽形成电⼦图像反差。
双光束条件：电⼦束穿过样品后，除透射束外，只有⼀族晶⾯严格符合布拉格条件，其他⼤⼤偏离布拉格条件，结果衍射花样除了透射斑外，只有⼀个衍射斑强度较⼤，其他衍射斑强度基本忽略，这种情况为双光束条件电⼦背散射衍射：在扫描电⼦显微镜中，利⽤⾮弹性散射的背散射电⼦与晶体衍射后，在样品的背⾯得到的菊池衍射结果⼆次电⼦：⼊射电⼦轰击试样，试样表层5~50A深度内原⼦的外层电⼦受激发⽽发射出来的电⼦背散射电⼦：⼊射电⼦在试样内经过⼀次或⼏次⼤⾓度弹性散射或⾮弹性散射后离开试样表⾯的电⼦，具有较⾼的能量，可从试样较深部位射出。
⼆、简答1．透射电镜主要由⼏⼤系统构成? 各系统之间关系如何?答：四⼤系统:电⼦光学系统,真空系统,供电控制系统,附加仪器系统。
第一章一、选择题1.用来进行晶体结构分析的X射线学分支是（）A.X射线透射学；B.X射线衍射学；C.X射线光谱学；D.其它2. M层电子回迁到K层后，多余的能量放出的特征X射线称（）A.Kα；B. Kβ；C. Kγ；D. Lα。
3. 当X射线发生装置是Cu靶，滤波片应选（）A．Cu；B. Fe；C. Ni；D. Mo。
4. 当电子把所有能量都转换为X射线时，该X射线波长称（）A.短波限λ0；B. 激发限λk；C. 吸收限；D. 特征X射线5.当X射线将某物质原子的K层电子打出去后，L层电子回迁K层，多余能量将另一个L 层电子打出核外，这整个过程将产生（）（多选题）A.光电子；B. 二次荧光；C. 俄歇电子；D. （A+C）二、正误题1. 随X射线管的电压升高，λ0和λk都随之减小。
（）2. 激发限与吸收限是一回事，只是从不同角度看问题。
（）3. 经滤波后的X射线是相对的单色光。
（）4. 产生特征X射线的前提是原子内层电子被打出核外，原子处于激发状态。
（）5. 选择滤波片只要根据吸收曲线选择材料，而不需要考虑厚度。
（）三、填空题1. 当X 射线管电压超过临界电压就可以产生 X 射线和 X 射线。
2. X 射线与物质相互作用可以产生 、 、 、 、 、 、 、 。
3. 经过厚度为H 的物质后，X 射线的强度为 。
4. X 射线的本质既是 也是 ，具有 性。
5. 短波长的X 射线称 ，常用于 ；长波长的X 射线称 ，常用于 。
习题1. X 射线学有几个分支？每个分支的研究对象是什么？2. 分析下列荧光辐射产生的可能性，为什么？（1）用CuK αX 射线激发CuK α荧光辐射；（2）用CuK βX 射线激发CuK α荧光辐射；（3）用CuK αX 射线激发CuL α荧光辐射。
3. 什么叫“相干散射”、“非相干散射”、“荧光辐射”、“吸收限”、“俄歇效应”、“发射谱”、“吸收谱”？4. X 射线的本质是什么？它与可见光、紫外线等电磁波的主要区别何在？用哪些物理量描述它？5. 产生X 射线需具备什么条件？6. Ⅹ射线具有波粒二象性，其微粒性和波动性分别表现在哪些现象中？7. 计算当管电压为50 kv 时，电子在与靶碰撞时的速度与动能以及所发射的连续谱的短波限和光子的最大动能。
注： *的多少仅代表该题可能的难易程度。
第一章 X 射线物理学基础1、X 射线有什么性质，本质是什么？波长为多少？与可见光的区别。
（*）2、什么是X 射线管的管电压、管电流？它们通常采用什么单位？数值通常是多少？（*）3、X 射线管的焦点与表观焦点的区别与联系。
（*）4、X 射线有几种？产生不同X 射线的条件分别是什么？产生机理是怎样的？晶体的X 射线衍射分析中采用的是哪种X 射线？（*）5、特征X 射线，连续X 射线与X 射线衍射的关系。
（*）6、什么是同一线系的特征X 射线？不同线系的特征X 射线的波长有什么关系？同一线系的特征X 射线的波长又有什么关系？7、什么是临界激发电压？为什么存在临界激发电压？（**）8、什么是、射线？其强度与波长的关系。
