材料物理性能作业及课堂考试
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(完整word版)材料物理性能A试卷答案及评分标准
材料物理性能A 试卷答案及评分标准一、是非题（1分×10=10分）1√；2×；3×；4√；5×；6√；7√；8√；9√；10×。
二、名词解释（3分×6=18分，任选6个名词。
注意：请在所选题前打“√”）1、磁后效应：处于外电场为H0的磁性材料，突然受到外磁场的跃迁变化到H1，则磁性材料的磁感应强度并不是立即全部达到稳定值，而是一部分瞬时到达，另一部分缓慢趋近稳定值，这种现象称为磁后效应。
2、塑性形变：是指在超过材料的屈服应力作用下产生形变，外应力移去后不能恢复的形变。
无机材料的塑性形变，远不如金属塑性变形容易。
3、未弛豫模量：测定滞弹性材料的形变时，如果测量时间小于τε、τσ，则由于随时间的形变还没有机会发生，测得的是应力和初始应变的关系，这时的弹性模量叫未驰豫模量。
4、介质损耗：由于导电或交变场中极化弛豫过程在电介质中引起的能量损耗，由电能转变为其他形式的能，统称为介质损耗。
5、光频支振动：光频支振动：格波中频率甚高的振动波，质点间的位相差很大，邻近质点的运动几乎相反时，频率往往在红外光区，称为“光频支振动”。
6、弹性散射：散射前后，光的波长（或光子能量）不发生变化的散射。
7、德拜T3定律：当温度很低时，即T<<θD，c v=1939.7(T/θD)3j.K-1.mol-1，即当T→0 K时，c v∝T3→0。
8、BaTiO3半导体的PTC现象：价控型BaTiO3半导体在晶型转变点附近，电阻率随温度上升发生突变，增大了3~4个数量级的现象。
三、简答题（5分×5=25分，任选5题。
注意：请在所选题前打“√”）1、（1）构成材料元素的离子半径；（2）材料的结构、晶型；（3）材料存在的内应力；（4）同质异构体。
2、（1）透过介质表面镀增透膜；（2）将多次透过的玻璃用折射率与之相近的胶将它们黏起来，以减少空气界面造成的损失。
材料物理性能试题及其答案
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：———装 订 线————————装 订 线 以 内 不 准 作 任 何 标 记————————装 订 线———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：———装 订 线————————装 订 线 以 内 不 准 作 任 何 标 记————————装 订 线———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。
材料物理性能试题及其答案
即消失，而是先消
失一部分，另一部
分逐渐消失，这
材
考料 试物
科理 目性
能
材
试 学料
卷 类
A
生 班
09
型 级级
1-4
注意：1、答案 一律写在答题 纸；
2、不抄 题，写清题号；
3、考试 结束后交回试 题！
三、名词解释
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：
———装 订 线 ———————— 装订线以内不 准作任何标记 ———————— 装 订 线———
（每题3分，共15 分）： 1、费米能： 2、顺磁体： 3、魏得曼-弗兰 兹定律： 4、因瓦效应： 5、弛豫模量： 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。 2、简述温度对金 属电阻影响的一 般规律及原因。 3、何谓材料的热 膨胀？其物理本 质是什么？ 4、物质的铁磁性 产生的充要条件 是什么？ 5、内耗法测定 α-Fe中碳的扩散 （迁移）激活能H 的方法和原理。 五、论述题（每 题10分，共10 分）： 1、铁磁性材料的 技术磁化过程分 为哪几个阶段， 请用简图表示， 在图中标出自发
