材料物理与性能配套课后题答案精选

《材料物理与性能配套课后题答案精选》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第一章：1.1试阐述经典热容理论、爱因斯坦量子热容理论及德拜热容理论，并说出它们的不同之处。答：经典热容理论：杜隆－珀替把气体分子的热容理论直接应用于固体，并用统计力学处理热容。晶体摩尔热容为常数。爱因斯坦量子热容理论：爱因斯坦把晶体中原子看成是具有相同频率、并在空间自由振动的独立振子。引用了晶格振动能量量子化即声子的概念。德拜量子热容理论：格波的频率有一定分布，即不为常数。德拜考虑到低温下只有频率较低的长声学波对热容才有重要的贡献，可用连续介质中的弹性波来描述。1.2阐述金属热容与合金热容的特点。答

2、：包括点阵振动引起的热容和电子热容。一般情况下，常温时点阵振动贡献的热容远大于电子热容，只有在温度极低或极高时，电子热容才不能被忽略。金属及合金发生相变时，会产生附加的热效应，并因此使热容（及热焓）发生异常变化。按照变化特征主要可分为一级相变、二级相变、亚稳态组织转变等情况。1.3证明理想固体线膨胀系数和体膨胀系数间的关系。答：见文中（1－43）～（1－47）。1.4简述影响膨胀系数的因素。答：膨胀系数与温度、热容、质点间的结合能、熔点以及物质的结构都有关系。1.5为什么导电性好的材料一般其导热性也好

3、？答：固体中的导热主要是由晶格振动的格波和自由运动来实现的。导电性好的材料有大量的自由电子，而且电子的质量很轻，能够迅速地实现热量的传递。因此，导电性好的材料一般导热性也好。1.6一级相变、二级相变对热容有什么影响？答：一级相变伴随相变潜热发生，若为恒温转变，在相变时伴随有焓的突变，同时热容趋于无穷大，但是二级相变则没有相变潜热，但热容有突变。1.7何谓热应力？它是如何产生的？请以平面陶瓷薄板为例说明热应力的计算。答：不改变外力作用状态，材料仅因热冲击在温度作用下产生的内应力叫热应力。其产生和计算见文

4、中1.5.2节。1.8何谓差热分析（DTA）法？差热分析法与普通热分析法有何不同？在DTA基础上发展起来的差示扫描量热（DSC）法与DTA有何不同？答：DTA是在程序控制温度下，测量物质与参比物之间的温度差随温度变化的一种技术。差热分析反映的是物质在受热或冷却过程中发生的物理变化和化学变化伴随着吸热和放热现象。如晶型转变、沸腾、升华、蒸发、熔融等物理变化，以及氧化还原、分解、脱水和离解等等化学变化均伴随一定的热效应变化。（见1.6.2和1.6.3）。1.9简述纳米材料在热学性能上与常规材料的不同，并请

5、解释其原因。答：由于纳米材料与常规粉体材料相比，纳米粒子的表面能高，表面原子数多，这些表面原子近邻配位不全，活性大，因此，其熔化时所需增加的内能小得多，这就使得纳米粒子熔点急剧下降。又纳米粒子尺寸小，表面能高，压制成块材后的界面具有高能量，在烧结中高的界面能成为原子运动的驱动力，有利于界面附近的原子扩散。因此，在较低温度下烧结就能达到致密化目的。第四章1、试说明经典自由电子论、量子自由电子论和能带理论的区别？答：（1）经典电子理论（自由电子论）：认为：连续能量分布的价电子在均匀势场中运动。无法解释一价

6、金属和二价金属的导电问题。按照自由电子的概念，二价金属的价电子比一价金属的多，似乎二价金属的导电性比一价金属好，但是，实际情况却是一价金属的导电性比二价金属好。问题的根源：忽略了电子之间的排斥作用和正离子点阵周期场的作用。经典电子理论它是立足于牛顿力学（宏观运动），而对微观粒子的运动问题应用量子力学的概念来解决。（2）量子自由电子论：认为：不连续能量分布的价电子在均匀势场中运动。很好解释了自由电子论不能解决的问题，但不能很好解释铁磁性、相结构、结合力等问题。（3）能带理论：认为：不连续能量分布的价电子

7、在周期性势场中运动。在量子自由电子论基础上，考虑了离子所造成的周期性势场的存在，导出了电子在金属中的分布特点，并建立了禁带的概念，解决了以上存在的问题。2、为什么金属的电阻因温度的升高而增大，而半导体的电阻却因温度的升高而减小？答：对金属来说，利用量子力学原理可以导出电导率为。温度升高离子热振动的振幅就大，电子就容易受到散射，故可认为（单位时间内散射的次数，称为散射几率）与温度成正比，则就与温度成反比（因为上式中其他的量均与温度无关），这就是金属的导电性随温度升高而降低的原因；而半导体的导电性却正好相

8、反，由于温度升高使低能级的电子获得能量可以跃迁到高能级上去，所以半导体的导电性随温度升高而增强。3、表征超导体性能的三个主要指标是什么？答：临界温度TC、磁场强度HC、电流密度JC。4、简要论述电阻测量在金属研究中的应用？答：通过测量材料电阻率的变化，可以研究材料的成分、结构和组织的变化。例如，研究固溶体的溶解度曲线，研究合金的时效，研究材料的相变以及疲劳等。5、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：锗易提纯，但硅难提