什么是、射线其强度与波长的关系。
（**）αK βK 1αK 2αK 9、为什么我们通常只选用Cr 、Fe 、Co 、Ni 、Mo 、Cu 、W 等作阳极靶，产生特征X 射线的波长与阳极靶的原子序数有什么关系。
10、 什么是相干散射、非相干散射？它们各自还有什么名称？相干散射与X 射线衍射的关系。
（*）11、 短波限，吸收限，激发限如何计算？注意相互之间的区别与联系。
（**）12、 什么是X 射线的真吸收？比较X 射线的散射与各种效应。
（*）13、 什么是二次特征辐射？其与荧光辐射是同一概念吗？与特征辐射的区别是什么？（**）14、 什么是俄吸电子与俄吸效应，及与二次特征辐射的区别。
（**）15、 反冲电子、光电子和俄歇电子有何不同? （**）16、 在X 射线与物质相互作用的信号中，哪些对我们进行晶体分析有益？哪些有害？非相干散射和荧光辐射对X 射线衍射产生哪些不利影响？（**）17、 线吸收系数与质量吸收系数的意义。
并计算空气对CrK α的质量吸收系数和线吸收系数（假如空气中只有质量分数80%的氮和质量分数20%的氧，空气的密度为1.29×10-3g/cm 3）(**)18、 阳极靶与滤波片的选择原则是怎样的？（*）19、 推导出X 射线透过物质时的衰减定律,并指出各参数的物理意义。
第一章X 射线物理学基础2、若X 射线管的额定功率为1.5KW，在管电压为35KV 时，容许的最大电流是多少？答：1.5KW/35KV=0.043A。
4、为使Cu 靶的Kβ线透射系数是Kα线透射系数的1/6，求滤波片的厚度。
答：因X 光管是Cu 靶，故选择Ni 为滤片材料。
查表得：μ m α＝49.03cm2／g，μ mβ＝290cm2／g，有公式，，，故：，解得:t=8.35um t6、欲用Mo 靶X 射线管激发Cu 的荧光X 射线辐射，所需施加的最低管电压是多少？激发出的荧光辐射的波长是多少？答：eVk=hc/λVk=6.626×10-34×2.998×108/(1.602×10-19×0.71×10-10)=17.46(kv)λ 0=1.24/v(nm)=1.24/17.46(nm)=0.071(nm)其中h为普郎克常数，其值等于6.626×10-34e为电子电荷，等于1.602×10-19c故需加的最低管电压应≥17.46(kv)，所发射的荧光辐射波长是0.071纳米。
7、名词解释：相干散射、不相干散射、荧光辐射、吸收限、俄歇效应答：⑴当χ射线通过物质时，物质原子的电子在电磁场的作用下将产生受迫振动，受迫振动产生交变电磁场，其频率与入射线的频率相同，这种由于散射线与入射线的波长和频率一致，位相固定，在相同方向上各散射波符合相干条件，故称为相干散射。
⑵当χ射线经束缚力不大的电子或自由电子散射后，可以得到波长比入射χ射线长的χ射线，且波长随散射方向不同而改变，这种散射现象称为非相干散射。
⑶一个具有足够能量的χ射线光子从原子内部打出一个K 电子，当外层电子来填充K 空位时，将向外辐射K 系χ射线，这种由χ射线光子激发原子所发生的辐射过程，称荧光辐射。
或二次荧光。
⑷指χ射线通过物质时光子的能量大于或等于使物质原子激发的能量，如入射光子的能量必须等于或大于将K 电子从无穷远移至K 层时所作的功W，称此时的光子波长λ称为K 系的吸收限。
材料力学-学习指导及习题答案第一章绪论1-1 图示圆截面杆，两端承受一对方向相反、力偶矩矢量沿轴线且大小均为M的力偶作用。
试问在杆件的任一横截面m-m上存在何种内力分量，并确定其大小。
解：从横截面m-m将杆切开，横截面上存在沿轴线的内力偶矩分量M x，即扭矩，其大小等于M。
1-2 如图所示，在杆件的斜截面m-m上，任一点A处的应力p=120 MPa，其方位角θ=20°，试求该点处的正应力σ与切应力τ。