的。 （ ） 10、宏观
上，弹性 模量E代表 材料对弹 性正应变 的抗力； 微观上E表 征原子间 的结合 力。（ ）
1.命题时请尽量采 用计算机录入，手 写稿必须字迹工 整、清晰可辩。审 批由系主任负责； 2.考试科目应与教 学计划保持一致， 不能用简写或别 称。考试性质为“考 试”或“考查”； 3.试卷类型注明 A\B\C\D等字样，考 试地点注明“雁 塔”或“临潼”； 4.试题（卷）内容 不要超出线格范 围，以免影响试题 印制和教师评分。
材料物理性能试卷及答案B
材料物理通用B（答案）姓名：单位：级别：准考证号：装订线﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉材料物理检验各专业通用试卷B注意事项：1、请填写您的姓名、工作单位、申报类别、等级及准考证号2、请按题目要求在规定的位置填写答案：3、本试卷满分100分。
一、填空（共25分，每空1分）1、金属拉伸的比例试样系按公式L0=kS01/2计算而得出试样原始标距长度的试样，k通常为 5.65 或11..3 。
2、规定非比例延伸强度测定方法有图解法和逐级施力法两种，也可以使用自动装置或自动测试系统测定。
3、影响拉伸测试结果的主观因素有人为因素和试样制作的因素两个方面；而客观因素主要指仪器设备条件和环境条件。
4、常用的引伸计有机械式、光学式和电子式三类。
5、弯曲试验常使用两种加载方法，即三点弯曲法和四点弯曲法，一般工厂试验室中常使用三点弯曲法。
6、弯曲弹性模量是指弯曲应力和弯曲应变呈线性比例关系范围内的弯曲应力和弯曲应变之比。
7、交变应力是指应力的大小、方向或大小和方向都随时间发生周期性变化的应力。
8、高温强度持久试验的试验室温度一般保持在10——35℃之间；实验室应远离或隔离震源，室内严防震动。
二、选择正确答案（共10分，每题2分）1、带凸耳板状试样用作（ A ）。
54A 金属材料无约束型压缩试样B金属材料约束型压缩试样C高分子非金属材料压缩试样2、铁碳合金基本组织中，（ B ）是单相组织。
A 珠光体B 奥氏体C莱氏体3、连续冷却转变时，共析碳钢不形成（ A ）。
A 贝氏体B 珠光体和索氏体C索氏体和屈氏体4、金属蠕变曲线的（ B ）段是恒速蠕变阶段。
A abB bcC cd5*、硬度测定时，图（ C ）所示为试样正确放置方法。
A B C5#、塑性材料扭转试样的断口为（ C ）。
A 切断断口B正断断口 C 木质纤维状断口三、名词解释（共15分，每题3分）1、弹性和弹性变形2、塑性和塑性变形3、断裂4*、奥氏体2435*、铁素体2434#、珠光体存在于727℃以下温度，是铁素体与渗碳体两相层片相间的机械混合物，平均含碳量为0.77%。
材料性能学考卷及答案
材料性能学考卷一、选择题（每题2分，共20分）1. 下列哪种材料的弹性模量最大？A. 钢铁B. 塑料C. 木材D. 橡胶2. 下列哪种材料的抗拉强度最高？A. 铝合金B. 玻璃纤维C. 碳钢D. 陶瓷3. 下列哪种材料的硬度最大？A. 黄铜B. 不锈钢C. 钨D. 铅4. 下列哪种材料的导热系数最高？A. 铜B. 铝C. 铁D. 硅胶5. 下列哪种材料的比热容最大？A. 水泥B. 橡胶C. 石墨D. 空气6. 下列哪种材料的密度最小？A. 聚乙烯B. 聚氨酯C. 聚氯乙烯D. 聚丙烯7. 下列哪种材料的断裂韧性最高？A. 玛瑙B. 玉石C. 钨钢D. 玻璃8. 下列哪种材料的耐磨性最好？A. 高铬铸铁B. 轴承钢C. 铸铝D. 粉末冶金9. 下列哪种材料的抗腐蚀性最好？A. 镍基合金B. 铜镍合金C. 铬镍合金D. 钛合金10. 下列哪种材料的磁导率最高？A. 铁B. 钴C. 镍D. 铅二、填空题（每题2分，共20分）1. 材料的弹性极限是指材料在受力后，去掉外力仍能恢复原状的______应力。