解：应力p与斜截面m-m的法线的夹角α=10°，故σ＝p cosα=120×cos10°=118.2MPaτ＝p sinα=120×sin10°=20.8MPa1-3 图示矩形截面杆，横截面上的正应力沿截面高度线性分布，截面顶边各点处的正应力均为σmax=100 MPa，底边各点处的正应力均为零。
试问杆件横截面上存在何种内力分量，并确定其大小。
图中之C点为截面形心。
解：将横截面上的正应力向截面形心C简化，得一合力和一合力偶，其力即为轴力F N=100×106×0.04×0.1/2=200×103 N =200 kN其力偶即为弯矩M z=200×(50-33.33)×10-3 =3.33 kN·m1-4 板件的变形如图中虚线所示。
试求棱边AB与AD的平均正应变及A点处直角BAD的切应变。
解：第二章轴向拉压应力2-1试计算图示各杆的轴力，并指出其最大值。
解：(a) F N AB=F, F N BC=0, F N，max=F(b) F N AB=F, F N BC=－F, F N，max=F(c) F N AB=－2 kN, F N2BC=1 kN, F N CD=3 kN, F N，max=3 kN(d) F N AB=1 kN, F N BC=－1 kN, F N，max=1 kN2-2 图示阶梯形截面杆AC，承受轴向载荷F1=200 kN与F2=100 kN，AB段的直径d1=40 mm。
第一章X 射线物理学基础第一节X 射线的性质X 射线是一种波长很短的电磁波，波长范围为0.01~10nm ，用于衍射分析的X 射线波长为0.05~0.25nm 。
X 射线一种横波，由交替变化的电场和磁场组成，具有波粒二相性。
第二节 连续X 射线谱连续谱强度分布曲线下的面积即为连续 X 射线谱的总强度，其取决于X 射线管U 、i 、Z 三个因素I 连 = K 1iZU 2 (1-4)式中，K1 是常数。
X 射线管仅产生连续谱时的效率η = I 连 / iU = K 1ZU可见， X 射线管的管电压越高、阳极靶原子序数越大，X 射线管的效率越高。
因 K1 约(1.1~1.4) 10-9，即使采用钨阳极 (Z = 74)、管电压100kV ， η=1%，效率很低。
电子击靶时大部分能量消耗使靶发热习题1.1 计算当管电压为50 kv 时，电子在与靶碰撞时的速度与动能以及所发射的连续谱的短波限和光子的最大动能。
（电子静止质量9.1X10-31 Kg ，电子电量1.602X10-19 C ）习题1.2 X 射线实验室用防护铅屏厚度通常至少为1 mm ，试计算这种铅屏对Cr K α、Mo K α辐射的透射系数各为多少？（已知ρPb =11.34 g/cm 3，注：各元素的质量吸收系数见附录B ，书本P324~325页）习题1.3 厚度为1mm 的铝片能把某单色Ⅹ射线束的强度降低为原来的23.9％，试求这种Ⅹ射线的波长。
试计算含Wc ＝0.8％，Wcr ＝4％，Ww ＝18％的高速钢对Mo K α辐射的质量吸收系数。
解题思路：复杂物质的质量吸收系数∑==n i imi m w 1μμ习题1.4 什么厚度的镍滤波片可将Cu K α辐射的强度降低至入射时的70％？如果入射X 射线束中K α和K β强度之比是5:1，滤波后的强度比是多少？已知μm α＝49.03 cm 2／g ，μm β＝290 cm 2／g 。
习题1.5 为使Cu K α线的强度衰减1／2，需要多厚的Ni 滤波片？Cu K α1和 Cu K α2的强度比在入射时为2:1，利用算得的Ni 滤波片之后其比值会有什么变化？（Ni 的密度为8.90 g ／cm 3）习题1.6 当X 射线发生装置是Cu 靶，滤波片应选( )，为什么？A. CuB. FeC. NiD. Mo 。