2. 材料的屈服强度是指材料在受力过程中，产生______变形时的应力。
3. 材料的断裂韧性是指材料抵抗______裂纹扩展的能力。
4. 材料的疲劳极限是指材料在______循环应力作用下，不发生疲劳破坏的最大应力。
5. 材料的导热系数是指在稳态热传导条件下，单位时间内通过单位面积、单位厚度的材料，温度梯度为1K时传递的______。
6. 材料的比热容是指单位质量的材料温度升高1K所需吸收的______。
7. 材料的密度是指单位体积的______。
8. 材料的硬度是指材料抵抗______变形的能力。
9. 材料的耐磨性是指材料在______过程中抵抗磨损的能力。
10. 材料的抗腐蚀性是指材料在______环境中抵抗腐蚀的能力。
三、简答题（每题10分，共30分）1. 请简要介绍材料性能学的研究内容。
2. 请解释弹性模量、屈服强度和断裂韧性三个力学性能指标的区别。
材料物理性能 参考试题
1、低碳钢拉伸和压缩时应力应变曲线的异同点？（1）塑性材料（低碳钢）在拉伸时应力-应变曲线一般包括四个阶段：弹性阶段、屈服阶段、强化阶段和局部颈缩阶段。
脆性材料（灰口铸铁）在拉伸时应力-应变曲线无直线部分，但是，应力较小时的一段曲线很接近于直线，故虎克定律还可以适用。
铸铁拉伸时无明显的弹性阶段和屈服阶段，也无颈缩现象，试件在断裂时无明显的塑性变形。
低碳钢在压缩时与拉伸有相同的弹性阶段，屈服阶段和强化阶段，但是强化后期压缩曲线上偏，不会断裂。
灰铸铁的在压缩时依然没有直线部分和屈服阶段，它是在很小的变形下出现断裂的，强度极限是拉伸时的3~4倍。
（2）材料在拉伸和压缩时的弹性极限和屈服强度几乎无太大差别，不同点为强度极限在压缩时会有大幅度提高。
（3）断裂方式不同：塑性材料在拉伸条件下的呈韧性断裂，宏观断口呈杯锥状，由纤维区、放射区和剪切唇三部分组成；脆性材料在拉伸时呈现脆性断裂，其端口平齐而光亮，常呈放射状或结晶状。
拉伸时塑性很好的材料在压缩时只发生压缩变形而不断裂；脆性材料在压缩时相对拉伸时除能产生一定的塑性变形外，常沿与轴线呈45°方向产生断裂，其主要原因是由剪应力引起的，具有切断特征。
（超过屈服之后，低碳钢试样由原来的圆柱形逐渐被压成鼓形。
继续不断加压，试样将愈压愈扁，横截面面积不断增大，试样抗压能力也不断增大，故总不被破坏。
所以，低碳钢不具有抗压强度极限（也可将它的抗压强度极限理解为无限大）。
）2、屈服的本质及构成？（1）屈服：当应力达到一定值时，应力虽不增加（或者在小范围内波动），而变形却急剧增长的现象，称为屈服现象，标志着材料的力学影响由弹性变形阶段进入塑性变形阶段。
屈服现象在退火、正火的中、低碳钢和低合金钢中最为常见。
（2）本质：屈服现象的产生与下列三个因素有关：①材料变形前可动位错密度很小（或虽有大量位错但被钉扎住，如钢中的位错为杂质原子或者第二相质点所钉扎）②随塑性变形发生，位错能快速增殖③位错运动速率与外加应力有强烈依存关系变形前可动位错少，为了增大应变速率，必须加大位错运动速度，位错运动速度取决于应力大小，就需要较高的应力即上屈服点。
答案材料物理性能试卷14级B(闭卷)_merged
南京理工大学课程考试答案及评分标准22/(2)ω=k m如果某材料极化过程中没有任何弛豫，则在交变电场下没有介电损耗。
22/(2k m22/E dk为波矢。
对于上述色散关系，ħk. 因此粒子的速度6.激光和普通的光相比有哪些主要的特点，其产生的条件有哪些？答：激光的主要特点是强度高，较好的方向性，单色性以及相干性。
(4分)其产生的条件主要有：1. 通过电注入实现粒子数反转，进而使得受激辐射得以发生；2. 必须有波导的存在从而使得产生的光子在一定的区域内运动；3. 谐振腔的存在，使得只有某些特定波长下的光得到增强，从而可以出光。
这些条件都具备后，还要保证注入的电流大于阈值电流，从而使得光增益大于光的损耗，从而产生激光。
(6分)四综合题（注：4题中选做2题，2×15分，共计30分)1.1）示意的画出铁磁体典型的技术磁化曲线；2）对照上述曲线，详细说明技术磁化过程中不同阶段的微观机制；3）要提高铁磁体的磁导率或磁化系数，可以采取哪些措施？答：1）（4分）2）如上图所示。
在较低磁场范围内主要依靠磁畴壁迁移，完成磁化。
畴壁朝静磁能较大的磁畴迁移，使静磁能大的磁畴减小，而静磁能小的磁畴增大，直至所有磁畴的磁化方向一致。
较高磁场范围内，磁畴发生旋转，磁化强度在外场上的投影增大。
（6分）3）要提高磁导率，就要减少磁畴壁迁移的阻力，包括采用合适的制造工艺及热处理工艺，采用退火消除铁磁体内部的应力、降低缺陷密度，控制晶粒尺寸及析出相。
（5分）课程名称： 材料物理性能 学分： 3 试卷编号： A2. 工业纯铁中碳原子在交变应力作用下产生的应力感生有序导致的内耗，图1为在连续加热过程中测得的内耗－温度曲线，测量时应力频率为1ω，现改用另一频率2ω测定这一内耗，且21ωω>，内耗峰的位置将发生变化，请示意的画出这一内耗峰位置变化的情况，并解释原因。
答：内耗峰向高温推移。
（4分）碳原子的应力感生有序是热激活过程，测量频率提高，相对于碳原子有序化响应的时间缩短，因此需要加热至更高的温度提供激活能才能使碳原子在间隙位置上发生跳动（6分）。
(完整word版)材料物理性能B试卷答案及评分标准
材料物理性能 B 试卷答案及评分标准一、是非题（10分）1×；2√；3√；4√；5×；6×；7√；8×；9×；10√。
二、名词解释（3分×6=18分，任选6个名词。
注意：请在所选题前打“√”）1、电光效应：外加电场引起的材料折射率的变化效应。
2、蠕变：对粘弹性体施加恒定应力σ0时，其应变随时间而增加的现象。
3、声频支振动：振动着的质点中包含频率甚低的格波，质点彼此之间的位相差不大，称为“声频支振动”。
4、原子本征磁矩：原子中电子的轨道磁矩和电子的自旋磁矩构成了原子的固有磁矩，也称原子本征磁矩。
5、导热系数：单位温度梯度下，单位时间内通过单位横截面的热量。
λ反映了材料的导热能力。
6、本征电导：源于晶体点阵基本离子的运动。
7、介电强度：当电场强度超过某一临界值时，介质由介电状态变为导电状态，相应的临界电场强度称为介电强度，或称为击穿电场强度。
8、压碱效应：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。
三、简答题（5分×5=25分，任选5题。
注意：请在所选题前打“√”）1、（1）原子的电子壳层中存在没有被电子填满的状态；（2）磁性物质内部相邻原子的电子交换积分为正，即R ab（原子核之间的距离）/r（电子壳层半径）之比大于3。
2、弹性模量是材料发生单位应变时的应力，是原子间结合强度的一个标志。
它表征材料抵抗形变的能力，是一个重要的材料常数。
3、载流子为离子的电导为离子电导；载流子为电子的电导为电子电导。
离子电导具有电解效应，电子电导具有霍尔效应。
4、复合体中不同相或晶粒的不同方向上膨胀系数差别很大时，有时内应力甚至全发展到使坯体产生微裂纹。
这样再加热时（测膨胀系数时加热等没材料），这些裂纹趋于愈合。
因而观察到膨胀系数较低。
当温度到达高温时，因微裂纹已基本闭合，因而膨胀系数又和单晶时的数值一样大了。
5、K I 为I 型扩展类型的裂纹尖端附近的应力场强度因子，量纲为Pa.m 1/2。
材料物理性能 考试题.doc
材料物理性能试题2014.5.一、阐述下列概念(每题6分，共30分)(1)电介质的极化在外电场作用下，电介质的表面上出现束缚电荷的现象叫做电介质极化。