材料分析技术知识点例题精析练习题(含答案) 第一章节知识点1.名词解释：晶面指数用于表示一组晶面的方向，量出待定晶体在三个晶轴的截距并用点阵周期a,b,c度量它们，取三个截距的倒数，把它们简化为最简的整数h,k,l，就构成了该晶面的晶面指数。
晶向指数表示某一晶向（线）的方向。
干涉面为了简化布拉格公式而引入的反射面称为干涉面。
2下面是某立方晶系物质的几个晶面，试将它们的面间距从大到小按次序重新排列：（123），（100），（200），（311），（121），（111），（210），（220），（130），（030），（221），（110）。
排序后：（100）（110）（111）（200）（210）（121）（220）（221）（030）（130）（311）（123）3当波长为λ的x射线照射到晶体并出现衍射线时，相邻两个（hkl）反射线的波程差是多少？相邻两个（hkl）反射线的波程差又上多少？相邻两个（hkl）晶面的波程差为nλ，相邻两个（HKL）晶面的波程差为λ。
4原子散射因数的物理意义是什么？某元素的原子散射因数与其原子序数有何关系？原子散射因数f是以一个电子散射波的振幅为度量单位的一个原子散射波的振幅。
它表示一个原子在某一方向上散射波的振幅是一个电子在相同条件下散射波振幅的f倍。
它反应了原子将X射线向某一方向散射时的散射效率。
关系：z越大，f越大。
因此，重原子对X射线散射的能力比轻原子要强。
第二章节知识点1、名词解释：（1）物相在体系内部物理性质和化学性质完全均匀的一部分称为“相”。
在这里，更明白的表述是：成分和结构完全相同的部分才称为同一个相。
（2）K系辐射处于激发状态的原子有自发回到稳定状态的倾向，此时外层电子将填充内层空位，相应伴随着原子能量的降低。
原子从高能态变成低能态时，多出的能量以X射线形式辐射出来。
当K电子被打出K层时，原子处于K激发状态，此时外层如L、M、N……层的电子将填充K层空位，产生K系辐射。
材料分析测试方法课后习题答案1.X射线学有几个分支？每个分支的研究对象是什么？答：X射线学分为三大分支：X射线透射学、X射线衍射学、X射线光谱学。
X射线透射学的研究对象有人体，工件等，用它的强透射性为人体诊断伤病、用于探测工件内部的缺陷等。
X射线衍射学是根据衍射花样，在波长已知的情况下测定晶体结构，研究与结构和结构变化的相关的各种问题。
X射线光谱学是根据衍射花样，在分光晶体结构已知的情况下，测定各种物质发出的X射线的波长和强度，从而研究物质的原子结构和成分。
2.分析下列荧光辐射产生的可能性，为什么？（1）用CuKαX射线激发CuKα荧光辐射；（2）用CuKβX射线激发CuKα荧光辐射；（3）用CuKαX射线激发CuLα荧光辐射。
答：根据经典原子模型，原子内的电子分布在一系列量子化的壳层上，在稳定状态下，每个壳层有一定数量的电子，他们有一定的能量。
最内层能量最低，向外能量依次增加。
根据能量关系，M、K层之间的能量差大于L、K成之间的能量差，K、L层之间的能量差大于M、L层能量差。
由于释放的特征谱线的能量等于壳层间的能量差，所以Kß的能量大于Ka的能量，Ka能量大于La的能量。
因此在不考虑能量损失的情况下：（1）CuKa能激发CuKa荧光辐射；（能量相同）（2）CuKß能激发CuKa荧光辐射；（Kß>Ka）（3）CuKa能激发CuLa荧光辐射；（Ka>la）3.什么叫“相干散射”、“非相干散射”、“荧光辐射”、“吸收限”、“俄歇效应”？答：⑴当χ射线通过物质时，物质原子的电子在电磁场的作用下将产生受迫振动，受迫振动产生交变电磁场，其频率与入射线的频率相同，这种由于散射线与入射线的波长和频率一致，位相固定，在相同方向上各散射波符合相干条件，故称为相干散射。
⑵当χ射线经束缚力不大的电子或自由电子散射后，可以得到波长比入射χ射线长的χ射线，且波长随散射方向不同而改变，这种散射现象称为非相干散射。