(2)声子声子就是''晶格振动的简正模能量量子。
"英文是phonon(3)软磁材料和硬磁材料硬磁材料是指磁化后不易退磁而能长期保留磁性的一种铁氧体材料，也称为永磁材料或恒磁材料。
软磁材料是具有低矫顽力和高磁导率的磁性材料。
(4)晶体的特征(1)晶体拥有整齐规则的几何外形，即晶体的自范性。
(2)晶体拥有固定的熔点，在熔化过程中，温度始终保持不变。
(3)晶体有各向异性的特点。
(4)晶体可以使X光发生有规律的衍射。
宏观上能否产生X光衍射现象，是实验上判定某物质是不是晶体的主要方法。
[1](5)晶体相对应的晶面角相等，称为晶面角守恒。
[2](5)画出体心立方晶体结构，原胞，并写出基矢体心立方结构(右)M W ■其体积为；配位原胞（右）晶胞基矢a \ R I并且&£■』；芭■我，其惯用原胞基矢由从一顶点指向另外三个体心点的矢量构成，二、解答题（共70分）1.影响无机非金属材料（晶体）导热率的因素有哪些？（10分）%1晶体中热量传递速度很迟缓，因为晶格热振动并非线性的，格波间有着一定的耦合作用，？^子间会产生碰撞，使声子的平均自由程减小。
格波间相互作用愈强，也即声子间碰撞几率愈大，相应的平均自由程愈小，热导率也就愈低。
因此，声子间碰撞引起的散射是晶体中热阻的主要来源。
%1晶体中的各种缺陷、杂质以及晶界都会引起格波的散射，等效于声子平均自由程的减小，从而降低X.O %1平均自由程还与声子的振动频率V有关。
振动V不同，波长不同。
波长长的格波易绕过缺陷，使自由程加大，散射小，因此热导率入大。
%1平均自由程1还与温度T有关。
温度升高，振动能量加大，振动频率v加快，声子间的碰撞增多，故平均自由1减小。
但其减小有一定的限度，在高温下，最小的平均自由程等于几个晶格间距；反之，在低温时，最长的平均自由程长达晶粒的尺度。
材料物理考试题目及答案
材料物理考试题目及答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1. 材料的弹性模量E表示材料的哪种性质？A. 抗拉强度B. 抗弯强度C. 弹性变形能力D. 塑性变形能力答案：C2. 下列哪种材料属于半导体材料？A. 铜B. 石墨C. 硅D. 铁答案：C3. 材料的断裂韧性KIC的单位是？A. PaB. Pa·m^0.5C. Pa·m^1.5D. Pa·m^2答案：B4. 材料的硬度通常是指材料的哪种性质？A. 塑性B. 韧性C. 弹性D. 脆性答案：B5. 下列哪种材料不属于金属材料？A. 铝合金B. 铜合金C. 陶瓷D. 钢答案：C6. 材料的疲劳寿命与哪种因素有关？A. 材料的强度B. 材料的韧性C. 材料的硬度D. 所有选项答案：D7. 材料的热膨胀系数表示材料在温度变化时体积变化的哪种性质？A. 线性变化B. 面积变化C. 体积变化D. 密度变化答案：C8. 材料的屈服强度是指材料在哪种应力状态下的应力值？A. 单轴拉伸B. 单轴压缩C. 多轴拉伸D. 多轴压缩答案：A9. 材料的断裂韧性KIC与材料的哪种性质无关？A. 弹性模量B. 屈服强度C. 硬度D. 密度答案：D10. 材料的疲劳强度通常是指材料在哪种循环应力下的应力值？A. 单轴拉伸B. 单轴压缩C. 多轴拉伸D. 多轴压缩答案：A二、填空题（每空1分，共20分）1. 材料的____是指材料在受到外力作用时，能抵抗永久变形的能力。
答案：屈服强度2. 材料的____是指材料在受到外力作用时，能抵抗断裂的能力。
答案：断裂韧性3. 材料的____是指材料在受到外力作用时，能抵抗弹性变形的能力。
答案：弹性模量4. 材料的____是指材料在受到外力作用时，能抵抗塑性变形的能力。
答案：屈服强度5. 材料的____是指材料在受到外力作用时，能抵抗疲劳破坏的能力。
答案：疲劳强度6. 材料的____是指材料在受到外力作用时，能抵抗硬度变化的能力。
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材料物理性能作业及课堂测试————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：热学作业（一）1. 请简述关于固体热容的经典理论. 爱因斯坦热容模型解决了热容经典理论存在的什么问题？其本身又存在什么问题？为什么会出现这样的问题？德拜模型怎样解决了爱因斯坦模型的问题？答：固体热容的经典理论包括关于元素热容的杜隆-珀替定律，以及关于化合物热容的柯普定律。
前者内容为：恒压下元素的原子热容约为25 J/(K·mol)。
后者内容为：化合物分子热容等于构成该化合物的各元素原子热容之和。
爱因斯坦热容模型解决了热容经典理论中C m 不随T 变化的问题。
在高温下爱因斯坦模型与经典理论一致，与实际情况相符，在0K 时C m 为0，但该模型得出的结论是C m 按指数规律随T 变化，这与实际观察到的C m 按T 3变化的规律不一致。
之所以出现这样的问题是因为爱因斯坦热容模型对原子热振动频率的处理过于简化——原子并不是彼此独立地以同样的频率振动的，而是相互间有耦合作用。
德拜模型主要考虑声频支振动的贡献，把晶体看作连续介质，振动频率可视为从0到ωmax 连续分布的谱带，从而较为准确地处理了热振动频率的问题。
2. 金属Al 在30K 下的C v,m =0.81J/K·mol ，其θD 为428K. 试估算Al 在50K 及500K 时的热容C v,m .解：50K 远低于德拜温度428K ，在此温度下，C v 与T 3成正比，即3T A C v ⋅=则 5331033081.0-⨯===T C A v J/mol·K 4 故50K 时的恒容热容75.350103353=⨯⨯=⋅=-T A C v J/mol·K500K 高于德拜温度，故此温度下的恒容摩尔热容约为定值3R ，即： 9.2431.833=⨯=⋅=R C v J/mol·K热学作业（二）1、晶体加热时，晶格膨胀会使得其理论密度减小. 例如，Cu 在室温（20℃）下密度为8.94g/cm 3，待加热至1000℃时，其理论密度值为多少？（不考虑热缺陷影响，Cu 晶体从室温~1000℃的线膨胀系数为17.0×10-6/℃） 解：因为3202020a m V m D ==，3100010001000a mV m D ==又由)201000(2020100020-⋅-=∆⋅∆=a a a T a a l α，得201000)1980(a a l ⋅+⋅=α故2033203310001000)1980(1)1980(D a m a mD l l ⋅+⋅=⋅+⋅==αα 94.8)1100.17980(136⨯+⨯⨯=-= 8.79g/cm 3 或者：由体膨胀系数l V V V V T V V αα3)201000(2020100020≈-⋅-=∆⋅∆=，得201000)12940(V V l ⋅+⋅=α 故202010001000)12940(1)12940(D V mV m D l l ⋅+⋅=⋅+⋅==αα94.8)1100.172940(16⨯+⨯⨯=-= 8.51g/cm 32、利用热膨胀原理，将一根外径为10.00mm 的钨棒与一根内径为9.98mm 的不锈钢环组装在一起. 将不锈钢环加热到一定温度后取出，在室温（20℃）下迅速与钨棒组装. 为了保证能够组装，至少应加热至多高温度？（钨的热膨胀系数取4.5×10-6/℃，不锈钢的热膨胀系数取16.0×10-6/℃） 解：根据热膨胀系数定义式有：α=∆⨯-TD D D f 00在组装时，不锈钢环的温度为T f1，内径为D c ，钨棒的温度为T 0=20℃，外径为D r ；D c = D r = 10.00mm 。
则有：600100.16)20(98.998.900.10-⨯=-⨯-=∆⨯-f f T TD D D则：3.14520100.1698.998.900.106=+⨯⨯-=-f T ℃热学性能课堂练习（一）1. 试画出典型的无机非金属材料（如氧化铝陶瓷）摩尔热容随温度的变化曲线，并简述在不同温度范围内热容随温度变化的规律. 典型的金属材料热容与温度的变化规律有何不同？为什么？答：（图略，注意横纵坐标内容，以及是否表现出平台值3R ）在低温区域，C V ,m ∝T 3（德拜三次方定律）；在德拜温度附近C V ,m 趋近于一常数3R ，符合杜隆-珀替定律。
典型的金属材料在极低温区（几K ），C V ,m ∝T ；在比德拜温度高得多的高温区，C V ,m >3R 平缓上升。
因为在这些温区，金属中的原子对热容的贡献趋于稳定，而大量自由电子对热容的贡献表现得较为明显。
2. 氧化铝的比热为750J/K·kg ，氧化镁为940J/K·kg ，试估算镁铝尖晶石（Al 2O 3·MgO ）的比热.（摩尔质量: Al-27.0, O-16.0, Mg-24.3）解：氧化铝摩尔质量为0.10230.1620.27=⨯+⨯，氧化镁摩尔质量为3.400.163.24=+ 根据复合材料比热公式，镁铝尖晶石的比热为：kgK J g c g c c Mg Mg Al Al MgAl ⋅=+⨯++⨯=⨯+⨯=/8.8033.400.1023.409403.400.1020.102750 或者：（根据化合物摩尔热容公式计算如下：氧化铝摩尔热容mol K J M c C Al Al Al ⋅=⨯⨯=⨯=-/5.760.102107503氧化镁摩尔热容mol K J M c C Mg Mg Mg ⋅=⨯⨯=⨯=-/9.373.40109403则镁铝尖晶石摩尔热容mol K J C C C Mg Al MgAl ⋅=+=+=/4.1149.375.76， 化为比热kg K J M C c MgAl MgAl Mg ⋅=⨯==/9.80310)3.142/4.114(/3）3. 利用双球模型，请简述晶体热膨胀的物理本质.答：固体热膨胀的物理本质可归结为点阵结构中质点间平均距离随温度升高而增大的结果。
晶格热振动实为非简谐振动，相邻质点间作用力是非线性的，即质点在平衡位置r 0两侧的受力是不对称的：两质点相互靠近时，斥力随位移增大得较快；两质点相互远离时，引力随位移增大得较慢。
所以质点振动时的平均位置就不在平衡位置r 0处，而要大于r 0。
温度越高，振幅越大，质点在r 0两侧受力的不对称情况越显著，振动平均位置比r 0越来越大，即晶格间距越来越大，宏观变现为晶体的热膨胀。
4. 日用瓷釉层的热膨胀系数与坯体相比，应满足什么条件？为什么？答：釉的热膨胀系数应略小于坯体的热膨胀系数。
因为在冷却过程中釉层与坯体热膨胀系数不一致会产生热应力。
若坯体的热膨胀系数小于釉的，则在釉层中会产生张应力，易导致裂纹；而坯体的热膨胀系数大于釉时，釉层中受到的是压应力。
釉是脆性材料，较耐压而不耐张，所以釉的热膨胀系数略小于坯体为宜。
但若偏小过多，也容易产生釉层缺陷。
热学作业（三）1. 试绘制典型的玻璃及晶体材料在10~2000K 范围内的热导率随温度变化的关系曲线，并解释为什么玻璃的室温热导率常常低于晶体材料几个数量级.答：（图略，注意晶体材料应出现峰值，玻璃材料没有）。
因为玻璃材料为近程有序、远程无序结构，其可视为尺寸仅有几个晶格间距的极细晶粒组成的“晶体”，因而其声子热导的平均自由程最大值与最小值数量级相近，均为晶格间距大小。
而晶体材料远程有序，其声子热导的平均自由程在低温下达到最大值，为晶粒尺寸，在高温下减小至最小值，为晶格间距大小。
室温下，晶体的声子平均自由程尚未减小至最小值，仍比晶格间距大若干数量级。
根据l v C ⋅⋅=λ，在热容C 和声子平均速度v 相近的情况下，晶体中声子的平均自由程l 比玻璃中的要大几个数量级，故热导率也相应高出几个数量级。
2. 某氧化铝陶瓷的密度为3.5g/cm 3，请估算其导热系数.（氧化铝密度为3.9g/cm 3，导热系数为39.0W/m·K ）解：%3.109.35.311=-=-=⋅-==d p dp air VV V VV p ρρρρ（或：dp pd p pd p airm mmV V p ρρρρρρρρ-=-=-==1111） 简单估算：%)3.101(0.39)1(-⨯=-⋅=p s λλ= 35.0W/m·K（采用更精确一些的计算公式：103.05.01103.010.3921112111⨯+-⨯=+-⨯=+-⨯=p p V V s d d c λλλ= 33.3 W/m·K ）热学性能课堂练习（二）1. 为什么金属材料的热导率通常远高于陶瓷材料？而致密陶瓷的热导率又比多孔陶瓷材料的高？答：金属和陶瓷材料都具有声子热导，而金属中还存在大量的自由电子，其质量极小，易于移动，可迅速地实现热量传递，对热导率贡献很大；陶瓷材料则以声子热导为主（即主要以晶格波为热量传递的手段），其运动速度比自由电子慢得多，故陶瓷材料的热导率远低于金属材料。
多孔陶瓷中含有较多的气孔。
气体的热导率远小于固体材料，可近似视为0。
在没有对流传热的情况下，气孔相比例越高，则材料的热导率越低。
同时，气孔相的存在也会使声子热导的平均自由程减小，进一步降低热导率。
2. 简述影响陶瓷材料抗热震性能的因素主要有哪些？采取哪些措施可以改善陶瓷材料的抗热震性能？答：影响抗热震性能的力学性能方面的因素有：抗张强度、弹性模量、泊松比、断裂韧性等，热学性能方面的因素有：热导率、热膨胀系数、比热，其他方面的因素包括：材料表面散热率、制品尺寸形状、微观结构（如微裂纹等）。
改善陶瓷材料的抗热震断裂性能可以采取以下措施：提高抗张强度、热导率，降低弹性模量、热膨胀系数，减小材料表面散热率，减小制品尺寸等；改善抗热震损伤性能，则须提高弹性模量、热导率，降低抗张强度、热膨胀系数，减小材料表面散热率，减小制品尺寸，引入适量的微裂纹等。
3. 有一厚16mm 的致密陶瓷板（形状因子为1）因工艺需要，须能承受80℃/s 的降温速度.请根据下表，通过计算判断何种材料适用于该陶瓷板的制备.抗张强度 （MPa ） 泊松比热膨胀系数 （×10-6/K ） 弹性模量 （GPa ） 热导率 （W/m·K ） 密度 (g/cm 3) 比热(J/kg·K) Al 2O 3 150 0.22 8.5 420 33 4.0 600 SiC1200.144.5450843.2580解：22max 31)1(3'')(m p f mr c E r R dt dT ⨯⋅⨯⨯-=⨯=-ρλαμσAl 2O 3：231)1()(32mp f O Al r c E dt dT ⨯⋅⨯⨯-=-ρλαμσ 233696)2/1016(3600100.4133105.810420)22.01(10150--⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯-⨯⨯== 21.1 ℃/s （4105.4''-⨯=R ）SiC ：231)1()(mp f SiC r c E dt dT ⨯⋅⨯⨯-=-ρλαμσ233696)2/1016(3580102.3184105.410450)14.01(10120--⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯-⨯⨯== 108.1 ℃/s （3103.2''-⨯=R ）故应选用SiC 陶瓷制备。